Remove HistoryStats
[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) 2015-2016 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 "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
117           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   Value bonus(Depth depth)   { int d = depth / ONE_PLY ; return  Value(d * d + 2 * d - 2); }
159   Value penalty(Depth depth) { int d = depth / ONE_PLY ; return -Value(d * d + 4 * d + 1); }
160
161   EasyMoveManager EasyMove;
162   Value DrawValue[COLOR_NB];
163
164   template <NodeType NT>
165   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
166
167   template <NodeType NT, bool InCheck>
168   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
169
170   Value value_to_tt(Value v, int ply);
171   Value value_from_tt(Value v, int ply);
172   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
173   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
174   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
175   void check_time();
176
177 } // namespace
178
179
180 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
181
182 void Search::init() {
183
184   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
185       for (int d = 1; d < 64; ++d)
186           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
187           {
188               double r = log(d) * log(mc) / 2;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->counterMoves.clear();
215       th->fromTo.clear();
216       th->counterMoveHistory.clear();
217       th->resetCalls = true;
218   }
219
220   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
226 template<bool Root>
227 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   uint64_t cnt, nodes = 0;
231   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
232
233   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
234   {
235       if (Root && depth <= ONE_PLY)
236           cnt = 1, nodes++;
237       else
238       {
239           pos.do_move(m, st);
240           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
241           nodes += cnt;
242           pos.undo_move(m);
243       }
244       if (Root)
245           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
246   }
247   return nodes;
248 }
249
250 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
251
252
253 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
254 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
255
256 void MainThread::search() {
257
258   Color us = rootPos.side_to_move();
259   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
260
261   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
262   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
263   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
264
265   if (rootMoves.empty())
266   {
267       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
268       sync_cout << "info depth 0 score "
269                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
270                 << sync_endl;
271   }
272   else
273   {
274       for (Thread* th : Threads)
275           if (th != this)
276               th->start_searching();
277
278       Thread::search(); // Let's start searching!
279   }
280
281   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
282   // the available ones before exiting.
283   if (Limits.npmsec)
284       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
285
286   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
287   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
288   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
289   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
290   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
291   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
292   {
293       Signals.stopOnPonderhit = true;
294       wait(Signals.stop);
295   }
296
297   // Stop the threads if not already stopped
298   Signals.stop = true;
299
300   // Wait until all threads have finished
301   for (Thread* th : Threads)
302       if (th != this)
303           th->wait_for_search_finished();
304
305   // Check if there are threads with a better score than main thread
306   Thread* bestThread = this;
307   if (   !this->easyMovePlayed
308       &&  Options["MultiPV"] == 1
309       && !Limits.depth
310       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
311       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
312   {
313       for (Thread* th : Threads)
314       {
315           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
316           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
317
318           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
319               bestThread = th;
320       }
321   }
322
323   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
324
325   // Send new PV when needed
326   if (bestThread != this)
327       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
328
329   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
330
331   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
332       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
333
334   std::cout << sync_endl;
335 }
336
337
338 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
339 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
340 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
341
342 void Thread::search() {
343
344   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
345   Value bestValue, alpha, beta, delta;
346   Move easyMove = MOVE_NONE;
347   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
348
349   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
350
351   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
352   beta = VALUE_INFINITE;
353   completedDepth = DEPTH_ZERO;
354
355   if (mainThread)
356   {
357       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
358       EasyMove.clear();
359       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
360       mainThread->bestMoveChanges = 0;
361       TT.new_search();
362   }
363
364   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
365   Skill skill(Options["Skill Level"]);
366
367   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
368   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
369   if (skill.enabled())
370       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
371
372   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
373
374   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
375   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
376          && !Signals.stop
377          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
378   {
379       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
380       // 2nd ply (using a half-density matrix).
381       if (!mainThread)
382       {
383           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
384           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
385              continue;
386       }
387
388       // Age out PV variability metric
389       if (mainThread)
390           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
391
392       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
393       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
394       for (RootMove& rm : rootMoves)
395           rm.previousScore = rm.score;
396
397       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
398       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
399       {
400           // Reset aspiration window starting size
401           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
402           {
403               delta = Value(18);
404               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
405               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
406           }
407
408           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
409           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
410           // high/low anymore.
