c589f2369c2cf72d256de89734cbae52d0d1c185
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
191 }
192
193
194 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
195 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
196
197 void MainThread::search() {
198
199   if (Limits.perft)
200   {
201       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
202       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
203       return;
204   }
205
206   Color us = rootPos.side_to_move();
207   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
208   TT.new_search();
209
210   if (rootMoves.empty())
211   {
212       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
213       sync_cout << "info depth 0 score "
214                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
215                 << sync_endl;
216   }
217   else
218   {
219       for (Thread* th : Threads)
220           if (th != this)
221               th->start_searching();
222
223       Thread::search(); // Let's start searching!
224   }
225
226   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
227   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
228   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
229   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
230   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
231   Threads.stopOnPonderhit = true;
232
233   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
234   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
235
236   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
237   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
238   Threads.stop = true;
239
240   // Wait until all threads have finished
241   for (Thread* th : Threads)
242       if (th != this)
243           th->wait_for_search_finished();
244
245   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
246   // the available ones before exiting.
247   if (Limits.npmsec)
248       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
249
250   // Check if there are threads with a better score than main thread
251   Thread* bestThread = this;
252   if (    Options["MultiPV"] == 1
253       && !Limits.depth
254       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
255       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
256   {
257       std::map<Move, int> votes;
258       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
259
260       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
261       for (Thread* th: Threads)
262       {
263           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
264           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
265       }
266
267       // Vote according to score and depth
268       for (Thread* th : Threads)
269           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=  int(th->rootMoves[0].score - minScore)
270                                           + int(th->completedDepth);
271
272       // Select best thread
273       int bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
274       for (Thread* th : Threads)
275       {
276           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
277           {
278               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
279               bestThread = th;
280           }
281       }
282   }
283
284   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
285
286   // Send again PV info if we have a new best thread
287   if (bestThread != this)
288       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
289
290   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
291
292   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
293       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
294
295   std::cout << sync_endl;
296 }
297
298
299 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
300 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
301 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
302
303 void Thread::search() {
304
305   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
306   Value bestValue, alpha, beta, delta;
307   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
308   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
309   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
310   double timeReduction = 1.0;
311   Color us = rootPos.side_to_move();
312   bool failedLow;
313
314   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
315   for (int i = 4; i > 0; i--)
316      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
317
318   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
319   beta = VALUE_INFINITE;
320
321   if (mainThread)
322       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
323
324   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
325   Skill skill(Options["Skill Level"]);
326
327   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
328   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
329   if (skill.enabled())
330       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
331
332   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
333
334   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
335
336   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
337   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
338       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
339           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
340           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
341           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
342           : ct;
343
344   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
345   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
346                           : -make_score(ct, ct / 2));
347
348   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
349   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
350          && !Threads.stop
351          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
352   {
353       // Distribute search depths across the helper threads
354       if (idx > 0)
355       {
356           int i = (idx - 1) % 20;
357           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
358               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
359       }
360
361       // Age out PV variability metric
362       if (mainThread)
363           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
364
365       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
366       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
367       for (RootMove& rm : rootMoves)
368           rm.previousScore = rm.score;
369
370       size_t pvFirst = 0;
371       pvLast = 0;
372
373       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
374       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
375       {
376           if (pvIdx == pvLast)
377           {
378               pvFirst = pvLast;
379               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
380                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
381                       break;
382           }
383
384           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
385           selDepth = 0;
386
387           // Reset aspiration window starting size
388           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
389           {
390               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
391               delta = Value(20);
392               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
393               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
394
395               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
396               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
397
398               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
399                                       : -make_score(dct, dct / 2));
400           }
401
402           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
403           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
404           // high/low anymore.
405           int failedHighCnt = 0;
406           while (true)
407           {
408               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
409               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
410
411               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
412               // is done with a stable algorithm because all the values but the
413               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
414               // and we want to keep the same order for all the moves except the
415               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
416               // search the already searched PV lines are preserved.
417               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
418
419               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
420               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
421               // the previous iteration.
422               if (Threads.stop)
423                   break;
424
425               // When failing high/low give some update (without cluttering
426               // the UI) before a re-search.
427               if (   mainThread
428                   && multiPV == 1
429                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
430                   && Time.elapsed() > 3000)
431                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
432
433               // In case of failing low/high increase aspiration window and
434               // re-search, otherwise exit the loop.
