Eliminate ONE_PLY
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 661;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value(198 * (d - improving));
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d] * Reductions[mn];
75     return (r + 520) / 1024 + (!i && r > 999);
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth d) {
84     return d > 17 ? -8 : 22 * d * d + 151 * d - 140;
85   }
86
87   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
88   Value value_draw(Thread* thisThread) {
89     return VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
90   }
91
92   // Skill structure is used to implement strength limit
93   struct Skill {
94     explicit Skill(int l) : level(l) {}
95     bool enabled() const { return level < 20; }
96     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + level; }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread
104   struct Breadcrumb {
105     std::atomic<Thread*> thread;
106     std::atomic<Key> key;
107   };
108   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
109
110   // ThreadHolding structure keeps track of which thread left breadcrumbs at the given
111   // node for potential reductions. A free node will be marked upon entering the moves
112   // loop by the constructor, and unmarked upon leaving that loop by the destructor.
113   struct ThreadHolding {
114     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
115        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
116        otherThread = false;
117        owning = false;
118        if (location)
119        {
120           // See if another already marked this location, if not, mark it ourselves
121           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
122           if (tmp == nullptr)
123           {
124               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
125               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
126               owning = true;
127           }
128           else if (   tmp != thisThread
129                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
130               otherThread = true;
131        }
132     }
133
134     ~ThreadHolding() {
135        if (owning) // Free the marked location
136            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
137     }
138
139     bool marked() { return otherThread; }
140
141     private:
142     Breadcrumb* location;
143     bool otherThread, owning;
144   };
145
146   template <NodeType NT>
147   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
148
149   template <NodeType NT>
150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = 0);
151
152   Value value_to_tt(Value v, int ply);
153   Value value_from_tt(Value v, int ply);
154   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
155   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
156   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
157   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
158
159   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
160   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
161   template<bool Root>
162   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
163
164     StateInfo st;
165     uint64_t cnt, nodes = 0;
166     const bool leaf = (depth == 2);
167
168     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
169     {
170         if (Root && depth <= 1)
171             cnt = 1, nodes++;
172         else
173         {
174             pos.do_move(m, st);
175             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
176             nodes += cnt;
177             pos.undo_move(m);
178         }
179         if (Root)
180             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
181     }
182     return nodes;
183   }
184
185 } // namespace
186
187
188 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
189
190 void Search::init() {
191
192   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
193       Reductions[i] = int((23.4 + std::log(Threads.size()) / 2) * std::log(i));
194 }
195
196
197 /// Search::clear() resets search state to its initial value
198
199 void Search::clear() {
200
201   Threads.main()->wait_for_search_finished();
202
203   Time.availableNodes = 0;
204   TT.clear();
205   Threads.clear();
206   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
207 }
208
209
210 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
211 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
212
213 void MainThread::search() {
214
215   if (Limits.perft)
216   {
217       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
218       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
219       return;
220   }
221
222   Color us = rootPos.side_to_move();
223   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
224   TT.new_search();
225
226   if (rootMoves.empty())
227   {
228       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
229       sync_cout << "info depth 0 score "
230                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
231                 << sync_endl;
232   }
233   else
234   {
235       for (Thread* th : Threads)
236       {
237           th->bestMoveChanges = 0;
238           if (th != this)
239               th->start_searching();
240       }
241
242       Thread::search(); // Let's start searching!
243   }
244
245   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
246   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
247   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
248   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
249   // until the GUI sends one of those commands.
250
251   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
252   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
253
254   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
255   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
256   Threads.stop = true;
257
258   // Wait until all threads have finished
259   for (Thread* th : Threads)
260       if (th != this)
261           th->wait_for_search_finished();
262
263   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
264   // the available ones before exiting.