411           while (true)
412           {
413               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
414
415               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
416               // is done with a stable algorithm because all the values but the
417               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
418               // and we want to keep the same order for all the moves except the
419               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
420               // search the already searched PV lines are preserved.
421               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
422
423               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
424               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
425               // valid, although it refers to the previous iteration.
426               if (Signals.stop)
427                   break;
428
429               // When failing high/low give some update (without cluttering
430               // the UI) before a re-search.
431               if (   mainThread
432                   && multiPV == 1
433                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
434                   && Time.elapsed() > 3000)
435                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
436
437               // In case of failing low/high increase aspiration window and
438               // re-search, otherwise exit the loop.
439               if (bestValue <= alpha)
440               {
441                   beta = (alpha + beta) / 2;
442                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
443
444                   if (mainThread)
445                   {
446                       mainThread->failedLow = true;
447                       Signals.stopOnPonderhit = false;
448                   }
449               }
450               else if (bestValue >= beta)
451               {
452                   alpha = (alpha + beta) / 2;
453                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
454               }
455               else
456                   break;
457
458               delta += delta / 4 + 5;
459
460               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
461           }
462
463           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
464           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
465
466           if (!mainThread)
467               continue;
468
469           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
470               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
471       }
472
473       if (!Signals.stop)
474           completedDepth = rootDepth;
475
476       if (!mainThread)
477           continue;
478
479       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
480       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
481           skill.pick_best(multiPV);
482
483       // Have we found a "mate in x"?
484       if (   Limits.mate
485           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
486           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
487           Signals.stop = true;
488
489       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
490       if (Limits.use_time_management())
491       {
492           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
493           {
494               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
495               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
496               // from the previous search and just did a fast verification.
497               const int F[] = { mainThread->failedLow,
498                                 bestValue - mainThread->previousScore };
499
500               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
501               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
502
503               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
504                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
505                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
506
507               if (   rootMoves.size() == 1
508                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
509                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
510               {
511                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
512                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
513                   if (Limits.ponder)
514                       Signals.stopOnPonderhit = true;
515                   else
516                       Signals.stop = true;
517               }
518           }
519
520           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
521               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
522           else
523               EasyMove.clear();
524       }
525   }
526
527   if (!mainThread)
528       return;
529
530   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
531   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
532   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
533       EasyMove.clear();
534
535   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
536   if (skill.enabled())
537       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
538                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
539 }
540
541
542 namespace {
543
544   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
545
546   template <NodeType NT>
547   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
548
549     const bool PvNode = NT == PV;
550     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
551
552     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
553     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
554     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
555     assert(!(PvNode && cutNode));
556     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
557
558     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
559     StateInfo st;
560     TTEntry* tte;
561     Key posKey;
562     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
563     Depth extension, newDepth;
564     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
565     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
566     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
567     Piece moved_piece;
568     int moveCount, quietCount;
569
570     // Step 1. Initialize node
571     Thread* thisThread = pos.this_thread();
572     inCheck = pos.checkers();
573     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
574     ss->history = VALUE_ZERO;
575     bestValue = -VALUE_INFINITE;
576     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
577
578     // Check for the available remaining time
579     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
580     {
581         thisThread->resetCalls = false;
582         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
583         // otherwise use a default value.
584         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
585                                             : 4096;
586     }
587
588     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
589     {
590         for (Thread* th : Threads)
591             th->resetCalls = true;
592
593         check_time();
594     }
595
596     // Used to send selDepth info to GUI
597     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
598         thisThread->maxPly = ss->ply;
599
600     if (!rootNode)
601     {
602         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
603         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
604             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
605                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
606
607         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
608         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
609         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
610         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
611         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
612         // mate. In this case return a fail-high score.
613         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
614         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
615         if (alpha >= beta)
616             return alpha;
617     }
618
619     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
620
621     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
622     ss->counterMoves = nullptr;
623     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
624     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
625
626     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
627     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
628     // position key in case of an excluded move.
