d03a251fe2d3516a9130868fb3073cce7aee8792
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210   CounterMoveHistory.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   CheckInfo ci(pos);
230   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
231
232   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
233   {
234       if (Root && depth <= ONE_PLY)
235           cnt = 1, nodes++;
236       else
237       {
238           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
239           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
240           nodes += cnt;
241           pos.undo_move(m);
242       }
243       if (Root)
244           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
245   }
246   return nodes;
247 }
248
249 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
250
251
252 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
253 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
254
255 void MainThread::search() {
256
257   Color us = rootPos.side_to_move();
258   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
259
260   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
261   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
262   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
263
264   TB::Hits = 0;
265   TB::RootInTB = false;
266   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
267   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
268   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
269
270   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
271   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
272   {
273       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
274       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
275   }
276
277   if (rootMoves.empty())
278   {
279       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
280       sync_cout << "info depth 0 score "
281                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
282                 << sync_endl;
283   }
284   else
285   {
286       if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
287                                 + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
288           && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
289       {
290           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
291           // contains only moves that preserve the draw or the win.
292           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
293
294           if (TB::RootInTB)
295               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
296
297           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
298           {
299               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
300               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
301
302               // Only probe during search if winning
303               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
304                   TB::Cardinality = 0;
305           }
306
307           if (TB::RootInTB)
308           {
309               TB::Hits = rootMoves.size();
310
311               if (!TB::UseRule50)
312                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
313                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
314                                                       :  VALUE_DRAW;
315           }
316       }
317
318       for (Thread* th : Threads)
319           if (th != this)
320               th->start_searching();
321
322       Thread::search(); // Let's start searching!
323   }
324
325   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
326   // the available ones before exiting.
327   if (Limits.npmsec)
328       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
329
330   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
331   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
332   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
333   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
334   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
335   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
336   {
337       Signals.stopOnPonderhit = true;
338       wait(Signals.stop);
339   }
340
341   // Stop the threads if not already stopped
342   Signals.stop = true;
343
344   // Wait until all threads have finished
345   for (Thread* th : Threads)
346       if (th != this)
347           th->wait_for_search_finished();
348
349   // Check if there are threads with a better score than main thread
350   Thread* bestThread = this;
351   if (   !this->easyMovePlayed
352       &&  Options["MultiPV"] == 1
353       && !Limits.depth
354       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
355       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
356   {
357       for (Thread* th : Threads)
358           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
359               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
360               bestThread = th;
361   }
362
363   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
364
365   // Send new PV when needed
366   if (bestThread != this)
367       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
368
369   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
370
371   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
372       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
373
374   std::cout << sync_endl;
375 }
376
377
378 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
379 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
380 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
381
382 void Thread::search() {
383
384   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
385   Value bestValue, alpha, beta, delta;
386   Move easyMove = MOVE_NONE;
387   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
388
389   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
390
391   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
392   beta = VALUE_INFINITE;
393   completedDepth = DEPTH_ZERO;
394
395   if (mainThread)
396   {
397       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
398       EasyMove.clear();
399       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
400       mainThread->bestMoveChanges = 0;
401       TT.new_search();
402   }
403
404   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
405   Skill skill(Options["Skill Level"]);
406
407   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
408   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
409   if (skill.enabled())
410       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
411
412   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
413
414   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
415   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
416   {
417       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
418       // 2nd ply (using a half-density matrix).
419       if (!mainThread)
420       {
421           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
422           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
423              continue;
424       }
425
426       // Age out PV variability metric
427       if (mainThread)
428           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
429
430       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
431       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
432       for (RootMove& rm : rootMoves)
433           rm.previousScore = rm.score;
434
435       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
436       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
437       {
438           // Reset aspiration window starting size
439           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
440           {
441               delta = Value(18);
442               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
443               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
444           }
445
446           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
447           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
448           // high/low anymore.
449           while (true)
450           {
451               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
452
453               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
454               // is done with a stable algorithm because all the values but the
455               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
456               // and we want to keep the same order for all the moves except the
457               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
458               // search the already searched PV lines are preserved.