265   if (Limits.npmsec)
266       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
267
268   Thread* bestThread = this;
269
270   // Check if there are threads with a better score than main thread
271   if (    Options["MultiPV"] == 1
272       && !Limits.depth
273       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || Options["UCI_LimitStrength"])
274       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
275   {
276       std::map<Move, int64_t> votes;
277       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
278
279       // Find out minimum score
280       for (Thread* th: Threads)
281           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
282
283       // Vote according to score and depth, and select the best thread
284       for (Thread* th : Threads)
285       {
286           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
287               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
288
289           if (bestThread->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
290           {
291               // Make sure we pick the shortest mate
292               if (th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
293                   bestThread = th;
294           }
295           else if (   th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
296                    || votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
297               bestThread = th;
298       }
299   }
300
301   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
302
303   // Send again PV info if we have a new best thread
304   if (bestThread != this)
305       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
306
307   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
308
309   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
310       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
311
312   std::cout << sync_endl;
313 }
314
315
316 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
317 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
318 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
319
320 void Thread::search() {
321
322   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
323   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
324   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
325   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
326   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
327   Move  pv[MAX_PLY+1];
328   Value bestValue, alpha, beta, delta;
329   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
330   Depth lastBestMoveDepth = 0;
331   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
332   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
333   Color us = rootPos.side_to_move();
334
335   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
336   for (int i = 7; i > 0; i--)
337      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
338   ss->pv = pv;
339
340   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
341   beta = VALUE_INFINITE;
342
343   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
344
345   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
346   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
347   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
348   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
349   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
350   PRNG rng(now());
351   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
352                         clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
353                         double(Options["Skill Level"]);
354   int intLevel = int(floatLevel) +
355                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
356   Skill skill(intLevel);
357
358   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
359   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
360   if (skill.enabled())
361       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
362
363   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
364
365   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
366
367   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
368   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
369       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
370           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
371           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
372           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
373           : ct;
374
375   // Evaluation score is from the white point of view
376   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
377                           : -make_score(ct, ct / 2));
378
379   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
380   while (   ++rootDepth < MAX_PLY
381          && !Threads.stop
382          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
383   {
384       // Age out PV variability metric
385       if (mainThread)
386           totBestMoveChanges /= 2;
387
388       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
389       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
390       for (RootMove& rm : rootMoves)
391           rm.previousScore = rm.score;
392
393       size_t pvFirst = 0;
394       pvLast = 0;
395
396       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
397       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
398       {
399           if (pvIdx == pvLast)
400           {
401               pvFirst = pvLast;
402               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
403                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
404                       break;
405           }
406
407           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
408           selDepth = 0;
409
410           // Reset aspiration window starting size
411           if (rootDepth >= 4)
412           {
413               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
414               delta = Value(23);
415               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
416               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
417
418               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
419               int dct = ct + 86 * previousScore / (abs(previousScore) + 176);
420
421               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
422                                       : -make_score(dct, dct / 2));
423           }
424
425           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
426           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
427           // high/low anymore.
428           int failedHighCnt = 0;
429           while (true)
430           {
431               Depth adjustedDepth = std::max(1, rootDepth - failedHighCnt);
432               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
433
434               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
435               // is done with a stable algorithm because all the values but the
436               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
437               // and we want to keep the same order for all the moves except the
438               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
439               // search the already searched PV lines are preserved.
440               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
441
442               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
443               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
444               // the previous iteration.
445               if (Threads.stop)
446                   break;
447
448               // When failing high/low give some update (without cluttering
449               // the UI) before a re-search.
450               if (   mainThread
451                   && multiPV == 1
452                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
453                   && Time.elapsed() > 3000)
454                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
455
456               // In case of failing low/high increase aspiration window and
457               // re-search, otherwise exit the loop.
458               if (bestValue <= alpha)
459               {
460                   beta = (alpha + beta) / 2;
461                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
462
463                   failedHighCnt = 0;
464                   if (mainThread)
465                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
466               }
467               else if (bestValue >= beta)
468               {
469                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
470                   ++failedHighCnt;
471               }
472               else
473               {
474                   ++rootMoves[pvIdx].bestMoveCount;
475                   break;
476               }
477
478               delta += delta / 4 + 5;
479
480               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
481           }
482
483           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
484           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
485
486           if (    mainThread
487               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
488               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
489       }
490
491       if (!Threads.stop)
492           completedDepth = rootDepth;
493
494       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
495          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
496          lastBestMoveDepth = rootDepth;
497       }
498
499       // Have we found a "mate in x"?
