c33bc9143920324d229dd34ae050072d1079a963
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2021 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include <algorithm>
20 #include <cassert>
21 #include <cmath>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <iostream>
24 #include <sstream>
25
26 #include "evaluate.h"
27 #include "misc.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "position.h"
31 #include "search.h"
32 #include "thread.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   LimitsType Limits;
41 }
42
43 namespace Tablebases {
44
45   int Cardinality;
46   bool RootInTB;
47   bool UseRule50;
48   Depth ProbeDepth;
49 }
50
51 namespace TB = Tablebases;
52
53 using std::string;
54 using Eval::evaluate;
55 using namespace Search;
56
57 namespace {
58
59   // Different node types, used as a template parameter
60   enum NodeType { NonPV, PV };
61
62   constexpr uint64_t TtHitAverageWindow     = 4096;
63   constexpr uint64_t TtHitAverageResolution = 1024;
64
65   // Futility margin
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value(234 * (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 + 503) / 1024 + (!i && r > 915);
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, Depth depth) {
79     return (3 + depth * depth) / (2 - improving);
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth d) {
84     return d > 14 ? 66 : 6 * d * d + 231 * d - 206;
85   }
86
87   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3-fold 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, int r50c);
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, int bonus, int depth);
157   void update_all_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move bestMove, Value bestValue, Value beta, Square prevSq,
158                         Move* quietsSearched, int quietCount, Move* capturesSearched, int captureCount, Depth depth);
159
160   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
161   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
162   template<bool Root>
163   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
164
165     StateInfo st;
166     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
167
168     uint64_t cnt, nodes = 0;
169     const bool leaf = (depth == 2);
170
171     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
172     {
173         if (Root && depth <= 1)
174             cnt = 1, nodes++;
175         else
176         {
177             pos.do_move(m, st);
178             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
179             nodes += cnt;
180             pos.undo_move(m);
181         }
182         if (Root)
183             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
184     }
185     return nodes;
186   }
187
188 } // namespace
189
190
191 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
192
193 void Search::init() {
194
195   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
196       Reductions[i] = int((21.3 + 2 * std::log(Threads.size())) * std::log(i + 0.25 * std::log(i)));
197 }
198
199
200 /// Search::clear() resets search state to its initial value
201
202 void Search::clear() {
203
204   Threads.main()->wait_for_search_finished();
205
206   Time.availableNodes = 0;
207   TT.clear();
208   Threads.clear();
209   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
210 }
211
212
213 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
214 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
215
216 void MainThread::search() {
217
218   if (Limits.perft)
219   {
220       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
221       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
222       return;
223   }
224
225   Color us = rootPos.side_to_move();
226   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
227   TT.new_search();
228
229   Eval::NNUE::verify();
230
231   if (rootMoves.empty())
232   {
233       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
234       sync_cout << "info depth 0 score "
235                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
236                 << sync_endl;
237   }
238   else
239   {
240       Threads.start_searching(); // start non-main threads
241       Thread::search();          // main thread start searching
242   }
243
244   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
245   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
246   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
247   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
248   // until the GUI sends one of those commands.
249
250   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
251   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
252
253   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
254   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
255   Threads.stop = true;
256
257   // Wait until all threads have finished
258   Threads.wait_for_search_finished();
259
260   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
261   // the available ones before exiting.
262   if (Limits.npmsec)
263       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
264
265   Thread* bestThread = this;
266
267   if (   int(Options["MultiPV"]) == 1
268       && !Limits.depth
269       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || int(Options["UCI_LimitStrength"]))
270       && rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
271       bestThread = Threads.get_best_thread();
272
273   bestPreviousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
274
275   // Send again PV info if we have a new best thread
276   if (bestThread != this)
277       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
278
279   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
280
281   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
282       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
283
284   std::cout << sync_endl;
285 }
286
287
288 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
289 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
290 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292 void Thread::search() {
293
294   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
295   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
296   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
297   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
298   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
299   Move  pv[MAX_PLY+1];
300   Value bestValue, alpha, beta, delta;
301   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
302   Depth lastBestMoveDepth = 0;
303   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
304   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
305   Color us = rootPos.side_to_move();
306   int iterIdx = 0;
307
308   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
309   for (int i = 7; i > 0; i--)
310       (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0]; // Use as a sentinel
311
312   ss->pv = pv;
313
314   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
315   beta = VALUE_INFINITE;
316
317   if (mainThread)
318   {
319       if (mainThread->bestPreviousScore == VALUE_INFINITE)
320           for (int i = 0; i < 4; ++i)
321               mainThread->iterValue[i] = VALUE_ZERO;
322       else
323           for (int i = 0; i < 4; ++i)
324               mainThread->iterValue[i] = mainThread->bestPreviousScore;
325   }
326
327   std::copy(&lowPlyHistory[2][0], &lowPlyHistory.back().back() + 1, &lowPlyHistory[0][0]);
328   std::fill(&lowPlyHistory[MAX_LPH - 2][0], &lowPlyHistory.back().back() + 1, 0);
329
330   size_t multiPV = size_t(Options["MultiPV"]);
331
332   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
333   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
334   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
335   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
336   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
337   PRNG rng(now());
338   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
339                       std::clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
340                         double(Options["Skill Level"]);
341   int intLevel = int(floatLevel) +
342                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
343   Skill skill(intLevel);
344
345   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
346   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
347   if (skill.enabled())
348       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
349
350   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
351   ttHitAverage = TtHitAverageWindow * TtHitAverageResolution / 2;
352
353   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
354
355   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
356   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
357       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
358           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
359           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
360           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
361           : ct;
362
363   // Evaluation score is from the white point of view
364   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
365                           : -make_score(ct, ct / 2));
366
367   int searchAgainCounter = 0;
368
369   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
370   while (   ++rootDepth < MAX_PLY
371          && !Threads.stop
372          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
373   {
374       // Age out PV variability metric
375       if (mainThread)
376           totBestMoveChanges /= 2;
377
378       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
379       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
380       for (RootMove& rm : rootMoves)
381           rm.previousScore = rm.score;
382
383       size_t pvFirst = 0;
384       pvLast = 0;
385
386       if (!Threads.increaseDepth)
387          searchAgainCounter++;
388
389       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
390       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
391       {
392           if (pvIdx == pvLast)
393           {
394               pvFirst = pvLast;
395               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
396                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
397                       break;
398           }
399
400           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
401           selDepth = 0;
402
403           // Reset aspiration window starting size
404           if (rootDepth >= 4)
405           {
406               Value prev = rootMoves[pvIdx].previousScore;
407               delta = Value(17);
408               alpha = std::max(prev - delta,-VALUE_INFINITE);
409               beta  = std::min(prev + delta, VALUE_INFINITE);
410
411               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
412               int dct = ct + (113 - ct / 2) * prev / (abs(prev) + 147);
413
414               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
415                                       : -make_score(dct, dct / 2));
416           }
417
418           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
419           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
420           // high/low anymore.
