c9526ec3c683e38a013089dfcd98bb661f3f2c0e
[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) 2015-2018 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 }
191
192
193 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
194 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
195
196 void MainThread::search() {
197
198   if (Limits.perft)
199   {
200       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
201       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
202       return;
203   }
204
205   Color us = rootPos.side_to_move();
206   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
207   TT.new_search();
208
209   if (rootMoves.empty())
210   {
211       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
212       sync_cout << "info depth 0 score "
213                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
214                 << sync_endl;
215   }
216   else
217   {
218       for (Thread* th : Threads)
219           if (th != this)
220               th->start_searching();
221
222       Thread::search(); // Let's start searching!
223   }
224
225   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
226   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
227   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
228   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
229   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
230   Threads.stopOnPonderhit = true;
231
232   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
233   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
234
235   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
236   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
237   Threads.stop = true;
238
239   // Wait until all threads have finished
240   for (Thread* th : Threads)
241       if (th != this)
242           th->wait_for_search_finished();
243
244   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
245   // the available ones before exiting.
246   if (Limits.npmsec)
247       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
248
249   // Check if there are threads with a better score than main thread
250   Thread* bestThread = this;
251   if (    Options["MultiPV"] == 1
252       && !Limits.depth
253       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
254       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
255   {
256       std::map<Move, int> votes;
257       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
258
259       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
260       for (Thread* th: Threads)
261       {
262           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
263           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
264       }
265
266       // Vote according to score and depth
267       for (Thread* th : Threads)
268           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=  int(th->rootMoves[0].score - minScore)
269                                           + int(th->completedDepth);
270
271       // Select best thread
272       int bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
273       for (Thread* th : Threads)
274       {
275           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
276           {
277               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
278               bestThread = th;
279           }
280       }
281   }
282
283   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
284
285   // Send again PV info if we have a new best thread
286   if (bestThread != this)
287       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
288
289   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
290
291   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
292       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
293
294   std::cout << sync_endl;
295 }
296
297
298 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
299 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
300 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
301
302 void Thread::search() {
303
304   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
305   Value bestValue, alpha, beta, delta;
306   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
307   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
308   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
309   double timeReduction = 1.0;
310   Color us = rootPos.side_to_move();
311   bool failedLow;
312
313   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
314   for (int i = 4; i > 0; i--)
315      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
316
317   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
318   beta = VALUE_INFINITE;
319
320   if (mainThread)
321       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
322
323   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
324   Skill skill(Options["Skill Level"]);
325
326   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
327   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
328   if (skill.enabled())
329       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
330
331   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
332
333   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
334
335   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
336   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
337       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
338           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
339           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
340           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
341           : ct;
342
343   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
344   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
345                           : -make_score(ct, ct / 2));
346
347   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
348   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
349          && !Threads.stop
350          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
351   {
352       // Distribute search depths across the helper threads
353       if (idx > 0)
354       {
355           int i = (idx - 1) % 20;
356           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
357               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
358       }
359
360       // Age out PV variability metric
361       if (mainThread)
362           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
363
364       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
365       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
366       for (RootMove& rm : rootMoves)
367           rm.previousScore = rm.score;
368
369       size_t pvFirst = 0;
370       pvLast = 0;
371
372       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
373       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
374       {
375           if (pvIdx == pvLast)
376           {
377               pvFirst = pvLast;
378               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
379                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
380                       break;
381           }
382
383           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
384           selDepth = 0;
385
386           // Reset aspiration window starting size
387           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
388           {
389               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
390               delta = Value(20);
391               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
392               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
393
394               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
395               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
396
397               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
398                                       : -make_score(dct, dct / 2));
399           }
400
401           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
402           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
403           // high/low anymore.
404           int failedHighCnt = 0;
405           while (true)
406           {
407               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
408               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
409
410               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
411               // is done with a stable algorithm because all the values but the
412               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
413               // and we want to keep the same order for all the moves except the
414               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
415               // search the already searched PV lines are preserved.
416               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
417
418               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
419               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
420               // the previous iteration.
421               if (Threads.stop)
422                   break;
423
424               // When failing high/low give some update (without cluttering
425               // the UI) before a re-search.
426               if (   mainThread
427                   && multiPV == 1
428                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
429                   && Time.elapsed() > 3000)
430                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
431
432               // In case of failing low/high increase aspiration window and
433               // re-search, otherwise exit the loop.