459               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
460
461               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
462               // entries have been overwritten during the search.
463               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
464                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
465
466               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
467               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
468               // valid, although it refers to the previous iteration.
469               if (Signals.stop)
470                   break;
471
472               // When failing high/low give some update (without cluttering
473               // the UI) before a re-search.
474               if (   mainThread
475                   && multiPV == 1
476                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
477                   && Time.elapsed() > 3000)
478                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
479
480               // In case of failing low/high increase aspiration window and
481               // re-search, otherwise exit the loop.
482               if (bestValue <= alpha)
483               {
484                   beta = (alpha + beta) / 2;
485                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
486
487                   if (mainThread)
488                   {
489                       mainThread->failedLow = true;
490                       Signals.stopOnPonderhit = false;
491                   }
492               }
493               else if (bestValue >= beta)
494               {
495                   alpha = (alpha + beta) / 2;
496                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
497               }
498               else
499                   break;
500
501               delta += delta / 4 + 5;
502
503               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
504           }
505
506           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
507           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
508
509           if (!mainThread)
510               continue;
511
512           if (Signals.stop)
513               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
514                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
515
516           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
517               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
518       }
519
520       if (!Signals.stop)
521           completedDepth = rootDepth;
522
523       if (!mainThread)
524           continue;
525
526       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
527       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
528           skill.pick_best(multiPV);
529
530       // Have we found a "mate in x"?
531       if (   Limits.mate
532           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
533           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
534           Signals.stop = true;
535
536       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
537       if (Limits.use_time_management())
538       {
539           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
540           {
541               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
542               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
543               // from the previous search and just did a fast verification.
544               const int F[] = { mainThread->failedLow,
545                                 bestValue - mainThread->previousScore };
546
547               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
548               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
549
550               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
551                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
552                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
553
554               if (   rootMoves.size() == 1
555                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
556                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
557               {
558                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
559                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
560                   if (Limits.ponder)
561                       Signals.stopOnPonderhit = true;
562                   else
563                       Signals.stop = true;
564               }
565           }
566
567           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
568               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
569           else
570               EasyMove.clear();
571       }
572   }
573
574   if (!mainThread)
575       return;
576
577   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
578   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
579   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
580       EasyMove.clear();
581
582   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
583   if (skill.enabled())
584       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
585                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
586 }
587
588
589 namespace {
590
591   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
592
593   template <NodeType NT>
594   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
595
596     const bool PvNode = NT == PV;
597     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
598
599     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
600     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
601     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
602
603     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
604     StateInfo st;
605     TTEntry* tte;
606     Key posKey;
607     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
608     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
609     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
610     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
611     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
612     Piece moved_piece;
613     int moveCount, quietCount;
614
615     // Step 1. Initialize node
616     Thread* thisThread = pos.this_thread();
617     inCheck = pos.checkers();
618     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
619     bestValue = -VALUE_INFINITE;
620     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
621
622     // Check for the available remaining time
623     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
624     {
625         thisThread->resetCalls = false;
626         thisThread->callsCnt = 0;
627     }
628     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
629     {
630         for (Thread* th : Threads)
631             th->resetCalls = true;
632
633         check_time();
634     }
635
636     // Used to send selDepth info to GUI
637     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
638         thisThread->maxPly = ss->ply;
639
640     if (!rootNode)
641     {
642         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
643         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
644             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
645                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
646
647         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
648         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
649         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
650         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
651         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
652         // mate. In this case return a fail-high score.
653         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
654         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
655         if (alpha >= beta)
656             return alpha;
657     }
658
659     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
660
661     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
662     ss->counterMoves = nullptr;
663     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
664     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
665
666     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
667     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
668     // position key in case of an excluded move.