421           failedHighCnt = 0;
422           while (true)
423           {
424               Depth adjustedDepth = std::max(1, rootDepth - failedHighCnt - searchAgainCounter);
425               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
426
427               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
428               // is done with a stable algorithm because all the values but the
429               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
430               // and we want to keep the same order for all the moves except the
431               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
432               // search the already searched PV lines are preserved.
433               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
434
435               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
436               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
437               // the previous iteration.
438               if (Threads.stop)
439                   break;
440
441               // When failing high/low give some update (without cluttering
442               // the UI) before a re-search.
443               if (   mainThread
444                   && multiPV == 1
445                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
446                   && Time.elapsed() > 3000)
447                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
448
449               // In case of failing low/high increase aspiration window and
450               // re-search, otherwise exit the loop.
451               if (bestValue <= alpha)
452               {
453                   beta = (alpha + beta) / 2;
454                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
455
456                   failedHighCnt = 0;
457                   if (mainThread)
458                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
459               }
460               else if (bestValue >= beta)
461               {
462                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
463                   ++failedHighCnt;
464               }
465               else
466                   break;
467
468               delta += delta / 4 + 5;
469
470               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
471           }
472
473           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
474           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
475
476           if (    mainThread
477               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
478               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
479       }
480
481       if (!Threads.stop)
482           completedDepth = rootDepth;
483
484       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
485          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
486          lastBestMoveDepth = rootDepth;
487       }
488
489       // Have we found a "mate in x"?
490       if (   Limits.mate
491           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
492           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
493           Threads.stop = true;
494
495       if (!mainThread)
496           continue;
497
498       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
499       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
500           skill.pick_best(multiPV);
501
502       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
503       if (    Limits.use_time_management()
504           && !Threads.stop
505           && !mainThread->stopOnPonderhit)
506       {
507           double fallingEval = (318 + 6 * (mainThread->bestPreviousScore - bestValue)
508                                     + 6 * (mainThread->iterValue[iterIdx] - bestValue)) / 825.0;
509           fallingEval = std::clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
510
511           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
512           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 < completedDepth ? 1.92 : 0.95;
513           double reduction = (1.47 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.32 * timeReduction);
514
515           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
516           for (Thread* th : Threads)
517           {
518               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
519               th->bestMoveChanges = 0;
520           }
521           double bestMoveInstability = 1 + 2 * totBestMoveChanges / Threads.size();
522
523           double totalTime = Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability;
524
525           // Cap used time in case of a single legal move for a better viewer experience in tournaments
526           // yielding correct scores and sufficiently fast moves.
527           if (rootMoves.size() == 1)
528               totalTime = std::min(500.0, totalTime);
529
530           // Stop the search if we have exceeded the totalTime
531           if (Time.elapsed() > totalTime)
532           {
533               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
534               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
535               if (mainThread->ponder)
536                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
537               else
538                   Threads.stop = true;
539           }
540           else if (   Threads.increaseDepth
541                    && !mainThread->ponder
542                    && Time.elapsed() > totalTime * 0.58)
543                    Threads.increaseDepth = false;
544           else
545                    Threads.increaseDepth = true;
546       }
547
548       mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
549       iterIdx = (iterIdx + 1) & 3;
550   }
551
552   if (!mainThread)
553       return;
554
555   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
556
557   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
558   if (skill.enabled())
559       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
560                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
561 }
562
563
564 namespace {
565
566   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
567
568   template <NodeType NT>
569   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
570
571     constexpr bool PvNode = NT == PV;
572     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
573     const Depth maxNextDepth = rootNode ? depth : depth + 1;
574
575     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
576     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
577     if (   pos.rule50_count() >= 3
578         && alpha < VALUE_DRAW
579         && !rootNode
580         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
581     {
582         alpha = value_draw(pos.this_thread());
583         if (alpha >= beta)
584             return alpha;
585     }
586
587     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
588     if (depth <= 0)
589         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
590
591     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
592     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
593     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
594     assert(!(PvNode && cutNode));
595
596     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
597     StateInfo st;
598     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
599
600     TTEntry* tte;
601     Key posKey;
602     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
603     Depth extension, newDepth;
604     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, probCutBeta;
605     bool formerPv, givesCheck, improving, didLMR, priorCapture;
606     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning,
607          ttCapture, singularQuietLMR;
608     Piece movedPiece;
609     int moveCount, captureCount, quietCount;
610
611     // Step 1. Initialize node
612     Thread* thisThread = pos.this_thread();
613     ss->inCheck = pos.checkers();
614     priorCapture = pos.captured_piece();
615     Color us = pos.side_to_move();
616     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
617     bestValue = -VALUE_INFINITE;
618     maxValue = VALUE_INFINITE;
619
620     // Check for the available remaining time
621     if (thisThread == Threads.main())
622         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
623
624     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
625     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
626         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
627
628     if (!rootNode)
629     {
630         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
631         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
632             || pos.is_draw(ss->ply)
633             || ss->ply >= MAX_PLY)
634             return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos)
635                                                         : value_draw(pos.this_thread());
636
637         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
638         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
639         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
640         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
641         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
642         // mate. In this case return a fail-high score.