500       if (   Limits.mate
501           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
502           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
503           Threads.stop = true;
504
505       if (!mainThread)
506           continue;
507
508       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
509       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
510           skill.pick_best(multiPV);
511
512       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
513       if (    Limits.use_time_management()
514           && !Threads.stop
515           && !mainThread->stopOnPonderhit)
516       {
517           double fallingEval = (354 + 10 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 692.0;
518           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
519
520           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
521           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 < completedDepth ? 1.97 : 0.98;
522           double reduction = (1.36 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.29 * timeReduction);
523
524           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
525           for (Thread* th : Threads)
526           {
527               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
528               th->bestMoveChanges = 0;
529           }
530           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
531
532           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
533           if (   rootMoves.size() == 1
534               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
535           {
536               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
537               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
538               if (mainThread->ponder)
539                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
540               else
541                   Threads.stop = true;
542           }
543       }
544   }
545
546   if (!mainThread)
547       return;
548
549   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
550
551   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
552   if (skill.enabled())
553       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
554                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
555 }
556
557
558 namespace {
559
560   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
561
562   template <NodeType NT>
563   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
564
565     constexpr bool PvNode = NT == PV;
566     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
567
568     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
569     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
570     if (   pos.rule50_count() >= 3
571         && alpha < VALUE_DRAW
572         && !rootNode
573         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
574     {
575         alpha = value_draw(pos.this_thread());
576         if (alpha >= beta)
577             return alpha;
578     }
579
580     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
581     if (depth <= 0)
582         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
583
584     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
585     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
586     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
587     assert(!(PvNode && cutNode));
588
589     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
590     StateInfo st;
591     TTEntry* tte;
592     Key posKey;
593     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
594     Depth extension, newDepth;
595     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
596     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving, doLMR;
597     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
598     Piece movedPiece;
599     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
600
601     // Step 1. Initialize node
602     Thread* thisThread = pos.this_thread();
603     inCheck = pos.checkers();
604     Color us = pos.side_to_move();
605     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
606     bestValue = -VALUE_INFINITE;
607     maxValue = VALUE_INFINITE;
608
609     // Check for the available remaining time
610     if (thisThread == Threads.main())
611         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
612
613     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
614     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
615         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
616
617     if (!rootNode)
618     {
619         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
620         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
621             || pos.is_draw(ss->ply)
622             || ss->ply >= MAX_PLY)
623             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
624                                                     : value_draw(pos.this_thread());
625
626         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
627         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
628         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
629         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
630         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
631         // mate. In this case return a fail-high score.
632         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
633         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
634         if (alpha >= beta)
635             return alpha;
636     }
637
638     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
639
640     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
641     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
642     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
643     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
644
645     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
646     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
647     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
648     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
649     // LMR which are based on the statScore of parent position.
650     if (rootNode)
651         (ss+4)->statScore = 0;
652     else
653         (ss+2)->statScore = 0;
654
655     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
656     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
657     // position key in case of an excluded move.