669     excludedMove = ss->excludedMove;
670     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
671     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
672     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
673     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
674             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
675
676     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
677     if (  !PvNode
678         && ttHit
679         && tte->depth() >= depth
680         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
681         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
682                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
683     {
684         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
685
686         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
687         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
688             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
689
690         return ttValue;
691     }
692
693     // Step 4a. Tablebase probe
694     if (!rootNode && TB::Cardinality)
695     {
696         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
697
698         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
699             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
700             &&  pos.rule50_count() == 0
701             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
702         {
703             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
704
705             if (found)
706             {
707                 TB::Hits++;
708
709                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
710
711                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
712                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
713                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
714
715                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
716                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
717                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
718
719                 return value;
720             }
721         }
722     }
723
724     // Step 5. Evaluate the position statically
725     if (inCheck)
726     {
727         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
728         goto moves_loop;
729     }
730
731     else if (ttHit)
732     {
733         // Never assume anything on values stored in TT
734         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
735             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
736
737         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
738         if (ttValue != VALUE_NONE)
739             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
740                 eval = ttValue;
741     }
742     else
743     {
744         eval = ss->staticEval =
745         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
746                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
747
748         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
749                   ss->staticEval, TT.generation());
750     }
751
752     if (ss->skipEarlyPruning)
753         goto moves_loop;
754
755     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
756     if (   !PvNode
757         &&  depth < 4 * ONE_PLY
758         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
759         &&  ttMove == MOVE_NONE)
760     {
761         if (   depth <= ONE_PLY
762             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
763             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
764
765         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
766         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
767         if (v <= ralpha)
768             return v;
769     }
770
771     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
772     if (   !rootNode
773         &&  depth < 7 * ONE_PLY
774         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
775         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
776         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
777         return eval - futility_margin(depth);
778
779     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
780     if (   !PvNode
781         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
782         &&  eval >= beta
783         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
784     {
785         ss->currentMove = MOVE_NULL;
786         ss->counterMoves = nullptr;
787
788         assert(eval - beta >= 0);
789
790         // Null move dynamic reduction based on depth and value
791         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
792
793         pos.do_null_move(st);
794         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
795         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
796                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
797         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
798         pos.undo_null_move();
799
800         if (nullValue >= beta)
801         {
802             // Do not return unproven mate scores
803             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
804                 nullValue = beta;
805
806             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
807                 return nullValue;
808
809             // Do verification search at high depths
810             ss->skipEarlyPruning = true;
811             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
812                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
813             ss->skipEarlyPruning = false;
814
815             if (v >= beta)
816                 return nullValue;
817         }
818     }
819
820     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
821     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
822     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
823     // safely prune the previous move.
824     if (   !PvNode
825         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
826         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
827     {
828         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
829         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
830
831         assert(rdepth >= ONE_PLY);
832         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
833         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
834
835         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
836         CheckInfo ci(pos);
837
838         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
839             if (pos.legal(move, ci.pinned))
840             {
841                 ss->currentMove = move;
842                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
843                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
844                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
845                 pos.undo_move(move);
846                 if (value >= rbeta)
847                     return value;
848             }
849     }
850
851     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
852     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
853         && !ttMove
854         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
855     {
856         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
857         ss->skipEarlyPruning = true;
858         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
859         ss->skipEarlyPruning = false;
860
861         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
862         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
863     }
864
865 moves_loop: // When in check search starts from here
866
867     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
868     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
869     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
870     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
871
872     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
873     CheckInfo ci(pos);
874     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
875     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
876                || ss->staticEval == VALUE_NONE
877                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
878
879     singularExtensionNode =   !rootNode
880                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
881                            &&  ttMove != MOVE_NONE
882                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
883                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
884                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
885                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
886                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
887
888     // Step 11. Loop through moves
889     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
890     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
891     {
892       assert(is_ok(move));
893
894       if (move == excludedMove)
895           continue;
896
897       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
898       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
899       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
900       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
901                                   thisThread->rootMoves.end(), 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
911       if (PvNode)