434               if (bestValue <= alpha)
435               {
436                   beta = (alpha + beta) / 2;
437                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
438
439                   if (mainThread)
440                   {
441                       failedHighCnt = 0;
442                       failedLow = true;
443                       Threads.stopOnPonderhit = false;
444                   }
445               }
446               else if (bestValue >= beta)
447               {
448                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
449                   if (mainThread)
450                           ++failedHighCnt;
451               }
452               else
453                   break;
454
455               delta += delta / 4 + 5;
456
457               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
458           }
459
460           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
461           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
462
463           if (    mainThread
464               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
465               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
466       }
467
468       if (!Threads.stop)
469           completedDepth = rootDepth;
470
471       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
472          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
473          lastBestMoveDepth = rootDepth;
474       }
475
476       // Have we found a "mate in x"?
477       if (   Limits.mate
478           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
479           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
480           Threads.stop = true;
481
482       if (!mainThread)
483           continue;
484
485       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
486       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
487           skill.pick_best(multiPV);
488
489       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
490       if (    Limits.use_time_management()
491           && !Threads.stop
492           && !Threads.stopOnPonderhit)
493           {
494               const int F[] = { failedLow,
495                                 bestValue - mainThread->previousScore };
496
497               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
498
499               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
500               timeReduction = 1.0;
501               for (int i : {3, 4, 5})
502                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
503                      timeReduction *= 1.25;
504
505               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
506               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
507               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
508
509               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
510               if (   rootMoves.size() == 1
511                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
512               {
513                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
514                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
515                   if (Threads.ponder)
516                       Threads.stopOnPonderhit = true;
517                   else
518                       Threads.stop = true;
519               }
520           }
521   }
522
523   if (!mainThread)
524       return;
525
526   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
527
528   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
529   if (skill.enabled())
530       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
531                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
532 }
533
534
535 namespace {
536
537   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
538
539   template <NodeType NT>
540   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
541
542     constexpr bool PvNode = NT == PV;
543     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
544
545     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
546     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
547     if (   pos.rule50_count() >= 3
548         && alpha < VALUE_DRAW
549         && !rootNode
550         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
551     {
552         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
553         if (alpha >= beta)
554             return alpha;
555     }
556
557     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
558     if (depth < ONE_PLY)
559         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
560
561     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
562     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
563     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
564     assert(!(PvNode && cutNode));
565     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
566
567     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
568     StateInfo st;
569     TTEntry* tte;
570     Key posKey;
571     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
572     Depth extension, newDepth;
573     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
574     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
575     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
576     Piece movedPiece;
577     int moveCount, captureCount, quietCount;
578
579     // Step 1. Initialize node
580     Thread* thisThread = pos.this_thread();
581     inCheck = pos.checkers();
582     Color us = pos.side_to_move();
583     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
584     bestValue = -VALUE_INFINITE;
585     maxValue = VALUE_INFINITE;
586
587     // Check for the available remaining time
588     if (thisThread == Threads.main())
589         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
590
591     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
592     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
593         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
594
595     if (!rootNode)
596     {
597         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
598         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
599             || pos.is_draw(ss->ply)
600             || ss->ply >= MAX_PLY)
601             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) 
602                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
603
604         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
605         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
606         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
607         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
608         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
609         // mate. In this case return a fail-high score.
610         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
611         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
612         if (alpha >= beta)
613             return alpha;
614     }
615
616     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
617
618     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
619     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
620     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
621     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
622     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
623
624     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
625     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
626     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
627     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
628     // LMR which are based on the statScore of parent position.
629     (ss+2)->statScore = 0;
630
631     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
632     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
633     // position key in case of an excluded move.