643         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
644         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
645         if (alpha >= beta)
646             return alpha;
647     }
648
649     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
650
651     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
652     (ss+1)->ttPv = false;
653     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
654     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
655     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
656
657     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
658     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
659     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
660     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
661     // LMR which are based on the statScore of parent position.
662     if (!rootNode)
663         (ss+2)->statScore = 0;
664
665     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
666     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
667     // position key in case of an excluded move.
668     excludedMove = ss->excludedMove;
669     posKey = excludedMove == MOVE_NONE ? pos.key() : pos.key() ^ make_key(excludedMove);
670     tte = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
671     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
672     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
673             : ss->ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
674     if (!excludedMove)
675         ss->ttPv = PvNode || (ss->ttHit && tte->is_pv());
676     formerPv = ss->ttPv && !PvNode;
677
678     // Update low ply history for previous move if we are near root and position is or has been in PV
679     if (   ss->ttPv
680         && depth > 12
681         && ss->ply - 1 < MAX_LPH
682         && !priorCapture
683         && is_ok((ss-1)->currentMove))
684         thisThread->lowPlyHistory[ss->ply - 1][from_to((ss-1)->currentMove)] << stat_bonus(depth - 5);
685
686     // thisThread->ttHitAverage can be used to approximate the running average of ttHit
687     thisThread->ttHitAverage =   (TtHitAverageWindow - 1) * thisThread->ttHitAverage / TtHitAverageWindow
688                                 + TtHitAverageResolution * ss->ttHit;
689
690     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
691     if (  !PvNode
692         && ss->ttHit
693         && tte->depth() >= depth
694         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
695         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
696                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
697     {
698         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
699         if (ttMove)
700         {
701             if (ttValue >= beta)
702             {
703                 // Bonus for a quiet ttMove that fails high
704                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
705                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth), depth);
706
707                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
708                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
709                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + 1));
710             }
711             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
712             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
713             {
714                 int penalty = -stat_bonus(depth);
715                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
716                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
717             }
718         }
719
720         // Partial workaround for the graph history interaction problem
721         // For high rule50 counts don't produce transposition table cutoffs.
722         if (pos.rule50_count() < 90)
723             return ttValue;
724     }
725
726     // Step 5. Tablebases probe
727     if (!rootNode && TB::Cardinality)
728     {
729         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
730
731         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
732             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
733             &&  pos.rule50_count() == 0
734             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
735         {
736             TB::ProbeState err;
737             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
738
739             // Force check of time on the next occasion
740             if (thisThread == Threads.main())
741                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
742
743             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
744             {
745                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
746
747                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
748
749                 // use the range VALUE_MATE_IN_MAX_PLY to VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY to score
750                 value =  wdl < -drawScore ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + ss->ply + 1
751                        : wdl >  drawScore ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - ss->ply - 1
752                                           : VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
753
754                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
755                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
756
757                 if (    b == BOUND_EXACT
758                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
759                 {
760                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, b,
761                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6),
762                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
763
764                     return value;
765                 }
766
767                 if (PvNode)
768                 {
769                     if (b == BOUND_LOWER)
770                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
771                     else
772                         maxValue = value;
773                 }
774             }
775         }
776     }
777
778     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
779
780     // Step 6. Static evaluation of the position
781     if (ss->inCheck)
782     {
783         // Skip early pruning when in check
784         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
785         improving = false;
786         goto moves_loop;
787     }
788     else if (ss->ttHit)
789     {
790         // Never assume anything about values stored in TT
791         ss->staticEval = eval = tte->eval();
792         if (eval == VALUE_NONE)
793             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
794
795         // Randomize draw evaluation
796         if (eval == VALUE_DRAW)
797             eval = value_draw(thisThread);
798
799         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
800         if (    ttValue != VALUE_NONE
801             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
802             eval = ttValue;
803     }
804     else
805     {
806         // In case of null move search use previous static eval with a different sign
807         // and addition of two tempos
808         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
809             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
810         else
811             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Tempo;
812
813         // Save static evaluation into transposition table
814         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ss->ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
815     }
816
817     // Use static evaluation difference to improve quiet move ordering
818     if (is_ok((ss-1)->currentMove) && !(ss-1)->inCheck && !priorCapture)
819     {
820         int bonus = std::clamp(-depth * 4 * int((ss-1)->staticEval + ss->staticEval - 2 * Tempo), -1000, 1000);
821         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss-1)->currentMove)] << bonus;