912           (ss+1)->pv = nullptr;
913
914       extension = DEPTH_ZERO;
915       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
916       moved_piece = pos.moved_piece(move);
917
918       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
919                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
920                   : pos.gives_check(move, ci);
921
922       // Step 12. Extend checks
923       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
924           extension = ONE_PLY;
925
926       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
927       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
928       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
929       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
930       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
931       if (    singularExtensionNode
932           &&  move == ttMove
933           && !extension
934           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
935       {
936           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
937           ss->excludedMove = move;
938           ss->skipEarlyPruning = true;
939           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
940           ss->skipEarlyPruning = false;
941           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
942
943           if (value < rBeta)
944               extension = ONE_PLY;
945       }
946
947       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
948       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
949
950       // Step 13. Pruning at shallow depth
951       if (   !rootNode
952           && !captureOrPromotion
953           && !inCheck
954           && !givesCheck
955           && !pos.advanced_pawn_push(move)
956           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
957       {
958           // Move count based pruning
959           if (   depth < 16 * ONE_PLY
960               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
961               continue;
962
963           // Countermoves based pruning
964           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
965               && move != ss->killers[0]
966               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
967               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
968               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
969               continue;
970
971           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
972
973           // Futility pruning: parent node
974           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
975               && ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256 <= alpha)
976               continue;
977
978           // Prune moves with negative SEE at low depths
979           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
980               continue;
981       }
982
983       // Speculative prefetch as early as possible
984       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
985
986       // Check for legality just before making the move
987       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
988       {
989           ss->moveCount = --moveCount;
990           continue;
991       }
992
993       ss->currentMove = move;
994       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
995
996       // Step 14. Make the move
997       pos.do_move(move, st, givesCheck);
998
999       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1000       // re-searched at full depth.
1001       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1002           &&  moveCount > 1
1003           && !captureOrPromotion)
1004       {
1005           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1006           Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
1007                      +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1008                      +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1009                      +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
1010
1011           // Increase reduction for cut nodes
1012           if (!PvNode && cutNode)
1013               r += 2 * ONE_PLY;
1014
1015           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1016           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1017           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1018           // because the destination square is empty.
1019           else if (   type_of(move) == NORMAL
1020                    && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1021                    && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1022               r -= 2 * ONE_PLY;
1023
1024           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1025           int rHist = (val - 10000) / 20000;
1026           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1027
1028           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1029
1030           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1031
1032           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1033       }
1034       else
1035           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1036
1037       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1038       if (doFullDepthSearch)
1039           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1040                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1041                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1042                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1043
1044       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1045       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1046       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1047       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1048       {
1049           (ss+1)->pv = pv;
1050           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1051
1052           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1053                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1054                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1055                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1056       }
1057
1058       // Step 17. Undo move
1059       pos.undo_move(move);
1060
1061       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1062
1063       // Step 18. Check for a new best move
1064       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1065       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1066       // updating best move, PV and TT.
1067       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1068           return VALUE_ZERO;
1069
1070       if (rootNode)
1071       {
1072           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1073                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1074
1075           // PV move or new best move ?
1076           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1077           {
1078               rm.score = value;
1079               rm.pv.resize(1);
1080
1081               assert((ss+1)->pv);
1082
1083               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1084                   rm.pv.push_back(*m);
1085
1086               // We record how often the best move has been changed in each
1087               // iteration. This information is used for time management: When
1088               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1089               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1090                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1091           }
1092           else
1093               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1094               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1095               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1096               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1097       }
1098
1099       if (value > bestValue)
1100       {
1101           bestValue = value;
1102
1103           if (value > alpha)
1104           {
1105               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1106               if (    PvNode
1107                   &&  thisThread == Threads.main()
1108                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1109                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1110                   EasyMove.clear();
1111
1112               bestMove = move;
1113
1114               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1115                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1116
1117               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1118                   alpha = value;
1119               else
1120               {
1121                   assert(value >= beta); // Fail high
1122                   break;
1123               }
1124           }
1125       }
1126
1127       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1128           quietsSearched[quietCount++] = move;
1129     }
1130
1131     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1132     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1133     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1134     /*
1135        if (Signals.stop)
1136         return VALUE_DRAW;
1137     */
1138
1139     // Step 20. Check for mate and stalemate
1140     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1141     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1142     // return a fail low score.