634     excludedMove = ss->excludedMove;
635     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
636     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
637     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
638     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
639             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
640
641     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
642     if (  !PvNode
643         && ttHit
644         && tte->depth() >= depth
645         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
646         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
647                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
648     {
649         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
650         if (ttMove)
651         {
652             if (ttValue >= beta)
653             {
654                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
655                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
656
657                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
658                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
659                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
660             }
661             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
662             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
663             {
664                 int penalty = -stat_bonus(depth);
665                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
666                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
667             }
668         }
669         return ttValue;
670     }
671
672     // Step 5. Tablebases probe
673     if (!rootNode && TB::Cardinality)
674     {
675         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
676
677         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
678             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
679             &&  pos.rule50_count() == 0
680             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
681         {
682             TB::ProbeState err;
683             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
684
685             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
686             {
687                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
688
689                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
690
691                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
692                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
693                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
694
695                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
696                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
697
698                 if (    b == BOUND_EXACT
699                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
700                 {
701                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
702                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
703                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
704
705                     return value;
706                 }
707
708                 if (PvNode)
709                 {
710                     if (b == BOUND_LOWER)
711                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
712                     else
713                         maxValue = value;
714                 }
715             }
716         }
717     }
718
719     // Step 6. Static evaluation of the position
720     if (inCheck)
721     {
722         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
723         improving = false;
724         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
725     }
726     else if (ttHit)
727     {
728         // Never assume anything on values stored in TT
729         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
730         if (eval == VALUE_NONE)
731             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
732
733         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
734         if (    ttValue != VALUE_NONE
735             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
736             eval = ttValue;
737     }
738     else
739     {
740         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
741         {
742             int p = (ss-1)->statScore;
743             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
744                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
745
746             pureStaticEval = evaluate(pos);
747             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
748         }
749         else
750             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
751
752         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
753     }
754
755     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
756     if (   depth < 2 * ONE_PLY
757         && eval <= alpha - RazorMargin)
758         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
759
760     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
761                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
762
763     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
764     if (   !rootNode
765         &&  depth < 7 * ONE_PLY
766         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
767         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
768         return eval;
769
770     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
771     if (   !PvNode
772         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
773         && (ss-1)->statScore < 23200
774         &&  eval >= beta
775         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
776         && !excludedMove
777         &&  pos.non_pawn_material(us)
778         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
779     {
780         assert(eval - beta >= 0);
781
782         // Null move dynamic reduction based on depth and value
783         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
784
785         ss->currentMove = MOVE_NULL;
786         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
787
788         pos.do_null_move(st);
789
790         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
791
792         pos.undo_null_move();
793
794         if (nullValue >= beta)
795         {
796             // Do not return unproven mate scores
797             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
798                 nullValue = beta;
799
800             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
801                 return nullValue;
802
803             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
804
805             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
806             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
807             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
808             thisThread->nmpColor = us;
809
810             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
811
812             thisThread->nmpMinPly = 0;
813
814             if (v >= beta)
815                 return nullValue;
816         }
817     }
818
819     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
820     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
821     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
822     if (   !PvNode
823         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
824         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
825     {
826         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
827         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
828         int probCutCount = 0;
829
830         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
831                && probCutCount < 3)
832             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
833             {
834                 probCutCount++;
835
836                 ss->currentMove = move;
837                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
838
839                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
840
841                 pos.do_move(move, st);
842
843                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
844                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
845
846                 // If the qsearch held perform the regular search
847                 if (value >= rbeta)
848                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
849
850                 pos.undo_move(move);
851
852                 if (value >= rbeta)
853                     return value;
854             }
855     }
856
857     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
858     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
859         && !ttMove)
860     {
861         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
862
863         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
864         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
865         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
866     }
867
868 moves_loop: // When in check, search starts from here
869
870     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
871     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
872
873     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
874                                       &thisThread->captureHistory,
875                                       contHist,
876                                       countermove,
877                                       ss->killers);
878     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
879
880     skipQuiets = false;
881     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
882     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
883
884     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
885     // or a beta cutoff occurs.