435               if (bestValue <= alpha)
436               {
437                   beta = (alpha + beta) / 2;
438                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
439
440                   if (mainThread)
441                   {
442                       failedHighCnt = 0;
443                       failedLow = true;
444                       Threads.stopOnPonderhit = false;
445                   }
446               }
447               else if (bestValue >= beta)
448               {
449                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
450                   if (mainThread)
451                           ++failedHighCnt;
452               }
453               else
454                   break;
455
456               delta += delta / 4 + 5;
457
458               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
459           }
460
461           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
462           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
463
464           if (    mainThread
465               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
466               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
467       }
468
469       if (!Threads.stop)
470           completedDepth = rootDepth;
471
472       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
473          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
474          lastBestMoveDepth = rootDepth;
475       }
476
477       // Have we found a "mate in x"?
478       if (   Limits.mate
479           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
480           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
481           Threads.stop = true;
482
483       if (!mainThread)
484           continue;
485
486       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
487       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
488           skill.pick_best(multiPV);
489
490       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
491       if (    Limits.use_time_management()
492           && !Threads.stop
493           && !Threads.stopOnPonderhit)
494           {
495               double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
496               fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
497
498               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
499               timeReduction = 1.0;
500               for (int i : {3, 4, 5})
501                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
502                      timeReduction *= 1.25;
503
504               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
505               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
506               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
507
508               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
509               if (   rootMoves.size() == 1
510                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
511               {
512                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
513                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
514                   if (Threads.ponder)
515                       Threads.stopOnPonderhit = true;
516                   else
517                       Threads.stop = true;
518               }
519           }
520   }
521
522   if (!mainThread)
523       return;
524
525   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
526
527   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
528   if (skill.enabled())
529       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
530                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
531 }
532
533
534 namespace {
535
536   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
537
538   template <NodeType NT>
539   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
540
541     constexpr bool PvNode = NT == PV;
542     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
543
544     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
545     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
546     if (   pos.rule50_count() >= 3
547         && alpha < VALUE_DRAW
548         && !rootNode
549         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
550     {
551         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
552         if (alpha >= beta)
553             return alpha;
554     }
555
556     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
557     if (depth < ONE_PLY)
558         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
559
560     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
561     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
562     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
563     assert(!(PvNode && cutNode));
564     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
565
566     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
567     StateInfo st;
568     TTEntry* tte;
569     Key posKey;
570     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
571     Depth extension, newDepth;
572     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
573     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
574     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
575     Piece movedPiece;
576     int moveCount, captureCount, quietCount;
577
578     // Step 1. Initialize node
579     Thread* thisThread = pos.this_thread();
580     inCheck = pos.checkers();
581     Color us = pos.side_to_move();
582     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
583     bestValue = -VALUE_INFINITE;
584     maxValue = VALUE_INFINITE;
585
586     // Check for the available remaining time
587     if (thisThread == Threads.main())
588         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
589
590     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
591     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
592         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
593
594     if (!rootNode)
595     {
596         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
597         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
598             || pos.is_draw(ss->ply)
599             || ss->ply >= MAX_PLY)
600             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
601                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
602
603         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
604         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
605         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
606         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
607         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
608         // mate. In this case return a fail-high score.
609         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
610         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
611         if (alpha >= beta)
612             return alpha;
613     }
614
615     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
616
617     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
618     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
619     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
620     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
621     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
622
623     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
624     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
625     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
626     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
627     // LMR which are based on the statScore of parent position.
628     (ss+2)->statScore = 0;
629
630     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
631     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
632     // position key in case of an excluded move.