629     excludedMove = ss->excludedMove;
630     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
631     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
632     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
633     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
634             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
635
636     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
637     if (  !PvNode
638         && ttHit
639         && tte->depth() >= depth
640         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
641         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
642                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
643     {
644         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
645         if (ttValue >= beta && ttMove)
646         {
647             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
648                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus(depth));
649
650             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
651             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
652                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
653         }
654         return ttValue;
655     }
656
657     // Step 4a. Tablebase probe
658     if (!rootNode && TB::Cardinality)
659     {
660         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
661
662         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
663             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
664             &&  pos.rule50_count() == 0
665             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
666         {
667             TB::ProbeState err;
668             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
669
670             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
671             {
672                 thisThread->tbHits++;
673
674                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
675
676                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
677                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
678                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
679
680                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
681                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
682                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
683
684                 return value;
685             }
686         }
687     }
688
689     // Step 5. Evaluate the position statically
690     if (inCheck)
691     {
692         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
693         goto moves_loop;
694     }
695
696     else if (ttHit)
697     {
698         // Never assume anything on values stored in TT
699         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
700             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
701
702         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
703         if (ttValue != VALUE_NONE)
704             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
705                 eval = ttValue;
706     }
707     else
708     {
709         eval = ss->staticEval =
710         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
711                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
712
713         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
714                   ss->staticEval, TT.generation());
715     }
716
717     if (skipEarlyPruning)
718         goto moves_loop;
719
720     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
721     if (   !PvNode
722         &&  depth < 4 * ONE_PLY
723         &&  ttMove == MOVE_NONE
724         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
725     {
726         if (depth <= ONE_PLY)
727             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
728
729         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
730         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
731         if (v <= ralpha)
732             return v;
733     }
734
735     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
736     if (   !rootNode
737         &&  depth < 7 * ONE_PLY
738         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
739         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
740         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
741         return eval;
742
743     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
744     if (   !PvNode
745         &&  eval >= beta
746         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
747         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
748     {
749         ss->currentMove = MOVE_NULL;
750         ss->counterMoves = nullptr;
751
752         assert(eval - beta >= 0);
753
754         // Null move dynamic reduction based on depth and value
755         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
756
757         pos.do_null_move(st);
758         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
759                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
760         pos.undo_null_move();
761
762         if (nullValue >= beta)
763         {
764             // Do not return unproven mate scores
765             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
766                 nullValue = beta;
767
768             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
769                 return nullValue;
770
771             // Do verification search at high depths
772             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
773                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
774
775             if (v >= beta)
776                 return nullValue;
777         }
778     }
779
780     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
781     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
782     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
783     if (   !PvNode
784         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
785         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
786     {
787         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
788         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
789
790         assert(rdepth >= ONE_PLY);
791         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
792         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
793
794         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
795
796         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
797             if (pos.legal(move))
798             {
799                 ss->currentMove = move;
800                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
801                 pos.do_move(move, st);
802                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
803                 pos.undo_move(move);
804                 if (value >= rbeta)
805                     return value;
806             }
807     }
808
809     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
810     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
811         && !ttMove
812         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
813     {
814         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
815         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
816
817         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
818         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
819     }
820
821 moves_loop: // When in check search starts from here
822
823     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
824     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
825     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
826
827     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
828     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
829     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
830             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
831                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
832
833     singularExtensionNode =   !rootNode
834                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
835                            &&  ttMove != MOVE_NONE
836                            &&  ttValue != VALUE_NONE
837                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
838                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
839                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
840
841     // Step 11. Loop through moves
842     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
843     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
844     {
845       assert(is_ok(move));
846
847       if (move == excludedMove)
848           continue;
849
850       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
851       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
852       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
853       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
854                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
855           continue;
856
857       ss->moveCount = ++moveCount;
858
859       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
860           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
861                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
862                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
863
864       if (PvNode)
865           (ss+1)->pv = nullptr;
866
867       extension = DEPTH_ZERO;
868       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
869       moved_piece = pos.moved_piece(move);
870
871       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