1143     if (!moveCount)
1144         bestValue = excludedMove ? alpha
1145                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1146
1147     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1148     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1149         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1150
1151     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1152     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1153              && !bestMove
1154              && !inCheck
1155              && !pos.captured_piece_type()
1156              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1157     {
1158         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1159         if ((ss-2)->counterMoves)
1160             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1161
1162         if ((ss-3)->counterMoves)
1163             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1164
1165         if ((ss-5)->counterMoves)
1166             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1167     }
1168
1169     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1170               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1171               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1172               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1173
1174     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1175
1176     return bestValue;
1177   }
1178
1179
1180   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1181   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1182   // less than ONE_PLY).
1183
1184   template <NodeType NT, bool InCheck>
1185   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1186
1187     const bool PvNode = NT == PV;
1188
1189     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1190     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1191     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1192     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1193
1194     Move pv[MAX_PLY+1];
1195     StateInfo st;
1196     TTEntry* tte;
1197     Key posKey;
1198     Move ttMove, move, bestMove;
1199     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1200     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1201     Depth ttDepth;
1202
1203     if (PvNode)
1204     {
1205         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1206         (ss+1)->pv = pv;
1207         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1208     }
1209
1210     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1211     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1212
1213     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1214     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1215         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1216                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1217
1218     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1219
1220     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1221     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1222     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1223     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1224                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1225
1226     // Transposition table lookup
1227     posKey = pos.key();
1228     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1229     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1230     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1231
1232     if (  !PvNode
1233         && ttHit
1234         && tte->depth() >= ttDepth
1235         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1236         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1237                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1238     {
1239         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1240         return ttValue;
1241     }
1242
1243     // Evaluate the position statically
1244     if (InCheck)
1245     {
1246         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1247         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1248     }
1249     else
1250     {
1251         if (ttHit)
1252         {
1253             // Never assume anything on values stored in TT
1254             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1255                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1256
1257             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1258             if (ttValue != VALUE_NONE)
1259                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1260                     bestValue = ttValue;
1261         }
1262         else
1263             ss->staticEval = bestValue =
1264             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1265                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1266
1267         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1268         if (bestValue >= beta)
1269         {
1270             if (!ttHit)
1271                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1272                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1273
1274             return bestValue;
1275         }
1276
1277         if (PvNode && bestValue > alpha)
1278             alpha = bestValue;
1279
1280         futilityBase = bestValue + 128;
1281     }
1282
1283     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1284     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1285     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1286     // be generated.
1287     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1288     CheckInfo ci(pos);
1289
1290     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1291     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1292     {
1293       assert(is_ok(move));
1294
1295       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1296                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1297                   : pos.gives_check(move, ci);
1298
1299       // Futility pruning
1300       if (   !InCheck
1301           && !givesCheck
1302           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1303           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1304       {
1305           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1306
1307           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1308
1309           if (futilityValue <= alpha)
1310           {
1311               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1312               continue;
1313           }
1314
1315           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1316           {
1317               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1318               continue;
1319           }
1320       }
1321
1322       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1323       evasionPrunable =    InCheck
1324                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1325                        && !pos.capture(move);
1326
1327       // Don't search moves with negative SEE values
1328       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1329           &&  type_of(move) != PROMOTION
1330           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1331           continue;
1332
1333       // Speculative prefetch as early as possible
1334       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1335
1336       // Check for legality just before making the move
1337       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1338           continue;
1339
1340       ss->currentMove = move;
1341
1342       // Make and search the move
1343       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1344       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1345                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1346       pos.undo_move(move);
1347
1348       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1349
1350       // Check for a new best move
1351       if (value > bestValue)
1352       {
1353           bestValue = value;
1354
1355           if (value > alpha)
1356           {
1357               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1358                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1359
1360               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1361               {
1362                   alpha = value;
1363                   bestMove = move;
1364               }
1365               else // Fail high
1366               {
1367                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1368                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1369
1370                   return value;
1371               }
1372           }
1373        }
1374     }
1375
1376     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1377     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1378     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1379         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1380
1381     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1382               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1383               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1384