658     excludedMove = ss->excludedMove;
659     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
660     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
661     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
662     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
663             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
664     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
665
666     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
667     if (  !PvNode
668         && ttHit
669         && tte->depth() >= depth
670         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
671         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
672                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
673     {
674         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
675         if (ttMove)
676         {
677             if (ttValue >= beta)
678             {
679                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
680                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
681
682                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
683                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
684                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + 1));
685             }
686             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
687             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
688             {
689                 int penalty = -stat_bonus(depth);
690                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
691                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
692             }
693         }
694         return ttValue;
695     }
696
697     // Step 5. Tablebases probe
698     if (!rootNode && TB::Cardinality)
699     {
700         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
701
702         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
703             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
704             &&  pos.rule50_count() == 0
705             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
706         {
707             TB::ProbeState err;
708             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
709
710             // Force check of time on the next occasion
711             if (thisThread == Threads.main())
712                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
713
714             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
715             {
716                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
717
718                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
719
720                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
721                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
722                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
723
724                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
725                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
726
727                 if (    b == BOUND_EXACT
728                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
729                 {
730                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
731                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6),
732                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
733
734                     return value;
735                 }
736
737                 if (PvNode)
738                 {
739                     if (b == BOUND_LOWER)
740                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
741                     else
742                         maxValue = value;
743                 }
744             }
745         }
746     }
747
748     // Step 6. Static evaluation of the position
749     if (inCheck)
750     {
751         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
752         improving = false;
753         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
754     }
755     else if (ttHit)
756     {
757         // Never assume anything about values stored in TT
758         ss->staticEval = eval = tte->eval();
759         if (eval == VALUE_NONE)
760             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
761
762         if (eval == VALUE_DRAW)
763             eval = value_draw(thisThread);
764
765         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
766         if (    ttValue != VALUE_NONE
767             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
768             eval = ttValue;
769     }
770     else
771     {
772         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
773         {
774             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
775
776             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
777         }
778         else
779             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
780
781         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
782     }
783
784     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
785     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
786         &&  depth < 2
787         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
788         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
789
790     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
791                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
792
793     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
794     if (   !PvNode
795         &&  depth < 7
796         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
797         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
798         return eval;
799
800     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
801     if (   !PvNode
802         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
803         && (ss-1)->statScore < 22661
804         &&  eval >= beta
805         &&  eval >= ss->staticEval
806         &&  ss->staticEval >= beta - 33 * depth + 299 - improving * 30
807         && !excludedMove
808         &&  pos.non_pawn_material(us)
809         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
810     {
811         assert(eval - beta >= 0);
812
813         // Null move dynamic reduction based on depth and value
814         Depth R = (835 + 70 * depth) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 185, 3);
815
816         ss->currentMove = MOVE_NULL;
817         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
818
819         pos.do_null_move(st);
820
821         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
822
823         pos.undo_null_move();
824
825         if (nullValue >= beta)
826         {
827             // Do not return unproven mate scores
828             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
829                 nullValue = beta;
830
831             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 13))
832                 return nullValue;
833
834             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
835
836             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
837             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
838             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
839             thisThread->nmpColor = us;
840
841             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
842
843             thisThread->nmpMinPly = 0;
844
845             if (v >= beta)
846                 return nullValue;
847         }
848     }
849
850     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
851     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
852     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
853     if (   !PvNode
854         &&  depth >= 5
855         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
856     {
857         Value raisedBeta = std::min(beta + 191 - 46 * improving, VALUE_INFINITE);
858         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
859         int probCutCount = 0;
860
861         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
862                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
863             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
864             {
865                 probCutCount++;
866
867                 ss->currentMove = move;
868                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
869
870                 assert(depth >= 5);
871
872                 pos.do_move(move, st);
873
874                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
875                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
876
877                 // If the qsearch held, perform the regular search
878                 if (value >= raisedBeta)
879                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4, !cutNode);
880
881                 pos.undo_move(move);
882
883                 if (value >= raisedBeta)
884                     return value;
885             }
886     }
887
888     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
889     if (depth >= 7 && !ttMove)
890     {
891         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7, cutNode);
892
893         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
894         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
895         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
896     }
897
898 moves_loop: // When in check, search starts from here
899
900     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
901                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
902                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
903
904     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
905
906     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
907                                       &thisThread->captureHistory,
908                                       contHist,
909                                       countermove,
910                                       ss->killers);
911
912     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
913     moveCountPruning = false;
914     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
915
916     // Mark this node as being searched
917     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
918
919     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
920     // or a beta cutoff occurs.