886     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
887     {
888       assert(is_ok(move));
889
890       if (move == excludedMove)
891           continue;
892
893       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
894       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
895       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
896       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
897       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
898                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
899           continue;
900
901       ss->moveCount = ++moveCount;
902
903       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
904           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
905                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
906                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
907       if (PvNode)
908           (ss+1)->pv = nullptr;
909
910       extension = DEPTH_ZERO;
911       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
912       movedPiece = pos.moved_piece(move);
913       givesCheck = gives_check(pos, move);
914
915       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
916                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
917
918       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
919
920       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
921       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
922       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
923       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
924       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
925       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
926           &&  move == ttMove
927           && !rootNode
928           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
929           &&  ttValue != VALUE_NONE
930           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
931           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
932           &&  pos.legal(move))
933       {
934           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
935           ss->excludedMove = move;
936           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
937           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
938
939           if (value < rBeta)
940               extension = ONE_PLY;
941       }
942       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
943                &&  pos.see_ge(move))
944           extension = ONE_PLY;
945
946       // Calculate new depth for this move
947       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
948
949       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
950       if (  !rootNode
951           && pos.non_pawn_material(us)
952           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
953       {
954           if (   !captureOrPromotion
955               && !givesCheck
956               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
957           {
958               // Move count based pruning (~30 Elo)
959               if (moveCountPruning)
960               {
961                   skipQuiets = true;
962                   continue;
963               }
964
965               // Reduced depth of the next LMR search
966               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
967
968               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
969               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0)
970                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
971                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
972                   continue;
973
974               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
975               if (   lmrDepth < 7
976                   && !inCheck
977                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
978                   continue;
979
980               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
981               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
982                   continue;
983           }
984           else if (   !extension // (~20 Elo)
985                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
986                   continue;
987       }
988
989       // Speculative prefetch as early as possible
990       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
991
992       // Check for legality just before making the move
993       if (!rootNode && !pos.legal(move))
994       {
995           ss->moveCount = --moveCount;
996           continue;
997       }
998
999       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1000       ss->currentMove = move;
1001       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1002
1003       // Step 15. Make the move
1004       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1005
1006       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1007       // re-searched at full depth.
1008       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1009           &&  moveCount > 1
1010           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1011       {
1012           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1013
1014           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1015           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1016               r -= ONE_PLY;
1017
1018           if (!captureOrPromotion)
1019           {
1020               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1021               if (pvExact)
1022                   r -= ONE_PLY;
1023
1024               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1025               if (ttCapture)
1026                   r += ONE_PLY;
1027
1028               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1029               if (cutNode)
1030                   r += 2 * ONE_PLY;
1031
1032               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1033               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1034               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1035               else if (    type_of(move) == NORMAL
1036                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1037                   r -= 2 * ONE_PLY;
1038
1039               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1040                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1041                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1042                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1043                              - 4000;
1044
1045               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1046               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1047                   r -= ONE_PLY;
1048
1049               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1050                   r += ONE_PLY;
1051
1052               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1053               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1054           }
1055
1056           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1057
1058           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1059
1060           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1061       }
1062       else
1063           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1064
1065       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1066       if (doFullDepthSearch)
1067           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1068
1069       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1070       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1071       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1072       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1073       {
1074           (ss+1)->pv = pv;
1075           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1076
1077           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1078       }
1079
1080       // Step 18. Undo move
1081       pos.undo_move(move);
1082
1083       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1084
1085       // Step 19. Check for a new best move
1086       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1087       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1088       // updating best move, PV and TT.
1089       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1090           return VALUE_ZERO;
1091
1092       if (rootNode)
1093       {
1094           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1095                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1096
1097           // PV move or new best move?
1098           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1099           {
1100               rm.score = value;
1101               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1102               rm.pv.resize(1);
1103
1104               assert((ss+1)->pv);
1105
1106               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1107                   rm.pv.push_back(*m);
1108
1109               // We record how often the best move has been changed in each
1110               // iteration. This information is used for time management: When
1111               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1112               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1113                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1114           }
1115           else
1116               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1117               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1118               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1119               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1120       }
1121
1122       if (value > bestValue)
1123       {
1124           bestValue = value;
1125
1126           if (value > alpha)
1127           {
1128               bestMove = move;
1129
1130               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1131                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1132
1133               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1134                   alpha = value;
1135               else
1136               {
1137                   assert(value >= beta); // Fail high
1138                   ss->statScore = 0;
1139                   break;
1140               }
1141           }
1142       }
1143
1144       if (move != bestMove)
1145       {
1146           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1147               capturesSearched[captureCount++] = move;
1148
1149           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1150               quietsSearched[quietCount++] = move;
1151       }
1152     }
1153
1154     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1155     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1156     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1157     /*
1158        if (Threads.stop)
1159         return VALUE_DRAW;
1160     */
1161
1162     // Step 20. Check for mate and stalemate
1163     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1164     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1165     // return a fail low score.