872                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
873                   : pos.gives_check(move);
874
875       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
876                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
877
878       // Step 12. Extend checks
879       if (    givesCheck
880           && !moveCountPruning
881           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
882           extension = ONE_PLY;
883
884       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
885       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
886       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
887       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
888       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
889       if (    singularExtensionNode
890           &&  move == ttMove
891           && !extension
892           &&  pos.legal(move))
893       {
894           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
895           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
896           ss->excludedMove = move;
897           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
898           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
899
900           if (value < rBeta)
901               extension = ONE_PLY;
902       }
903
904       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
905       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
906
907       // Step 13. Pruning at shallow depth
908       if (  !rootNode
909           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
910       {
911           if (   !captureOrPromotion
912               && !givesCheck
913               && !pos.advanced_pawn_push(move))
914           {
915               // Move count based pruning
916               if (moveCountPruning)
917                   continue;
918
919               // Reduced depth of the next LMR search
920               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
921
922               // Countermoves based pruning
923               if (   lmrDepth < 3
924                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
925                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
926                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
927                   continue;
928
929               // Futility pruning: parent node
930               if (   lmrDepth < 7
931                   && !inCheck
932                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
933                   continue;
934
935               // Prune moves with negative SEE
936               if (   lmrDepth < 8
937                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
938                   continue;
939           }
940           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
941                    && !extension
942                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
943                   continue;
944       }
945
946       // Speculative prefetch as early as possible
947       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
948
949       // Check for legality just before making the move
950       if (!rootNode && !pos.legal(move))
951       {
952           ss->moveCount = --moveCount;
953           continue;
954       }
955
956       ss->currentMove = move;
957       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
958
959       // Step 14. Make the move
960       pos.do_move(move, st, givesCheck);
961
962       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
963       // re-searched at full depth.
964       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
965           &&  moveCount > 1
966           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
967       {
968           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
969
970           if (captureOrPromotion)
971               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
972           else
973           {
974               // Increase reduction for cut nodes
975               if (cutNode)
976                   r += 2 * ONE_PLY;
977
978               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
979               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
980               // hence break make_move().
981               else if (   type_of(move) == NORMAL
982                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
983                   r -= 2 * ONE_PLY;
984
985               ss->history =  (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
986                            + (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
987                            + (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
988                            + thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move)
989                            - 8000; // Correction factor
990
991               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
992               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
993                   r -= ONE_PLY;
994
995               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
996                   r += ONE_PLY;
997
998               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
999               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1000           }
1001
1002           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1003
1004           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1005
1006           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1007       }
1008       else
1009           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1010
1011       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1012       if (doFullDepthSearch)
1013           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1014                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1015                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1016                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1017
1018       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1019       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1020       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1021       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1022       {
1023           (ss+1)->pv = pv;
1024           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1025
1026           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1027                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1028                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1029                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1030       }
1031
1032       // Step 17. Undo move
1033       pos.undo_move(move);
1034
1035       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1036
1037       // Step 18. Check for a new best move
1038       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1039       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1040       // updating best move, PV and TT.
1041       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1042           return VALUE_ZERO;
1043
1044       if (rootNode)
1045       {
1046           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1047                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1048
1049           // PV move or new best move ?
1050           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1051           {
1052               rm.score = value;
1053               rm.pv.resize(1);
1054
1055               assert((ss+1)->pv);
1056
1057               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1058                   rm.pv.push_back(*m);
1059
1060               // We record how often the best move has been changed in each
1061               // iteration. This information is used for time management: When
1062               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1063               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1064                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1065           }
1066           else
1067               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1068               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1069               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1070               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1071       }
1072
1073       if (value > bestValue)
1074       {
1075           bestValue = value;
1076
1077           if (value > alpha)
1078           {
1079               bestMove = move;
1080
1081               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1082                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1083
1084               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1085                   alpha = value;
1086               else
1087               {
1088                   assert(value >= beta); // Fail high
1089                   break;
1090               }
1091           }
1092       }
1093
1094       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1095           quietsSearched[quietCount++] = move;
1096     }
1097
1098     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1099     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1100     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1101     /*
1102        if (Signals.stop)
1103         return VALUE_DRAW;
1104     */
1105
1106     // Step 20. Check for mate and stalemate
1107     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1108     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1109     // return a fail low score.