822     }
823
824     // Set up improving flag that is used in various pruning heuristics
825     // We define position as improving if static evaluation of position is better
826     // Than the previous static evaluation at our turn
827     // In case of us being in check at our previous move we look at move prior to it
828     improving =  (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE
829                ? ss->staticEval > (ss-4)->staticEval || (ss-4)->staticEval == VALUE_NONE
830                : ss->staticEval > (ss-2)->staticEval;
831
832     // Step 7. Futility pruning: child node (~50 Elo)
833     if (   !PvNode
834         &&  depth < 9
835         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
836         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
837         return eval;
838
839     // Step 8. Null move search with verification search (~40 Elo)
840     if (   !PvNode
841         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
842         && (ss-1)->statScore < 24185
843         &&  eval >= beta
844         &&  eval >= ss->staticEval
845         &&  ss->staticEval >= beta - 24 * depth - 34 * improving + 162 * ss->ttPv + 159
846         && !excludedMove
847         &&  pos.non_pawn_material(us)
848         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
849     {
850         assert(eval - beta >= 0);
851
852         // Null move dynamic reduction based on depth and value
853         Depth R = (1062 + 68 * depth) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 190, 3);
854
855         ss->currentMove = MOVE_NULL;
856         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
857
858         pos.do_null_move(st);
859
860         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
861
862         pos.undo_null_move();
863
864         if (nullValue >= beta)
865         {
866             // Do not return unproven mate or TB scores
867             if (nullValue >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
868                 nullValue = beta;
869
870             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 14))
871                 return nullValue;
872
873             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
874
875             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
876             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
877             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
878             thisThread->nmpColor = us;
879
880             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
881
882             thisThread->nmpMinPly = 0;
883
884             if (v >= beta)
885                 return nullValue;
886         }
887     }
888
889     probCutBeta = beta + 209 - 44 * improving;
890
891     // Step 9. ProbCut (~10 Elo)
892     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
893     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
894     if (   !PvNode
895         &&  depth > 4
896         &&  abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY
897         // if value from transposition table is lower than probCutBeta, don't attempt probCut
898         // there and in further interactions with transposition table cutoff depth is set to depth - 3
899         // because probCut search has depth set to depth - 4 but we also do a move before it
900         // so effective depth is equal to depth - 3
901         && !(   ss->ttHit
902              && tte->depth() >= depth - 3
903              && ttValue != VALUE_NONE
904              && ttValue < probCutBeta))
905     {
906         // if ttMove is a capture and value from transposition table is good enough produce probCut
907         // cutoff without digging into actual probCut search
908         if (   ss->ttHit
909             && tte->depth() >= depth - 3
910             && ttValue != VALUE_NONE
911             && ttValue >= probCutBeta
912             && ttMove
913             && pos.capture_or_promotion(ttMove))
914             return probCutBeta;
915
916         assert(probCutBeta < VALUE_INFINITE);
917         MovePicker mp(pos, ttMove, probCutBeta - ss->staticEval, &captureHistory);
918         int probCutCount = 0;
919         bool ttPv = ss->ttPv;
920         ss->ttPv = false;
921
922         while (   (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
923                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
924             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
925             {
926                 assert(pos.capture_or_promotion(move));
927                 assert(depth >= 5);
928
929                 captureOrPromotion = true;
930                 probCutCount++;
931
932                 ss->currentMove = move;
933                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck]
934                                                                           [captureOrPromotion]
935                                                                           [pos.moved_piece(move)]
936                                                                           [to_sq(move)];
937
938                 pos.do_move(move, st);
939
940                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
941                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -probCutBeta, -probCutBeta+1);
942
943                 // If the qsearch held, perform the regular search
944                 if (value >= probCutBeta)
945                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -probCutBeta, -probCutBeta+1, depth - 4, !cutNode);
946
947                 pos.undo_move(move);
948
949                 if (value >= probCutBeta)
950                 {
951                     // if transposition table doesn't have equal or more deep info write probCut data into it
952                     if ( !(ss->ttHit
953                        && tte->depth() >= depth - 3
954                        && ttValue != VALUE_NONE))
955                         tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv,
956                             BOUND_LOWER,
957                             depth - 3, move, ss->staticEval);
958                     return value;
959                 }
960             }
961          ss->ttPv = ttPv;
962     }
963
964     // Step 10. If the position is not in TT, decrease depth by 2
965     if (   PvNode
966         && depth >= 6
967         && !ttMove)
968         depth -= 2;
969
970 moves_loop: // When in check, search starts from here
971
972     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
973
974     // Step 11. A small Probcut idea, when we are in check
975     probCutBeta = beta + 400;
976     if (   ss->inCheck
977         && !PvNode
978         && depth >= 4
979         && ttCapture
980         && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
981         && tte->depth() >= depth - 3
982         && ttValue >= probCutBeta
983         && abs(ttValue) <= VALUE_KNOWN_WIN
984         && abs(beta) <= VALUE_KNOWN_WIN
985        )
986         return probCutBeta;
987
988
989     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
990                                           nullptr                   , (ss-4)->continuationHistory,
991                                           nullptr                   , (ss-6)->continuationHistory };
992
993     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
994
995     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
996                                       &thisThread->lowPlyHistory,
997                                       &captureHistory,
998                                       contHist,
999                                       countermove,
1000                                       ss->killers,
1001                                       ss->ply);
1002
1003     value = bestValue;
1004     singularQuietLMR = moveCountPruning = false;
1005
1006     // Mark this node as being searched
1007     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
1008
1009     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
1010     // or a beta cutoff occurs.