1166
1167     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1168
1169     if (!moveCount)
1170         bestValue = excludedMove ? alpha
1171                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1172     else if (bestMove)
1173     {
1174         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1175         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1176             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1177                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1178
1179         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1180
1181         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1182         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1183             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1184     }
1185     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1186     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1187              && !pos.captured_piece()
1188              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1189         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1190
1191     if (PvNode)
1192         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1193
1194     if (!excludedMove)
1195         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1196                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1197                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1198                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1199
1200     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1201
1202     return bestValue;
1203   }
1204
1205
1206   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1207   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1208   template <NodeType NT>
1209   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1210
1211     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1212
1213     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1214     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1215     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1216     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1217
1218     Move pv[MAX_PLY+1];
1219     StateInfo st;
1220     TTEntry* tte;
1221     Key posKey;
1222     Move ttMove, move, bestMove;
1223     Depth ttDepth;
1224     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1225     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1226     int moveCount;
1227
1228     if (PvNode)
1229     {
1230         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1231         (ss+1)->pv = pv;
1232         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1233     }
1234
1235     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1236     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1237     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1238     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1239     inCheck = pos.checkers();
1240     moveCount = 0;
1241
1242     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1243     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1244         || ss->ply >= MAX_PLY)
1245         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1246
1247     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1248
1249     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1250     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1251     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1252     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1253                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1254     // Transposition table lookup
1255     posKey = pos.key();
1256     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1257     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1258     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1259
1260     if (  !PvNode
1261         && ttHit
1262         && tte->depth() >= ttDepth
1263         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1264         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1265                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1266         return ttValue;
1267
1268     // Evaluate the position statically
1269     if (inCheck)
1270     {
1271         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1272         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1273     }
1274     else
1275     {
1276         if (ttHit)
1277         {
1278             // Never assume anything on values stored in TT
1279             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1280                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1281
1282             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1283             if (    ttValue != VALUE_NONE
1284                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1285                 bestValue = ttValue;
1286         }
1287         else
1288             ss->staticEval = bestValue =
1289             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1290                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1291
1292         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1293         if (bestValue >= beta)
1294         {
1295             if (!ttHit)
1296                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1297                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1298
1299             return bestValue;
1300         }
1301
1302         if (PvNode && bestValue > alpha)
1303             alpha = bestValue;
1304
1305         futilityBase = bestValue + 128;
1306     }
1307
1308     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1309
1310     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1311     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1312     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1313     // be generated.
1314     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1315                                       &thisThread->captureHistory,
1316                                       contHist,
1317                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1318
1319     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1320     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1321     {
1322       assert(is_ok(move));
1323
1324       givesCheck = gives_check(pos, move);
1325
1326       moveCount++;
1327
1328       // Futility pruning
1329       if (   !inCheck
1330           && !givesCheck
1331           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1332           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1333       {
1334           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1335
1336           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1337
1338           if (futilityValue <= alpha)
1339           {
1340               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1341               continue;
1342           }
1343
1344           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1345           {
1346               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1347               continue;
1348           }
1349       }
1350
1351       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1352       evasionPrunable =    inCheck
1353                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1354                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1355                        && !pos.capture(move);
1356
1357       // Don't search moves with negative SEE values
1358       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1359           && !pos.see_ge(move))
1360           continue;
1361
1362       // Speculative prefetch as early as possible
1363       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1364
1365       // Check for legality just before making the move
1366       if (!pos.legal(move))
1367       {
1368           moveCount--;
1369           continue;
1370       }
1371
1372       ss->currentMove = move;
1373       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1374
1375       // Make and search the move
1376       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1377       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1378       pos.undo_move(move);
1379
1380       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1381
1382       // Check for a new best move
1383       if (value > bestValue)
1384       {
1385           bestValue = value;
1386
1387           if (value > alpha)
1388           {
1389               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1390                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1391
1392               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1393               {
1394                   alpha = value;
1395                   bestMove = move;
1396               }
1397               else // Fail high
1398               {
1399                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1400                             ttDepth, move, ss->staticEval);
1401
1402                   return value;
1403               }
1404           }
1405        }
1406     }
1407
1408     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1409     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1410     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1411         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1412
1413     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1414               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1415               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1416
1417     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1418
1419     return bestValue;
1420   }
1421
1422
1423   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1424   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1425   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1426
1427   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1428
1429     assert(v != VALUE_NONE);