633     excludedMove = ss->excludedMove;
634     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
635     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
636     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
637     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
638             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
639
640     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
641     if (  !PvNode
642         && ttHit
643         && tte->depth() >= depth
644         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
645         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
646                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
647     {
648         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
649         if (ttMove)
650         {
651             if (ttValue >= beta)
652             {
653                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
654                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
655
656                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
657                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
658                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
659             }
660             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
661             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
662             {
663                 int penalty = -stat_bonus(depth);
664                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
665                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
666             }
667         }
668         return ttValue;
669     }
670
671     // Step 5. Tablebases probe
672     if (!rootNode && TB::Cardinality)
673     {
674         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
675
676         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
677             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
678             &&  pos.rule50_count() == 0
679             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
680         {
681             TB::ProbeState err;
682             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
683
684             // Force check of time on the next occasion
685             if (thisThread == Threads.main())
686                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
687
688             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
689             {
690                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
691
692                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
693
694                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
695                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
696                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
697
698                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
699                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
700
701                 if (    b == BOUND_EXACT
702                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
703                 {
704                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
705                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
706                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
707
708                     return value;
709                 }
710
711                 if (PvNode)
712                 {
713                     if (b == BOUND_LOWER)
714                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
715                     else
716                         maxValue = value;
717                 }
718             }
719         }
720     }
721
722     // Step 6. Static evaluation of the position
723     if (inCheck)
724     {
725         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
726         improving = false;
727         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
728     }
729     else if (ttHit)
730     {
731         // Never assume anything on values stored in TT
732         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
733         if (eval == VALUE_NONE)
734             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
735
736         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
737         if (    ttValue != VALUE_NONE
738             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
739             eval = ttValue;
740     }
741     else
742     {
743         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
744         {
745             int p = (ss-1)->statScore;
746             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
747                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
748
749             pureStaticEval = evaluate(pos);
750             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
751         }
752         else
753             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
754
755         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
756     }
757
758     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
759     if (   depth < 2 * ONE_PLY
760         && eval <= alpha - RazorMargin)
761         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
762
763     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
764                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
765
766     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
767     if (   !rootNode
768         &&  depth < 7 * ONE_PLY
769         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
770         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
771         return eval;
772
773     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
774     if (   !PvNode
775         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
776         && (ss-1)->statScore < 23200
777         &&  eval >= beta
778         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
779         && !excludedMove
780         &&  pos.non_pawn_material(us)
781         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
782     {
783         assert(eval - beta >= 0);
784
785         // Null move dynamic reduction based on depth and value
786         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
787
788         ss->currentMove = MOVE_NULL;
789         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
790
791         pos.do_null_move(st);
792
793         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
794
795         pos.undo_null_move();
796
797         if (nullValue >= beta)
798         {
799             // Do not return unproven mate scores
800             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
801                 nullValue = beta;
802
803             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
804                 return nullValue;
805
806             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
807
808             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
809             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
810             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
811             thisThread->nmpColor = us;
812
813             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
814
815             thisThread->nmpMinPly = 0;
816
817             if (v >= beta)
818                 return nullValue;
819         }
820     }
821
822     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
823     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
824     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
825     if (   !PvNode
826         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
827         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
828     {
829         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
830         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
831         int probCutCount = 0;
832
833         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
834                && probCutCount < 3)
835             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
836             {
837                 probCutCount++;
838
839                 ss->currentMove = move;
840                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
841
842                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
843
844                 pos.do_move(move, st);
845
846                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
847                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
848
849                 // If the qsearch held perform the regular search
850                 if (value >= rbeta)
851                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
852
853                 pos.undo_move(move);
854
855                 if (value >= rbeta)
856                     return value;
857             }
858     }
859
860     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
861     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
862         && !ttMove)
863     {
864         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
865
866         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
867         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
868         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
869     }
870
871 moves_loop: // When in check, search starts from here
872
873     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
874     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
875
876     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
877                                       &thisThread->captureHistory,
878                                       contHist,
879                                       countermove,
880                                       ss->killers);
881     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
882
883     skipQuiets = false;
884     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
885     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
886
887     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
888     // or a beta cutoff occurs.