921     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
922     {
923       assert(is_ok(move));
924
925       if (move == excludedMove)
926           continue;
927
928       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
929       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
930       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
931       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
932       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
933                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
934           continue;
935
936       ss->moveCount = ++moveCount;
937
938       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
939           sync_cout << "info depth " << depth
940                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
941                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
942       if (PvNode)
943           (ss+1)->pv = nullptr;
944
945       extension = 0;
946       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
947       movedPiece = pos.moved_piece(move);
948       givesCheck = pos.gives_check(move);
949
950       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
951
952       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
953       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
954       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
955       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
956       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
957       if (    depth >= 6
958           &&  move == ttMove
959           && !rootNode
960           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
961        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
962           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
963           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
964           &&  tte->depth() >= depth - 3
965           &&  pos.legal(move))
966       {
967           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth;
968           Depth halfDepth = depth / 2;
969           ss->excludedMove = move;
970           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
971           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
972
973           if (value < singularBeta)
974           {
975               extension = 1;
976               singularLMR++;
977
978               if (value < singularBeta - std::min(4 * depth, 36))
979                   singularLMR++;
980           }
981
982           // Multi-cut pruning
983           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
984           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
985           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
986           // a soft bound.
987           else if (   eval >= beta
988                    && singularBeta >= beta)
989               return singularBeta;
990       }
991
992       // Check extension (~2 Elo)
993       else if (    givesCheck
994                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
995           extension = 1;
996
997       // Shuffle extension
998       else if (   PvNode
999                && pos.rule50_count() > 18
1000                && depth < 3
1001                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
1002           extension = 1;
1003
1004       // Passed pawn extension
1005       else if (   move == ss->killers[0]
1006                && pos.advanced_pawn_push(move)
1007                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
1008           extension = 1;
1009
1010       // Castling extension
1011       if (type_of(move) == CASTLING)
1012           extension = 1;
1013
1014       // Calculate new depth for this move
1015       newDepth = depth - 1 + extension;
1016
1017       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
1018       if (  !rootNode
1019           && pos.non_pawn_material(us)
1020           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1021       {
1022           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1023           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
1024
1025           if (   !captureOrPromotion
1026               && !givesCheck
1027               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
1028           {
1029               // Move count based pruning
1030               if (moveCountPruning)
1031                   continue;
1032
1033               // Reduced depth of the next LMR search
1034               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), 0);
1035
1036               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1037               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1038                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1039                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1040                   continue;
1041
1042               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1043               if (   lmrDepth < 6
1044                   && !inCheck
1045                   && ss->staticEval + 250 + 211 * lmrDepth <= alpha)
1046                   continue;
1047
1048               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1049               if (!pos.see_ge(move, Value(-(31 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1050                   continue;
1051           }
1052           else if (  !(givesCheck && extension)
1053                    && !pos.see_ge(move, Value(-199) * depth)) // (~20 Elo)
1054                   continue;
1055       }
1056
1057       // Speculative prefetch as early as possible
1058       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1059
1060       // Check for legality just before making the move
1061       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1062       {
1063           ss->moveCount = --moveCount;
1064           continue;
1065       }
1066
1067       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1068       ss->currentMove = move;
1069       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1070
1071       // Step 15. Make the move
1072       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1073
1074       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1075       // re-searched at full depth.
1076       if (    depth >= 3
1077           &&  moveCount > 1 + 2 * rootNode
1078           && (!rootNode || thisThread->best_move_count(move) == 0)
1079           && (  !captureOrPromotion
1080               || moveCountPruning
1081               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha
1082               || cutNode))
1083       {
1084           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1085
1086           // Reduction if other threads are searching this position.