1430
1431     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1432           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1433   }
1434
1435
1436   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1437   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1438   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1439
1440   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1441
1442     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1443           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1444           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1445   }
1446
1447
1448   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1449
1450   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1451
1452     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1453         *pv++ = *childPv++;
1454     *pv = MOVE_NONE;
1455   }
1456
1457
1458   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1459   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1460
1461   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1462
1463     for (int i : {1, 2, 4})
1464         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1465             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1466   }
1467
1468
1469   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1470
1471   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1472                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1473
1474       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1475       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1476       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1477
1478       if (pos.capture_or_promotion(move))
1479           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1480
1481       // Decrease all the other played capture moves
1482       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1483       {
1484           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1485           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1486           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1487       }
1488   }
1489
1490
1491   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1492
1493   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1494                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1495
1496     if (ss->killers[0] != move)
1497     {
1498         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1499         ss->killers[0] = move;
1500     }
1501
1502     Color us = pos.side_to_move();
1503     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1504     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1505     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1506
1507     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1508     {
1509         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1510         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1511     }
1512
1513     // Decrease all the other played quiet moves
1514     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1515     {
1516         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1517         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1518     }
1519   }
1520
1521   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1522   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1523
1524   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1525
1526     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1527     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1528
1529     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1530     Value topScore = rootMoves[0].score;
1531     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1532     int weakness = 120 - 2 * level;
1533     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1534
1535     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1536     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1537     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1538     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1539     {
1540         // This is our magic formula
1541         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1542                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1543
1544         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1545         {
1546             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1547             best = rootMoves[i].pv[0];
1548         }
1549     }
1550
1551     return best;
1552   }
1553
1554 } // namespace
1555
1556 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1557 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1558
1559 void MainThread::check_time() {
1560
1561   if (--callsCnt > 0)
1562       return;
1563
1564   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1565   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1566
1567   static TimePoint lastInfoTime = now();
1568
1569   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1570   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1571
1572   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1573   {
1574       lastInfoTime = tick;
1575       dbg_print();
1576   }
1577
1578   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1579   if (Threads.ponder)
1580       return;
1581
1582   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1583       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1584       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1585       Threads.stop = true;
1586 }
1587
1588
1589 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1590 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1591
1592 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1593
1594   std::stringstream ss;
1595   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1596   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1597   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1598   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1599   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1600   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1601
1602   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1603   {
1604       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1605
1606       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1607           continue;
1608
1609       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1610       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1611
1612       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1613       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1614
1615       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1616           ss << "\n";
1617
1618       ss << "info"
1619          << " depth "    << d / ONE_PLY
1620          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1621          << " multipv "  << i + 1
1622          << " score "    << UCI::value(v);
1623
1624       if (!tb && i == pvIdx)
1625           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1626
1627       ss << " nodes "    << nodesSearched
1628          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1629
1630       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1631           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1632
1633       ss << " tbhits "   << tbHits
1634          << " time "     << elapsed
1635          << " pv";
1636
1637       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1638           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1639   }
1640
1641   return ss.str();
1642 }
1643
1644
1645 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1646 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1647 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1648 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1649
1650 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1651
1652     StateInfo st;
1653     bool ttHit;
1654
1655     assert(pv.size() == 1);
1656
1657     if (!pv[0])
1658         return false;
1659
1660     pos.do_move(pv[0], st);
1661     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1662
1663     if (ttHit)
1664     {
1665         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1666         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1667             pv.push_back(m);
1668     }
1669
1670     pos.undo_move(pv[0]);
1671     return pv.size() > 1;
1672 }
1673
1674 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1675
1676     RootInTB = false;
1677     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1678     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1679     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1680     bool dtz_available = true;
1681
1682     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1683     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1684     if (Cardinality > MaxCardinality)
1685     {
1686         Cardinality = MaxCardinality;
1687         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1688     }
1689
1690     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1691     {
1692         // Rank moves using DTZ tables
1693         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1694
1695         if (!RootInTB)
1696         {
1697             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1698             dtz_available = false;
1699             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1700         }
1701     }
1702
1703     if (RootInTB)
1704     {
1705         // Sort moves according to TB rank
1706         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1707                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1708
1709         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1710         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1711             Cardinality = 0;
1712     }
1713     else
1714     {
1715         // Assign the same rank to all moves
1716         for (auto& m : rootMoves)
1717             m.tbRank = 0;
1718     }
1719 }