889     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
890     {
891       assert(is_ok(move));
892
893       if (move == excludedMove)
894           continue;
895
896       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
897       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
898       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
899       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
900       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
901                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
902           continue;
903
904       ss->moveCount = ++moveCount;
905
906       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
907           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
908                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
909                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
910       if (PvNode)
911           (ss+1)->pv = nullptr;
912
913       extension = DEPTH_ZERO;
914       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
915       movedPiece = pos.moved_piece(move);
916       givesCheck = gives_check(pos, move);
917
918       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
919                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
920
921       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
922
923       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
924       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
925       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
926       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
927       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
928       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
929           &&  move == ttMove
930           && !rootNode
931           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
932           &&  ttValue != VALUE_NONE
933           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
934           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
935           &&  pos.legal(move))
936       {
937           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
938           ss->excludedMove = move;
939           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
940           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
941
942           if (value < rBeta)
943               extension = ONE_PLY;
944       }
945       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
946                &&  pos.see_ge(move))
947           extension = ONE_PLY;
948
949       // Extension if castling
950       else if (type_of(move) == CASTLING)
951           extension = ONE_PLY;
952
953       // Calculate new depth for this move
954       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
955
956       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
957       if (  !rootNode
958           && pos.non_pawn_material(us)
959           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
960       {
961           if (   !captureOrPromotion
962               && !givesCheck
963               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
964           {
965               // Move count based pruning (~30 Elo)
966               if (moveCountPruning)
967               {
968                   skipQuiets = true;
969                   continue;
970               }
971
972               // Reduced depth of the next LMR search
973               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
974
975               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
976               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
977                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
978                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
979                   continue;
980
981               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
982               if (   lmrDepth < 7
983                   && !inCheck
984                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
985                   continue;
986
987               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
988               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
989                   continue;
990           }
991           else if (   !extension // (~20 Elo)
992                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
993                   continue;
994       }
995
996       // Speculative prefetch as early as possible
997       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
998
999       // Check for legality just before making the move
1000       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1001       {
1002           ss->moveCount = --moveCount;
1003           continue;
1004       }
1005
1006       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1007       ss->currentMove = move;
1008       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1009
1010       // Step 15. Make the move
1011       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1012
1013       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1014       // re-searched at full depth.
1015       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1016           &&  moveCount > 1
1017           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1018       {
1019           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1020
1021           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1022           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1023               r -= ONE_PLY;
1024
1025           if (!captureOrPromotion)
1026           {
1027               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1028               if (pvExact)
1029                   r -= ONE_PLY;
1030
1031               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1032               if (ttCapture)
1033                   r += ONE_PLY;
1034
1035               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1036               if (cutNode)
1037                   r += 2 * ONE_PLY;
1038
1039               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1040               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1041               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1042               else if (    type_of(move) == NORMAL
1043                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1044                   r -= 2 * ONE_PLY;
1045
1046               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1047                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1048                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1049                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1050                              - 4000;
1051
1052               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1053               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1054                   r -= ONE_PLY;
1055
1056               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1057                   r += ONE_PLY;
1058
1059               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1060               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1061           }
1062
1063           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1064
1065           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1066
1067           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1068       }
1069       else
1070           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1071
1072       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1073       if (doFullDepthSearch)
1074           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1075
1076       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1077       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1078       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1079       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1080       {
1081           (ss+1)->pv = pv;
1082           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1083
1084           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1085       }
1086
1087       // Step 18. Undo move
1088       pos.undo_move(move);
1089
1090       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1091
1092       // Step 19. Check for a new best move
1093       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1094       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1095       // updating best move, PV and TT.
1096       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1097           return VALUE_ZERO;
1098
1099       if (rootNode)
1100       {
1101           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1102                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1103
1104           // PV move or new best move?
1105           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1106           {
1107               rm.score = value;
1108               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1109               rm.pv.resize(1);
1110
1111               assert((ss+1)->pv);
1112
1113               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1114                   rm.pv.push_back(*m);
1115
1116               // We record how often the best move has been changed in each
1117               // iteration. This information is used for time management: When
1118               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1119               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1120                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1121           }
1122           else
1123               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1124               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1125               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1126               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1127       }
1128
1129       if (value > bestValue)
1130       {
1131           bestValue = value;
1132
1133           if (value > alpha)
1134           {
1135               bestMove = move;
1136
1137               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1138                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1139
1140               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1141                   alpha = value;
1142               else
1143               {
1144                   assert(value >= beta); // Fail high
1145                   ss->statScore = 0;
1146                   break;
1147               }
1148           }
1149       }
1150
1151       if (move != bestMove)
1152       {
1153           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1154               capturesSearched[captureCount++] = move;
1155
1156           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1157               quietsSearched[quietCount++] = move;
1158       }
1159     }
1160
1161     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1162     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1163     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1164     /*
1165        if (Threads.stop)
1166         return VALUE_DRAW;
1167     */
1168
1169     // Step 20. Check for mate and stalemate
1170     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1171     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1172     // return a fail low score.