1087           if (th.marked())
1088               r++;
1089
1090           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1091           if (ttPv)
1092               r -= 2;
1093
1094           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1095           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1096               r--;
1097
1098           // Decrease reduction if ttMove has been singularly extended
1099           r -= singularLMR;
1100
1101           if (!captureOrPromotion)
1102           {
1103               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1104               if (ttCapture)
1105                   r++;
1106
1107               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1108               if (cutNode)
1109                   r += 2;
1110
1111               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1112               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1113               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1114               else if (    type_of(move) == NORMAL
1115                        && !pos.see_ge(reverse_move(move)))
1116                   r -= 2;
1117
1118               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1119                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1120                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1121                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1122                              - 4729;
1123
1124               // Reset statScore to zero if negative and most stats shows >= 0
1125               if (    ss->statScore < 0
1126                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1127                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1128                   && thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] >= 0)
1129                   ss->statScore = 0;
1130
1131               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1132               if (ss->statScore >= -99 && (ss-1)->statScore < -116)
1133                   r--;
1134
1135               else if ((ss-1)->statScore >= -117 && ss->statScore < -144)
1136                   r++;
1137
1138               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1139               r -= ss->statScore / 16384;
1140           }
1141
1142           Depth d = clamp(newDepth - r, 1, newDepth);
1143
1144           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1145
1146           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth), doLMR = true;
1147       }
1148       else
1149           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1, doLMR = false;
1150
1151       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1152       if (doFullDepthSearch)
1153       {
1154           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1155
1156           if (doLMR && !captureOrPromotion)
1157           {
1158               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1159                                         : -stat_bonus(newDepth);
1160
1161               if (move == ss->killers[0])
1162                   bonus += bonus / 4;
1163
1164               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1165           }
1166       }
1167
1168       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1169       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1170       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1171       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1172       {
1173           (ss+1)->pv = pv;
1174           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1175
1176           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1177       }
1178
1179       // Step 18. Undo move
1180       pos.undo_move(move);
1181
1182       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1183
1184       // Step 19. Check for a new best move
1185       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1186       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1187       // updating best move, PV and TT.
1188       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1189           return VALUE_ZERO;
1190
1191       if (rootNode)
1192       {
1193           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1194                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1195
1196           // PV move or new best move?
1197           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1198           {
1199               rm.score = value;
1200               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1201               rm.pv.resize(1);
1202
1203               assert((ss+1)->pv);
1204
1205               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1206                   rm.pv.push_back(*m);
1207
1208               // We record how often the best move has been changed in each
1209               // iteration. This information is used for time management: When
1210               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1211               if (moveCount > 1)
1212                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1213           }
1214           else
1215               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1216               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1217               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1218               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1219       }
1220
1221       if (value > bestValue)
1222       {
1223           bestValue = value;
1224
1225           if (value > alpha)
1226           {
1227               bestMove = move;
1228
1229               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1230                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1231
1232               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1233                   alpha = value;
1234               else
1235               {
1236                   assert(value >= beta); // Fail high
1237                   ss->statScore = 0;
1238                   break;
1239               }
1240           }
1241       }
1242
1243       if (move != bestMove)
1244       {
1245           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1246               capturesSearched[captureCount++] = move;
1247
1248           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1249               quietsSearched[quietCount++] = move;
1250       }
1251     }
1252
1253     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1254     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1255     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1256     /*
1257        if (Threads.stop)
1258         return VALUE_DRAW;
1259     */
1260
1261     // Step 20. Check for mate and stalemate
1262     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1263     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1264     // return a fail low score.