1110
1111     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1112
1113     if (!moveCount)
1114         bestValue = excludedMove ? alpha
1115                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1116     else if (bestMove)
1117     {
1118
1119         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1120         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1121             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus(depth));
1122
1123         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1124         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1125             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
1126     }
1127     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1128     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1129              && !pos.captured_piece()
1130              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1131         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus(depth));
1132
1133     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1134               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1135               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1136               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1137
1138     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1139
1140     return bestValue;
1141   }
1142
1143
1144   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1145   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1146
1147   template <NodeType NT, bool InCheck>
1148   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1149
1150     const bool PvNode = NT == PV;
1151
1152     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1153     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1154     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1155     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1156     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1157
1158     Move pv[MAX_PLY+1];
1159     StateInfo st;
1160     TTEntry* tte;
1161     Key posKey;
1162     Move ttMove, move, bestMove;
1163     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1164     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1165     Depth ttDepth;
1166
1167     if (PvNode)
1168     {
1169         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1170         (ss+1)->pv = pv;
1171         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1172     }
1173
1174     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1175     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1176
1177     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1178     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1179         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1180                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1181
1182     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1183
1184     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1185     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1186     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1187     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1188                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1189
1190     // Transposition table lookup
1191     posKey = pos.key();
1192     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1193     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1194     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1195
1196     if (  !PvNode
1197         && ttHit
1198         && tte->depth() >= ttDepth
1199         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1200         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1201                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1202         return ttValue;
1203
1204     // Evaluate the position statically
1205     if (InCheck)
1206     {
1207         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1208         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1209     }
1210     else
1211     {
1212         if (ttHit)
1213         {
1214             // Never assume anything on values stored in TT
1215             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1216                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1217
1218             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1219             if (ttValue != VALUE_NONE)
1220                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1221                     bestValue = ttValue;
1222         }
1223         else
1224             ss->staticEval = bestValue =
1225             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1226                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1227
1228         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1229         if (bestValue >= beta)
1230         {
1231             if (!ttHit)
1232                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1233                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1234
1235             return bestValue;
1236         }
1237
1238         if (PvNode && bestValue > alpha)
1239             alpha = bestValue;
1240
1241         futilityBase = bestValue + 128;
1242     }
1243
1244     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1245     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1246     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1247     // be generated.
1248     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1249
1250     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1251     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1252     {
1253       assert(is_ok(move));
1254
1255       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1256                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1257                   : pos.gives_check(move);
1258
1259       // Futility pruning
1260       if (   !InCheck
1261           && !givesCheck
1262           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1263           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1264       {
1265           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1266
1267           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1268
1269           if (futilityValue <= alpha)
1270           {
1271               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1272               continue;
1273           }
1274
1275           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1276           {
1277               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1278               continue;
1279           }
1280       }
1281
1282       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1283       evasionPrunable =    InCheck
1284                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1285                        && !pos.capture(move);
1286
1287       // Don't search moves with negative SEE values
1288       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1289           &&  type_of(move) != PROMOTION
1290           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1291           continue;
1292
1293       // Speculative prefetch as early as possible
1294       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1295
1296       // Check for legality just before making the move
1297       if (!pos.legal(move))
1298           continue;
1299
1300       ss->currentMove = move;
1301
1302       // Make and search the move
1303       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1304       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1305                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1306       pos.undo_move(move);
1307
1308       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1309
1310       // Check for a new best move
1311       if (value > bestValue)
1312       {
1313           bestValue = value;
1314
1315           if (value > alpha)
1316           {
1317               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1318                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1319
1320               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1321               {
1322                   alpha = value;
1323                   bestMove = move;
1324               }
1325               else // Fail high
1326               {
1327                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1328                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1329
1330                   return value;
1331               }
1332           }
1333        }
1334     }
1335
1336     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1337     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1338     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1339         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1340
1341     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1342               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1343               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1344
1345     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1346
1347     return bestValue;
1348   }
1349
1350