1173
1174     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1175
1176     if (!moveCount)
1177         bestValue = excludedMove ? alpha
1178                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1179     else if (bestMove)
1180     {
1181         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1182         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1183             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1184                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1185
1186         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1187
1188         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1189                 if (   (ss-1)->moveCount == 1
1190                     || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0] && (ss-1)->killers[0]))
1191                     if (!pos.captured_piece())
1192                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1193
1194     }
1195     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1196     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1197              && !pos.captured_piece()
1198              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1199         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1200
1201     if (PvNode)
1202         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1203
1204     if (!excludedMove)
1205         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1206                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1207                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1208                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1209
1210     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1211
1212     return bestValue;
1213   }
1214
1215
1216   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1217   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1218   template <NodeType NT>
1219   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1220
1221     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1222
1223     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1224     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1225     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1226     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1227
1228     Move pv[MAX_PLY+1];
1229     StateInfo st;
1230     TTEntry* tte;
1231     Key posKey;
1232     Move ttMove, move, bestMove;
1233     Depth ttDepth;
1234     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1235     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1236     int moveCount;
1237
1238     if (PvNode)
1239     {
1240         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1241         (ss+1)->pv = pv;
1242         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1243     }
1244
1245     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1246     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1247     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1248     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1249     inCheck = pos.checkers();
1250     moveCount = 0;
1251
1252     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1253     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1254         || ss->ply >= MAX_PLY)
1255         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1256
1257     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1258
1259     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1260     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1261     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1262     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1263                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1264     // Transposition table lookup
1265     posKey = pos.key();
1266     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1267     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1268     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1269
1270     if (  !PvNode
1271         && ttHit
1272         && tte->depth() >= ttDepth
1273         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1274         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1275                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1276         return ttValue;
1277
1278     // Evaluate the position statically
1279     if (inCheck)
1280     {
1281         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1282         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1283     }
1284     else
1285     {
1286         if (ttHit)
1287         {
1288             // Never assume anything on values stored in TT
1289             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1290                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1291
1292             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1293             if (    ttValue != VALUE_NONE
1294                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1295                 bestValue = ttValue;
1296         }
1297         else
1298             ss->staticEval = bestValue =
1299             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1300                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1301
1302         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1303         if (bestValue >= beta)
1304         {
1305             if (!ttHit)
1306                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1307                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1308
1309             return bestValue;
1310         }
1311
1312         if (PvNode && bestValue > alpha)
1313             alpha = bestValue;
1314
1315         futilityBase = bestValue + 128;
1316     }
1317
1318     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1319
1320     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1321     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1322     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1323     // be generated.
1324     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1325                                       &thisThread->captureHistory,
1326                                       contHist,
1327                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1328
1329     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1330     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1331     {
1332       assert(is_ok(move));
1333
1334       givesCheck = gives_check(pos, move);
1335
1336       moveCount++;
1337
1338       // Futility pruning
1339       if (   !inCheck
1340           && !givesCheck
1341           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1342           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1343       {
1344           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1345
1346           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1347
1348           if (futilityValue <= alpha)
1349           {
1350               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1351               continue;
1352           }
1353
1354           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1355           {
1356               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1357               continue;
1358           }
1359       }
1360
1361       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1362       evasionPrunable =    inCheck
1363                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1364                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1365                        && !pos.capture(move);
1366
1367       // Don't search moves with negative SEE values
1368       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1369           && !pos.see_ge(move))
1370           continue;
1371
1372       // Speculative prefetch as early as possible
1373       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1374
1375       // Check for legality just before making the move
1376       if (!pos.legal(move))
1377       {
1378           moveCount--;
1379           continue;
1380       }
1381
1382       ss->currentMove = move;
1383       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1384
1385       // Make and search the move
1386       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1387       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1388       pos.undo_move(move);
1389
1390       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1391
1392       // Check for a new best move
1393       if (value > bestValue)
1394       {
1395           bestValue = value;
1396
1397           if (value > alpha)
1398           {
1399               bestMove = move;
1400
1401               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1402                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1403
1404               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1405                   alpha = value;
1406               else
1407                   break; // Fail high
1408           }
1409        }
1410     }
1411
1412     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1413     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1414     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1415         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1416
1417     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1418               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1419               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1420               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1421
1422     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1423
1424     return bestValue;
1425   }
1426
1427
1428   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1429   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1430   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1431
1432   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1433
1434     assert(v != VALUE_NONE);