1265
1266     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1267
1268     if (!moveCount)
1269         bestValue = excludedMove ? alpha
1270                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1271     else if (bestMove)
1272     {
1273         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1274         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1275             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1276                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg)));
1277
1278         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + 1));
1279
1280         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1281         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1282             && !pos.captured_piece())
1283                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + 1));
1284
1285     }
1286     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1287     else if (   (depth >= 3 || PvNode)
1288              && !pos.captured_piece())
1289         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1290
1291     if (PvNode)
1292         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1293
1294     if (!excludedMove)
1295         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1296                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1297                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1298                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1299
1300     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1301
1302     return bestValue;
1303   }
1304
1305
1306   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1307   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1308   template <NodeType NT>
1309   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1310
1311     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1312
1313     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1314     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1315     assert(depth <= 0);
1316
1317     Move pv[MAX_PLY+1];
1318     StateInfo st;
1319     TTEntry* tte;
1320     Key posKey;
1321     Move ttMove, move, bestMove;
1322     Depth ttDepth;
1323     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1324     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1325     int moveCount;
1326
1327     if (PvNode)
1328     {
1329         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1330         (ss+1)->pv = pv;
1331         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1332     }
1333
1334     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1335     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1336     bestMove = MOVE_NONE;
1337     inCheck = pos.checkers();
1338     moveCount = 0;
1339
1340     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1341     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1342         || ss->ply >= MAX_PLY)
1343         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1344
1345     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1346
1347     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1348     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1349     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1350     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1351                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1352     // Transposition table lookup
1353     posKey = pos.key();
1354     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1355     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1356     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1357     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1358
1359     if (  !PvNode
1360         && ttHit
1361         && tte->depth() >= ttDepth
1362         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1363         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1364                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1365         return ttValue;
1366
1367     // Evaluate the position statically
1368     if (inCheck)
1369     {
1370         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1371         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1372     }
1373     else
1374     {
1375         if (ttHit)
1376         {
1377             // Never assume anything about values stored in TT
1378             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1379                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1380
1381             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1382             if (    ttValue != VALUE_NONE
1383                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1384                 bestValue = ttValue;
1385         }
1386         else
1387             ss->staticEval = bestValue =
1388             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1389                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1390
1391         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1392         if (bestValue >= beta)
1393         {
1394             if (!ttHit)
1395                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1396                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1397
1398             return bestValue;
1399         }
1400
1401         if (PvNode && bestValue > alpha)
1402             alpha = bestValue;
1403
1404         futilityBase = bestValue + 153;
1405     }
1406
1407     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1408                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1409                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1410
1411     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1412     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1413     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1414     // be generated.
1415     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1416                                       &thisThread->captureHistory,
1417                                       contHist,
1418                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1419
1420     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1421     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1422     {
1423       assert(is_ok(move));
1424
1425       givesCheck = pos.gives_check(move);
1426
1427       moveCount++;
1428
1429       // Futility pruning
1430       if (   !inCheck
1431           && !givesCheck
1432           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1433           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1434       {
1435           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1436
1437           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1438
1439           if (futilityValue <= alpha)
1440           {
1441               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1442               continue;
1443           }
1444
1445           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1446           {
1447               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1448               continue;
1449           }
1450       }
1451
1452       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1453       evasionPrunable =    inCheck
1454                        &&  (depth != 0 || moveCount > 2)
1455                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1456                        && !pos.capture(move);
1457
1458       // Don't search moves with negative SEE values
1459       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1460           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1461           && !pos.see_ge(move))
1462           continue;
1463
1464       // Speculative prefetch as early as possible
1465       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1466
1467       // Check for legality just before making the move
1468       if (!pos.legal(move))
1469       {
1470           moveCount--;
1471           continue;
1472       }
1473
1474       ss->currentMove = move;
1475       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1476
1477       // Make and search the move
1478       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1479       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - 1);
1480       pos.undo_move(move);
1481
1482       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1483
1484       // Check for a new best move
1485       if (value > bestValue)
1486       {
1487           bestValue = value;
1488
1489           if (value > alpha)
1490           {
1491               bestMove = move;
1492
1493               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1494                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1495
1496               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1497                   alpha = value;
1498               else
1499                   break; // Fail high
1500           }
1501        }
1502     }
1503
1504     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1505     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1506     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1507         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1508
1509     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1510               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1511               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1512               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1513
1514     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1515
1516     return bestValue;
1517   }
1518
1519
1520   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1521   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1522   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1523
1524   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1525
1526     assert(v != VALUE_NONE);
1527
1528     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1529           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1530   }