1385     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1386
1387     return bestValue;
1388   }
1389
1390
1391   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1392   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1393   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1394
1395   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1396
1397     assert(v != VALUE_NONE);
1398
1399     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1400           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1401   }
1402
1403
1404   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1405   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1406   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1407
1408   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1409
1410     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1411           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1412           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1413   }
1414
1415
1416   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1417
1418   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1419
1420     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1421         *pv++ = *childPv++;
1422     *pv = MOVE_NONE;
1423   }
1424
1425
1426   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1427   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1428
1429   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1430                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1431
1432     if (ss->killers[0] != move)
1433     {
1434         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1435         ss->killers[0] = move;
1436     }
1437
1438     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1439
1440     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1441     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1442     CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
1443     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1444     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1445
1446     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1447
1448     if (cmh)
1449     {
1450         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1451         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1452     }
1453
1454     if (fmh)
1455         fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1456
1457     if (fmh2)
1458         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1459
1460     // Decrease all the other played quiet moves
1461     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1462     {
1463         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1464
1465         if (cmh)
1466             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1467
1468         if (fmh)
1469             fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1470
1471         if (fmh2)
1472             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1473     }
1474
1475     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1476     if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1477     {
1478         if ((ss-2)->counterMoves)
1479             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1480
1481         if ((ss-3)->counterMoves)
1482             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1483
1484         if ((ss-5)->counterMoves)
1485             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1486     }
1487   }
1488
1489
1490   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1491   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1492
1493   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1494
1495     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1496     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1497
1498     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1499     Value topScore = rootMoves[0].score;
1500     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1501     int weakness = 120 - 2 * level;
1502     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1503
1504     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1505     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1506     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1507     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1508     {
1509         // This is our magic formula
1510         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1511                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1512
1513         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1514         {
1515             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1516             best = rootMoves[i].pv[0];
1517         }
1518     }
1519
1520     return best;
1521   }
1522
1523
1524   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1525   // when we are out of available time and thus stop the search.
1526
1527   void check_time() {
1528
1529     static TimePoint lastInfoTime = now();
1530
1531     int elapsed = Time.elapsed();
1532     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1533
1534     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1535     {
1536         lastInfoTime = tick;
1537         dbg_print();
1538     }
1539
1540     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1541     if (Limits.ponder)
1542         return;
1543
1544     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1545         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1546         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1547             Signals.stop = true;
1548   }
1549
1550 } // namespace
1551
1552
1553 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1554 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1555
1556 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1557
1558   std::stringstream ss;
1559   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1560   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1561   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1562   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1563   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1564
1565   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1566   {
1567       bool updated = (i <= PVIdx);
1568
1569       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1570           continue;
1571
1572       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1573       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1574
1575       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1576       v = tb ? TB::Score : v;
1577
1578       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1579           ss << "\n";
1580
1581       ss << "info"
1582          << " depth "    << d / ONE_PLY
1583          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1584          << " multipv "  << i + 1
1585          << " score "    << UCI::value(v);
1586
1587       if (!tb && i == PVIdx)
1588           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1589
1590       ss << " nodes "    << nodes_searched
1591          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1592
1593       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1594           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1595
1596       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1597          << " time "     << elapsed
1598          << " pv";
1599
1600       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1601           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1602   }
1603
1604   return ss.str();
1605 }
1606
1607
1608 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1609 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1610 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1611
1612 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1613
1614   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1615   bool ttHit;
1616
1617   for (Move m : pv)
1618   {
1619       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1620
1621       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1622
1623       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1624           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1625                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1626
1627       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1628   }
1629
1630   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1631       pos.undo_move(pv[--i]);
1632 }
1633
1634
1635 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1636 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1637 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1638 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1639
1640 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1641 {
1642     StateInfo st;
1643     bool ttHit;
1644
1645     assert(pv.size() == 1);
1646
1647     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1648     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1649     pos.undo_move(pv[0]);
1650
1651     if (ttHit)
1652     {
1653         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1654         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1655            return pv.push_back(m), true;
1656     }
1657
1658     return false;
1659 }