1011     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
1012     {
1013       assert(is_ok(move));
1014
1015       if (move == excludedMove)
1016           continue;
1017
1018       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
1019       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
1020       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
1021       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
1022       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
1023                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
1024           continue;
1025
1026       // Check for legality
1027       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1028           continue;
1029
1030       ss->moveCount = ++moveCount;
1031
1032       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
1033           sync_cout << "info depth " << depth
1034                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
1035                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
1036       if (PvNode)
1037           (ss+1)->pv = nullptr;
1038
1039       extension = 0;
1040       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
1041       movedPiece = pos.moved_piece(move);
1042       givesCheck = pos.gives_check(move);
1043
1044       // Indicate PvNodes that will probably fail low if node was searched with non-PV search
1045       // at depth equal or greater to current depth and result of this search was far below alpha
1046       bool likelyFailLow =    PvNode
1047                            && ttMove
1048                            && (tte->bound() & BOUND_UPPER)
1049                            && ttValue < alpha + 200 + 100 * depth
1050                            && tte->depth() >= depth;
1051
1052       // Calculate new depth for this move
1053       newDepth = depth - 1;
1054
1055       // Step 13. Pruning at shallow depth (~200 Elo)
1056       if (  !rootNode
1057           && pos.non_pawn_material(us)
1058           && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
1059       {
1060           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1061           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
1062
1063           // Reduced depth of the next LMR search
1064           int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), 0);
1065
1066           if (   captureOrPromotion
1067               || givesCheck)
1068           {
1069               // Capture history based pruning when the move doesn't give check
1070               if (   !givesCheck
1071                   && lmrDepth < 1
1072                   && captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(pos.piece_on(to_sq(move)))] < 0)
1073                   continue;
1074
1075               // SEE based pruning
1076               if (!pos.see_ge(move, Value(-218) * depth)) // (~25 Elo)
1077                   continue;
1078           }
1079           else
1080           {
1081               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1082               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1083                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1084                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1085                   continue;
1086
1087               // Futility pruning: parent node (~5 Elo)
1088               if (   lmrDepth < 7
1089                   && !ss->inCheck
1090                   && ss->staticEval + 174 + 157 * lmrDepth <= alpha
1091                   &&  (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1092                     + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1093                     + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1094                     + (*contHist[5])[movedPiece][to_sq(move)] / 3 < 28255)
1095                   continue;
1096
1097               // Prune moves with negative SEE (~20 Elo)
1098               if (!pos.see_ge(move, Value(-(30 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1099                   continue;
1100           }
1101       }
1102
1103       // Step 14. Extensions (~75 Elo)
1104
1105       // Singular extension search (~70 Elo). If all moves but one fail low on a
1106       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1107       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1108       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
1109       // result is lower than ttValue minus a margin, then we will extend the ttMove.
1110       if (    depth >= 7
1111           &&  move == ttMove
1112           && !rootNode
1113           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
1114        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
1115           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
1116           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1117           &&  tte->depth() >= depth - 3)
1118       {
1119           Value singularBeta = ttValue - ((formerPv + 4) * depth) / 2;
1120           Depth singularDepth = (depth - 1 + 3 * formerPv) / 2;
1121           ss->excludedMove = move;
1122           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, singularDepth, cutNode);
1123           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1124
1125           if (value < singularBeta)
1126           {
1127               extension = 1;
1128               singularQuietLMR = !ttCapture;
1129           }
1130
1131           // Multi-cut pruning
1132           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
1133           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
1134           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
1135           // a soft bound.
1136           else if (singularBeta >= beta)
1137               return singularBeta;
1138
1139           // If the eval of ttMove is greater than beta we try also if there is another
1140           // move that pushes it over beta, if so also produce a cutoff.
1141           else if (ttValue >= beta)
1142           {
1143               ss->excludedMove = move;
1144               value = search<NonPV>(pos, ss, beta - 1, beta, (depth + 3) / 2, cutNode);
1145               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1146
1147               if (value >= beta)
1148                   return beta;
1149           }
1150       }
1151
1152       // Check extension (~2 Elo)
1153       else if (    givesCheck
1154                && (pos.is_discovered_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
1155           extension = 1;
1156
1157       // Last captures extension
1158       else if (   PieceValue[EG][pos.captured_piece()] > PawnValueEg
1159                && pos.non_pawn_material() <= 2 * RookValueMg)
1160           extension = 1;
1161
1162       // Add extension to new depth
1163       newDepth += extension;
1164
1165       // Speculative prefetch as early as possible
1166       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1167
1168       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1169       ss->currentMove = move;
1170       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck]
1171                                                                 [captureOrPromotion]
1172                                                                 [movedPiece]
1173                                                                 [to_sq(move)];
1174
1175       // Step 15. Make the move
1176       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1177
1178       // Step 16. Reduced depth search (LMR, ~200 Elo). If the move fails high it will be
1179       // re-searched at full depth.
1180       if (    depth >= 3
1181           &&  moveCount > 1 + 2 * rootNode
1182           && (  !captureOrPromotion
1183               || moveCountPruning
1184               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha
1185               || cutNode
1186               || (!PvNode && !formerPv && captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(pos.captured_piece())] < 3678)
1187               || thisThread->ttHitAverage < 432 * TtHitAverageResolution * TtHitAverageWindow / 1024))
1188       {
1189           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1190
1191           // Decrease reduction if the ttHit running average is large
1192           if (thisThread->ttHitAverage > 537 * TtHitAverageResolution * TtHitAverageWindow / 1024)
1193               r--;
1194
1195           // Increase reduction if other threads are searching this position
1196           if (th.marked())
1197               r++;
1198
1199           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1200           // and node is not likely to fail low. (~10 Elo)
1201           if (ss->ttPv && !likelyFailLow)
1202               r -= 2;
1203
1204           // Increase reduction at root and non-PV nodes when the best move does not change frequently
1205           if ((rootNode || !PvNode) && thisThread->rootDepth > 10 && thisThread->bestMoveChanges <= 2)