1531
1532
1533   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1534   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1535   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1536
1537   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1538
1539     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1540           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1541           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1542   }
1543
1544
1545   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1546
1547   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1548
1549     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1550         *pv++ = *childPv++;
1551     *pv = MOVE_NONE;
1552   }
1553
1554
1555   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1556   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1557
1558   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1559
1560     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1561         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1562             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1563   }
1564
1565
1566   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1567
1568   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1569                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1570
1571       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1572       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1573       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1574
1575       if (pos.capture_or_promotion(move))
1576           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1577
1578       // Decrease all the other played capture moves
1579       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1580       {
1581           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1582           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1583           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1584       }
1585   }
1586
1587
1588   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1589
1590   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1591                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1592
1593     if (ss->killers[0] != move)
1594     {
1595         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1596         ss->killers[0] = move;
1597     }
1598
1599     Color us = pos.side_to_move();
1600     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1601     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1602     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1603
1604     if (type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN)
1605         thisThread->mainHistory[us][from_to(reverse_move(move))] << -bonus;
1606
1607     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1608     {
1609         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1610         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1611     }
1612
1613     // Decrease all the other played quiet moves
1614     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1615     {
1616         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1617         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1618     }
1619   }
1620
1621   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1622   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1623
1624   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1625
1626     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1627     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1628
1629     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1630     Value topScore = rootMoves[0].score;
1631     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1632     int weakness = 120 - 2 * level;
1633     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1634
1635     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1636     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1637     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1638     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1639     {
1640         // This is our magic formula
1641         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1642                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1643
1644         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1645         {
1646             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1647             best = rootMoves[i].pv[0];
1648         }
1649     }
1650
1651     return best;
1652   }
1653
1654 } // namespace
1655
1656 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1657 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1658
1659 void MainThread::check_time() {
1660
1661   if (--callsCnt > 0)
1662       return;
1663
1664   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1665   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1666
1667   static TimePoint lastInfoTime = now();
1668
1669   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1670   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1671
1672   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1673   {
1674       lastInfoTime = tick;
1675       dbg_print();
1676   }
1677
1678   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1679   if (ponder)
1680       return;
1681
1682   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1683       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1684       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1685       Threads.stop = true;
1686 }
1687
1688
1689 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1690 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1691
1692 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1693
1694   std::stringstream ss;
1695   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1696   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1697   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1698   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1699   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1700   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1701
1702   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1703   {
1704       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1705
1706       if (depth == 1 && !updated)
1707           continue;
1708
1709       Depth d = updated ? depth : depth - 1;
1710       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1711
1712       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1713       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1714
1715       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1716           ss << "\n";
1717
1718       ss << "info"
1719          << " depth "    << d
1720          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1721          << " multipv "  << i + 1
1722          << " score "    << UCI::value(v);
1723
1724       if (!tb && i == pvIdx)
1725           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1726
1727       ss << " nodes "    << nodesSearched
1728          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1729
1730       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1731           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1732
1733       ss << " tbhits "   << tbHits
1734          << " time "     << elapsed
1735          << " pv";
1736
1737       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1738           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1739   }
1740
1741   return ss.str();
1742 }
1743
1744
1745 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1746 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1747 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1748 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1749
1750 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1751
1752     StateInfo st;
1753     bool ttHit;
1754
1755     assert(pv.size() == 1);
1756
1757     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1758         return false;
1759
1760     pos.do_move(pv[0], st);
1761     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1762
1763     if (ttHit)
1764     {
1765         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1766         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1767             pv.push_back(m);
1768     }
1769
1770     pos.undo_move(pv[0]);
1771     return pv.size() > 1;
1772 }
1773
1774 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1775
1776     RootInTB = false;
1777     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1778     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1779     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1780     bool dtz_available = true;
1781
1782     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1783     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1784     if (Cardinality > MaxCardinality)
1785     {
1786         Cardinality = MaxCardinality;
1787         ProbeDepth = 0;
1788     }
1789
1790     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1791     {
1792         // Rank moves using DTZ tables
1793         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1794
1795         if (!RootInTB)
1796         {
1797             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1798             dtz_available = false;
1799             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1800         }
1801     }
1802
1803     if (RootInTB)
1804     {
1805         // Sort moves according to TB rank
1806         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1807                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1808
1809         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1810         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1811             Cardinality = 0;
1812     }
1813     else
1814     {
1815         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1816         for (auto& m : rootMoves)
1817             m.tbRank = 0;
1818     }
1819 }