1351   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1352   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1353   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1354
1355   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1356
1357     assert(v != VALUE_NONE);
1358
1359     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1360           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1361   }
1362
1363
1364   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1365   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1366   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1367
1368   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1369
1370     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1371           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1372           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1373   }
1374
1375
1376   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1377
1378   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1379
1380     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1381         *pv++ = *childPv++;
1382     *pv = MOVE_NONE;
1383   }
1384
1385
1386   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1387
1388   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1389
1390     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1391     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1392     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1393
1394     if (cmh)
1395         cmh->update(pc, s, bonus);
1396
1397     if (fmh1)
1398         fmh1->update(pc, s, bonus);
1399
1400     if (fmh2)
1401         fmh2->update(pc, s, bonus);
1402   }
1403
1404
1405   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1406
1407   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1408                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1409
1410     if (ss->killers[0] != move)
1411     {
1412         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1413         ss->killers[0] = move;
1414     }
1415
1416     Color c = pos.side_to_move();
1417     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1418     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1419     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1420
1421     if ((ss-1)->counterMoves)
1422     {
1423         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1424         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1425     }
1426
1427     // Decrease all the other played quiet moves
1428     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1429     {
1430         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1431         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1432     }
1433   }
1434
1435
1436   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1437   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1438
1439   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1440
1441     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1442     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1443
1444     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1445     Value topScore = rootMoves[0].score;
1446     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1447     int weakness = 120 - 2 * level;
1448     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1449
1450     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1451     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1452     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1453     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1454     {
1455         // This is our magic formula
1456         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1457                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1458
1459         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1460         {
1461             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1462             best = rootMoves[i].pv[0];
1463         }
1464     }
1465
1466     return best;
1467   }
1468
1469
1470   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1471   // when we are out of available time and thus stop the search.
1472
1473   void check_time() {
1474
1475     static TimePoint lastInfoTime = now();
1476
1477     int elapsed = Time.elapsed();
1478     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1479
1480     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1481     {
1482         lastInfoTime = tick;
1483         dbg_print();
1484     }
1485
1486     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1487     if (Limits.ponder)
1488         return;
1489
1490     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1491         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1492         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1493             Signals.stop = true;
1494   }
1495
1496 } // namespace
1497
1498
1499 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1500 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1501
1502 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1503
1504   std::stringstream ss;
1505   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1506   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1507   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1508   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1509   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1510   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1511
1512   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1513   {
1514       bool updated = (i <= PVIdx);
1515
1516       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1517           continue;
1518
1519       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1520       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1521
1522       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1523       v = tb ? TB::Score : v;
1524
1525       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1526           ss << "\n";
1527
1528       ss << "info"
1529          << " depth "    << d / ONE_PLY
1530          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1531          << " multipv "  << i + 1
1532          << " score "    << UCI::value(v);
1533
1534       if (!tb && i == PVIdx)
1535           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1536
1537       ss << " nodes "    << nodesSearched
1538          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1539
1540       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1541           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1542
1543       ss << " tbhits "   << tbHits
1544          << " time "     << elapsed
1545          << " pv";
1546
1547       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1548           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1549   }
1550
1551   return ss.str();
1552 }
1553
1554
1555 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1556 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1557 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1558 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1559
1560 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1561
1562     StateInfo st;
1563     bool ttHit;
1564
1565     assert(pv.size() == 1);
1566
1567     if (!pv[0])
1568         return false;
1569
1570     pos.do_move(pv[0], st);
1571     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1572
1573     if (ttHit)
1574     {
1575         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1576         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1577             pv.push_back(m);
1578     }
1579
1580     pos.undo_move(pv[0]);
1581     return pv.size() > 1;
1582 }
1583
1584 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1585
1586     RootInTB = false;
1587     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1588     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1589     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1590
1591     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1592     if (Cardinality > MaxCardinality)
1593     {
1594         Cardinality = MaxCardinality;
1595         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1596     }
1597
1598     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1599         return;
1600
1601     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1602     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1603     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1604
1605     if (RootInTB)
1606         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1607
1608     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1609     {
1610         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1611         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1612
1613         // Only probe during search if winning
1614         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1615             Cardinality = 0;
1616     }
1617
1618     if (RootInTB && !UseRule50)
1619         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1620                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1621                                             :  VALUE_DRAW;
1622 }