1206               r++;
1207
1208           // More reductions for late moves if position was not in previous PV
1209           if (moveCountPruning && !formerPv)
1210               r++;
1211
1212           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
1213           if ((ss-1)->moveCount > 13)
1214               r--;
1215
1216           // Decrease reduction if ttMove has been singularly extended (~3 Elo)
1217           if (singularQuietLMR)
1218               r--;
1219
1220           if (captureOrPromotion)
1221           {
1222               // Unless giving check, this capture is likely bad
1223               if (   !givesCheck
1224                   && ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] + 210 * depth <= alpha)
1225                   r++;
1226           }
1227           else
1228           {
1229               // Increase reduction if ttMove is a capture (~5 Elo)
1230               if (ttCapture)
1231                   r++;
1232
1233               // Increase reduction at root if failing high
1234               r += rootNode ? thisThread->failedHighCnt * thisThread->failedHighCnt * moveCount / 512 : 0;
1235
1236               // Increase reduction for cut nodes (~10 Elo)
1237               if (cutNode)
1238                   r += 2;
1239
1240               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1241               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1242               // hence break make_move(). (~2 Elo)
1243               else if (    type_of(move) == NORMAL
1244                        && !pos.see_ge(reverse_move(move)))
1245                   r -= 2 + ss->ttPv - (type_of(movedPiece) == PAWN);
1246
1247               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1248                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1249                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1250                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1251                              - 4741;
1252
1253               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1254               if (ss->statScore >= -89 && (ss-1)->statScore < -116)
1255                   r--;
1256
1257               else if ((ss-1)->statScore >= -112 && ss->statScore < -100)
1258                   r++;
1259
1260               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1261               // If we are not in check use statScore, if we are in check
1262               // use sum of main history and first continuation history with an offset
1263               if (ss->inCheck)
1264                   r -= (thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1265                      + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] - 3833) / 16384;
1266               else
1267                   r -= ss->statScore / 14790;
1268           }
1269
1270           Depth d = std::clamp(newDepth - r, 1, newDepth);
1271
1272           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1273
1274           doFullDepthSearch = value > alpha && d != newDepth;
1275
1276           didLMR = true;
1277       }
1278       else
1279       {
1280           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1281
1282           didLMR = false;
1283       }
1284
1285       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1286       if (doFullDepthSearch)
1287       {
1288           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1289
1290           // If the move passed LMR update its stats
1291           if (didLMR && !captureOrPromotion)
1292           {
1293               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1294                                         : -stat_bonus(newDepth);
1295
1296               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1297           }
1298       }
1299
1300       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1301       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1302       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1303       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1304       {
1305           (ss+1)->pv = pv;
1306           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1307
1308           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha,
1309                               std::min(maxNextDepth, newDepth), false);
1310       }
1311
1312       // Step 18. Undo move
1313       pos.undo_move(move);
1314
1315       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1316
1317       // Step 19. Check for a new best move
1318       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1319       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1320       // updating best move, PV and TT.
1321       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1322           return VALUE_ZERO;
1323
1324       if (rootNode)
1325       {
1326           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1327                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1328
1329           // PV move or new best move?
1330           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1331           {
1332               rm.score = value;
1333               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1334               rm.pv.resize(1);
1335
1336               assert((ss+1)->pv);
1337
1338               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1339                   rm.pv.push_back(*m);
1340
1341               // We record how often the best move has been changed in each
1342               // iteration. This information is used for time management and LMR
1343               if (moveCount > 1)
1344                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1345           }
1346           else
1347               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1348               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1349               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1350               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1351       }
1352
1353       if (value > bestValue)
1354       {
1355           bestValue = value;
1356
1357           if (value > alpha)
1358           {
1359               bestMove = move;
1360
1361               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1362                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1363
1364               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1365                   alpha = value;
1366               else
1367               {
1368                   assert(value >= beta); // Fail high
1369                   ss->statScore = 0;
1370                   break;
1371               }
1372           }
1373       }
1374
1375       // If the move is worse than some previously searched move, remember it to update its stats later
1376       if (move != bestMove)
1377       {
1378           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1379               capturesSearched[captureCount++] = move;
1380
1381           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1382               quietsSearched[quietCount++] = move;
1383       }
1384     }
1385
1386     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1387     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1388     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1389     /*
1390        if (Threads.stop)
1391         return VALUE_DRAW;
1392     */
1393
1394     // Step 20. Check for mate and stalemate
1395     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1396     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1397     // return a fail low score.
1398
1399     assert(moveCount || !ss->inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1400
1401     if (!moveCount)
1402         bestValue = excludedMove ? alpha
1403                    :     ss->inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1404
1405     // If there is a move which produces search value greater than alpha we update stats of searched moves
1406     else if (bestMove)
1407         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq,
1408                          quietsSearched, quietCount, capturesSearched, captureCount, depth);
1409
1410     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1411     else if (   (depth >= 3 || PvNode)
1412              && !priorCapture)
1413         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1414
1415     if (PvNode)
1416         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1417
1418     // If no good move is found and the previous position was ttPv, then the previous
1419     // opponent move is probably good and the new position is added to the search tree.
1420     if (bestValue <= alpha)
1421         ss->ttPv = ss->ttPv || ((ss-1)->ttPv && depth > 3);
1422     // Otherwise, a counter move has been found and if the position is the last leaf
1423     // in the search tree, remove the position from the search tree.