1435
1436     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1437           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1438   }
1439
1440
1441   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1442   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1443   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1444
1445   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1446
1447     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1448           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1449           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1450   }
1451
1452
1453   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1454
1455   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1456
1457     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1458         *pv++ = *childPv++;
1459     *pv = MOVE_NONE;
1460   }
1461
1462
1463   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1464   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1465
1466   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1467
1468     for (int i : {1, 2, 4})
1469         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1470             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1471   }
1472
1473
1474   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1475
1476   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1477                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1478
1479       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1480       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1481       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1482
1483       if (pos.capture_or_promotion(move))
1484           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1485
1486       // Decrease all the other played capture moves
1487       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1488       {
1489           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1490           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1491           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1492       }
1493   }
1494
1495
1496   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1497
1498   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1499                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1500
1501     if (ss->killers[0] != move)
1502     {
1503         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1504         ss->killers[0] = move;
1505     }
1506
1507     Color us = pos.side_to_move();
1508     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1509     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1510     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1511
1512     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1513     {
1514         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1515         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1516     }
1517
1518     // Decrease all the other played quiet moves
1519     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1520     {
1521         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1522         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1523     }
1524   }
1525
1526   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1527   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1528
1529   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1530
1531     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1532     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1533
1534     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1535     Value topScore = rootMoves[0].score;
1536     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1537     int weakness = 120 - 2 * level;
1538     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1539
1540     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1541     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1542     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1543     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1544     {
1545         // This is our magic formula
1546         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1547                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1548
1549         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1550         {
1551             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1552             best = rootMoves[i].pv[0];
1553         }
1554     }
1555
1556     return best;
1557   }
1558
1559 } // namespace
1560
1561 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1562 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1563
1564 void MainThread::check_time() {
1565
1566   if (--callsCnt > 0)
1567       return;
1568
1569   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1570   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1571
1572   static TimePoint lastInfoTime = now();
1573
1574   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1575   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1576
1577   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1578   {
1579       lastInfoTime = tick;
1580       dbg_print();
1581   }
1582
1583   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1584   if (Threads.ponder)
1585       return;
1586
1587   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1588       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1589       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1590       Threads.stop = true;
1591 }
1592
1593
1594 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1595 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1596
1597 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1598
1599   std::stringstream ss;
1600   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1601   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1602   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1603   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1604   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1605   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1606
1607   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1608   {
1609       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1610
1611       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1612           continue;
1613
1614       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1615       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1616
1617       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1618       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1619
1620       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1621           ss << "\n";
1622
1623       ss << "info"
1624          << " depth "    << d / ONE_PLY
1625          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1626          << " multipv "  << i + 1
1627          << " score "    << UCI::value(v);
1628
1629       if (!tb && i == pvIdx)
1630           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1631
1632       ss << " nodes "    << nodesSearched
1633          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1634
1635       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1636           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1637
1638       ss << " tbhits "   << tbHits
1639          << " time "     << elapsed
1640          << " pv";
1641
1642       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1643           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1644   }
1645
1646   return ss.str();
1647 }
1648
1649
1650 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1651 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1652 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1653 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1654
1655 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1656
1657     StateInfo st;
1658     bool ttHit;
1659
1660     assert(pv.size() == 1);
1661
1662     if (!pv[0])
1663         return false;
1664
1665     pos.do_move(pv[0], st);
1666     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1667
1668     if (ttHit)
1669     {
1670         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1671         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1672             pv.push_back(m);
1673     }
1674
1675     pos.undo_move(pv[0]);
1676     return pv.size() > 1;
1677 }
1678
1679 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1680
1681     RootInTB = false;
1682     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1683     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1684     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1685     bool dtz_available = true;
1686
1687     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1688     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1689     if (Cardinality > MaxCardinality)
1690     {
1691         Cardinality = MaxCardinality;
1692         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1693     }
1694
1695     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1696     {
1697         // Rank moves using DTZ tables
1698         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1699
1700         if (!RootInTB)
1701         {
1702             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1703             dtz_available = false;
1704             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1705         }
1706     }
1707
1708     if (RootInTB)
1709     {
1710         // Sort moves according to TB rank
1711         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1712                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1713
1714         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1715         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1716             Cardinality = 0;
1717     }
1718     else
1719     {
1720         // Assign the same rank to all moves
1721         for (auto& m : rootMoves)
1722             m.tbRank = 0;
1723     }
1724 }