1424     else if (depth > 3)
1425         ss->ttPv = ss->ttPv && (ss+1)->ttPv;
1426
1427     // Write gathered information in transposition table
1428     if (!excludedMove && !(rootNode && thisThread->pvIdx))
1429         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ss->ttPv,
1430                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1431                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1432                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1433
1434     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1435
1436     return bestValue;
1437   }
1438
1439
1440   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1441   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1442   template <NodeType NT>
1443   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1444
1445     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1446
1447     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1448     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1449     assert(depth <= 0);
1450
1451     Move pv[MAX_PLY+1];
1452     StateInfo st;
1453     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
1454
1455     TTEntry* tte;
1456     Key posKey;
1457     Move ttMove, move, bestMove;
1458     Depth ttDepth;
1459     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1460     bool pvHit, givesCheck, captureOrPromotion;
1461     int moveCount;
1462
1463     if (PvNode)
1464     {
1465         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1466         (ss+1)->pv = pv;
1467         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1468     }
1469
1470     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1471     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1472     bestMove = MOVE_NONE;
1473     ss->inCheck = pos.checkers();
1474     moveCount = 0;
1475
1476     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1477     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1478         || ss->ply >= MAX_PLY)
1479         return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1480
1481     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1482
1483     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1484     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1485     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1486     ttDepth = ss->inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1487                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1488     // Transposition table lookup
1489     posKey = pos.key();
1490     tte = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
1491     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1492     ttMove = ss->ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1493     pvHit = ss->ttHit && tte->is_pv();
1494
1495     if (  !PvNode
1496         && ss->ttHit
1497         && tte->depth() >= ttDepth
1498         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1499         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1500                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1501         return ttValue;
1502
1503     // Evaluate the position statically
1504     if (ss->inCheck)
1505     {
1506         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1507         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1508     }
1509     else
1510     {
1511         if (ss->ttHit)
1512         {
1513             // Never assume anything about values stored in TT
1514             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1515                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1516
1517             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1518             if (    ttValue != VALUE_NONE
1519                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1520                 bestValue = ttValue;
1521         }
1522         else
1523             // In case of null move search use previous static eval with a different sign
1524             // and addition of two tempos
1525             ss->staticEval = bestValue =
1526             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1527                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Tempo;
1528
1529         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1530         if (bestValue >= beta)
1531         {
1532             // Save gathered info in transposition table
1533             if (!ss->ttHit)
1534                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), false, BOUND_LOWER,
1535                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1536
1537             return bestValue;
1538         }
1539
1540         if (PvNode && bestValue > alpha)
1541             alpha = bestValue;
1542
1543         futilityBase = bestValue + 155;
1544     }
1545
1546     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1547                                           nullptr                   , (ss-4)->continuationHistory,
1548                                           nullptr                   , (ss-6)->continuationHistory };
1549
1550     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1551     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1552     // queen and checking knight promotions, and other checks(only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS)
1553     // will be generated.
1554     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1555                                       &thisThread->captureHistory,
1556                                       contHist,
1557                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1558
1559     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1560     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1561     {
1562       assert(is_ok(move));
1563
1564       givesCheck = pos.gives_check(move);
1565       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
1566
1567       moveCount++;
1568
1569       // Futility pruning
1570       if (    bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1571           && !givesCheck
1572           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1573           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1574       {
1575           assert(type_of(move) != EN_PASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1576
1577           // moveCount pruning
1578           if (moveCount > 2)
1579               continue;
1580
1581           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1582
1583           if (futilityValue <= alpha)
1584           {
1585               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1586               continue;
1587           }
1588
1589           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1590           {
1591               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1592               continue;
1593           }
1594       }
1595
1596       // Do not search moves with negative SEE values
1597       if (    bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1598           && !pos.see_ge(move))
1599           continue;
1600
1601       // Speculative prefetch as early as possible
1602       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1603
1604       // Check for legality just before making the move
1605       if (!pos.legal(move))
1606       {
1607           moveCount--;
1608           continue;
1609       }
1610
1611       ss->currentMove = move;
1612       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck]
1613                                                                 [captureOrPromotion]
1614                                                                 [pos.moved_piece(move)]
1615                                                                 [to_sq(move)];
1616
1617       // CounterMove based pruning
1618       if (  !captureOrPromotion
1619           && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1620           && (*contHist[0])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1621           && (*contHist[1])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1622           continue;
1623
1624       // Make and search the move
1625       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1626       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - 1);
1627       pos.undo_move(move);
1628
1629       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1630
1631       // Check for a new best move
1632       if (value > bestValue)
1633       {
1634           bestValue = value;
1635
1636           if (value > alpha)
1637           {
1638               bestMove = move;
1639
1640               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1641                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1642
1643               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1644                   alpha = value;
1645               else
1646                   break; // Fail high
1647           }
1648        }
1649     }
1650
1651     // All legal moves have been searched. A special case: if we're in check
1652     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1653     if (ss->inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1654     {
1655         assert(!MoveList<LEGAL>(pos).size());
1656
1657         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1658     }
1659
1660     // Save gathered info in transposition table
1661     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1662               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1663               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1664               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1665
1666     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1667
1668     return bestValue;
1669   }
1670
1671
1672   // value_to_tt() adjusts a mate or TB score from "plies to mate from the root" to
1673   // "plies to mate from the current position". Standard scores are unchanged.
1674   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1675
1676   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1677
1678     assert(v != VALUE_NONE);
1679
1680     return  v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1681           : v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1682   }
1683
1684
1685   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): it adjusts a mate or TB score
1686   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated from
1687   // current position) to "plies to mate/be mated (TB win/loss) from the root". However,
1688   // for mate scores, to avoid potentially false mate scores related to the 50 moves rule
1689   // and the graph history interaction, we return an optimal TB score instead.
1690
1691   Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1692
1693     if (v == VALUE_NONE)
1694         return VALUE_NONE;
1695
1696     if (v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)  // TB win or better
1697     {
1698         if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE - v > 99 - r50c)
1699             return VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1; // do not return a potentially false mate score
1700
1701         return v - ply;
1702     }
1703
1704     if (v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY) // TB loss or worse
1705     {
1706         if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE + v > 99 - r50c)
1707             return VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + 1; // do not return a potentially false mate score
1708
1709         return v + ply;
1710     }
1711
1712     return v;
1713   }
1714
1715
1716   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1717
1718   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1719
1720     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1721         *pv++ = *childPv++;
1722     *pv = MOVE_NONE;
1723   }
1724
1725
1726   // update_all_stats() updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1727
1728   void update_all_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move bestMove, Value bestValue, Value beta, Square prevSq,
1729                         Move* quietsSearched, int quietCount, Move* capturesSearched, int captureCount, Depth depth) {
1730
1731     int bonus1, bonus2;
1732     Color us = pos.side_to_move();
1733     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1734     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1735     Piece moved_piece = pos.moved_piece(bestMove);
1736     PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1737
1738     bonus1 = stat_bonus(depth + 1);
1739     bonus2 = bestValue > beta + PawnValueMg ? bonus1                                 // larger bonus
1740                                             : std::min(bonus1, stat_bonus(depth));   // smaller bonus
1741
1742     if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1743     {
1744         // Increase stats for the best move in case it was a quiet move
1745         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bonus2, depth);
1746
1747         // Decrease stats for all non-best quiet moves
1748         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1749         {
1750             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -bonus2;
1751             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]), to_sq(quietsSearched[i]), -bonus2);
1752         }
1753     }
1754     else
1755         // Increase stats for the best move in case it was a capture move
1756         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << bonus1;
1757
1758     // Extra penalty for a quiet early move that was not a TT move or
1759     // main killer move in previous ply when it gets refuted.
1760     if (   ((ss-1)->moveCount == 1 + (ss-1)->ttHit || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1761         && !pos.captured_piece())
1762             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus1);
1763
1764     // Decrease stats for all non-best capture moves
1765     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1766     {
1767         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1768         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1769         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -bonus1;
1770     }
1771   }
1772
1773
1774   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1775   // by moves at ply -1, -2, -4, and -6 with current move.
1776
1777   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1778
1779     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1780     {
1781         // Only update first 2 continuation histories if we are in check
1782         if (ss->inCheck && i > 2)
1783             break;
1784         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1785             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1786     }
1787   }
1788
1789
1790   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics
1791
1792   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus, int depth) {
1793
1794     // Update killers
1795     if (ss->killers[0] != move)
1796     {
1797         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1798         ss->killers[0] = move;
1799     }
1800
1801     Color us = pos.side_to_move();
1802     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1803     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1804     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1805
1806     // Penalty for reversed move in case of moved piece not being a pawn
1807     if (type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN)
1808         thisThread->mainHistory[us][from_to(reverse_move(move))] << -bonus;
1809
1810     // Update countermove history
1811     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1812     {
1813         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1814         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1815     }
1816
1817     // Update low ply history
1818     if (depth > 11 && ss->ply < MAX_LPH)
1819         thisThread->lowPlyHistory[ss->ply][from_to(move)] << stat_bonus(depth - 7);
1820   }
1821
1822   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1823   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1824
1825   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1826
1827     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1828     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1829
1830     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1831     Value topScore = rootMoves[0].score;
1832     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1833     int weakness = 120 - 2 * level;
1834     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1835
1836     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1837     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1838     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1839     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1840     {
1841         // This is our magic formula
1842         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1843                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1844
1845         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1846         {
1847             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1848             best = rootMoves[i].pv[0];
1849         }
1850     }
1851
1852     return best;
1853   }
1854
1855 } // namespace
1856
1857
1858 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1859 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1860
1861 void MainThread::check_time() {
1862
1863   if (--callsCnt > 0)
1864       return;
1865
1866   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1867   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1868
1869   static TimePoint lastInfoTime = now();
1870
1871   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1872   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1873
1874   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1875   {
1876       lastInfoTime = tick;
1877       dbg_print();
1878   }
1879
1880   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1881   if (ponder)
1882       return;
1883
1884   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1885       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1886       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1887       Threads.stop = true;
1888 }
1889
1890
1891 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1892 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1893
1894 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1895
1896   std::stringstream ss;
1897   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1898   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1899   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1900   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1901   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1902   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1903
1904   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1905   {
1906       bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1907
1908       if (depth == 1 && !updated && i > 0)
1909           continue;
1910
1911       Depth d = updated ? depth : std::max(1, depth - 1);
1912       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1913
1914       if (v == -VALUE_INFINITE)
1915           v = VALUE_ZERO;
1916
1917       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY;
1918       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1919
1920       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1921           ss << "\n";
1922
1923       ss << "info"
1924          << " depth "    << d
1925          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1926          << " multipv "  << i + 1
1927          << " score "    << UCI::value(v);
1928
1929       if (Options["UCI_ShowWDL"])
1930           ss << UCI::wdl(v, pos.game_ply());
1931
1932       if (!tb && i == pvIdx)
1933           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1934
1935       ss << " nodes "    << nodesSearched
1936          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1937
1938       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1939           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1940
1941       ss << " tbhits "   << tbHits
1942          << " time "     << elapsed
1943          << " pv";
1944
1945       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1946           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1947   }
1948
1949   return ss.str();
1950 }
1951
1952
1953 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1954 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1955 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1956 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1957
1958 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1959
1960     StateInfo st;
1961     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
1962
1963     bool ttHit;
1964
1965     assert(pv.size() == 1);
1966
1967     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1968         return false;
1969
1970     pos.do_move(pv[0], st);
1971     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1972
1973     if (ttHit)
1974     {
1975         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1976         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1977             pv.push_back(m);
1978     }
1979
1980     pos.undo_move(pv[0]);
1981     return pv.size() > 1;
1982 }
1983
1984 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1985
1986     RootInTB = false;
1987     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1988     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1989     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1990     bool dtz_available = true;
1991
1992     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1993     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1994     if (Cardinality > MaxCardinality)
1995     {
1996         Cardinality = MaxCardinality;
1997         ProbeDepth = 0;
1998     }
1999
2000     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
2001     {
2002         // Rank moves using DTZ tables
2003         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
2004
2005         if (!RootInTB)
2006         {
2007             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
2008             dtz_available = false;
2009             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
2010         }
2011     }
2012
2013     if (RootInTB)
2014     {
2015         // Sort moves according to TB rank
2016         std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
2017                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
2018
2019         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
2020         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
2021             Cardinality = 0;
2022     }
2023     else
2024     {
2025         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
2026         for (auto& m : rootMoves)
2027             m.tbRank = 0;
2028     }
2029 }