d98ba4e42fb8a7c55962d48b0ebd9e5aad7a0d26
[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       Depth adjustedDepth = rootDepth;
372
373       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
374       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
375       {
376           if (pvIdx == pvLast)
377           {
378               pvFirst = pvLast;
379               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
380                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
381                       break;
382           }
383
384           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
385           selDepth = 0;
386
387           // Reset aspiration window starting size
388           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
389           {
390               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
391               delta = Value(18);
392               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
393               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
394
395               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
396               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
397
398               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
399                                       : -make_score(dct, dct / 2));
400           }
401
402           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
403           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
404           // high/low anymore.
405           int failedHighCnt = 0;
406           while (true)
407           {
408                   adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
409               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
410
411               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
412               // is done with a stable algorithm because all the values but the
413               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
414               // and we want to keep the same order for all the moves except the
415               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
416               // search the already searched PV lines are preserved.
417               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
418
419               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
420               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
421               // the previous iteration.
422               if (Threads.stop)
423                   break;
424
425               // When failing high/low give some update (without cluttering
426               // the UI) before a re-search.
427               if (   mainThread
428                   && multiPV == 1
429                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
430                   && Time.elapsed() > 3000)
431                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, adjustedDepth, alpha, beta) << sync_endl;
432
433               // In case of failing low/high increase aspiration window and
434               // re-search, otherwise exit the loop.
435               if (bestValue <= alpha)
436               {
437                   beta = (alpha + beta) / 2;
438                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
439
440                   if (mainThread)
441                   {
442                       failedHighCnt = 0;
443                       failedLow = true;
444                       Threads.stopOnPonderhit = false;
445                   }
446               }
447               else if (bestValue >= beta)
448               {
449                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
450                   if (mainThread)
451                           ++failedHighCnt;
452               }
453               else
454                   break;
455
456               delta += delta / 4 + 5;
457
458               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
459           }
460
461           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
462           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
463
464           if (    mainThread
465               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
466               sync_cout << UCI::pv(rootPos, adjustedDepth, alpha, beta) << sync_endl;
467       }
468
469       if (!Threads.stop)
470           completedDepth = adjustedDepth;
471
472       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
473          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
474          lastBestMoveDepth = adjustedDepth;
475       }
476
477       // Have we found a "mate in x"?
478       if (   Limits.mate
479           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
480           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
481           Threads.stop = true;
482
483       if (!mainThread)
484           continue;
485
486       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
487       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
488           skill.pick_best(multiPV);
489
490       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
491       if (    Limits.use_time_management()
492           && !Threads.stop
493           && !Threads.stopOnPonderhit)
494           {
495               const int F[] = { failedLow,
496                                 bestValue - mainThread->previousScore };
497
498               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
499
500               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
501               timeReduction = 1.0;
502               for (int i : {3, 4, 5})
503                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
504                      timeReduction *= 1.25;
505
506               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
507               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
508               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
509
510               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
511               if (   rootMoves.size() == 1
512                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
513               {
514                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
515                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
516                   if (Threads.ponder)
517                       Threads.stopOnPonderhit = true;
518                   else
519                       Threads.stop = true;
520               }
521           }
522   }
523
524   if (!mainThread)
525       return;
526
527   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
528
529   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
530   if (skill.enabled())
531       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
532                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
533 }
534
535
536 namespace {
537
538   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
539
540   template <NodeType NT>
541   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
542
543     constexpr bool PvNode = NT == PV;
544     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
545
546     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
547     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
548     if (   pos.rule50_count() >= 3
549         && alpha < VALUE_DRAW
550         && !rootNode
551         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
552     {
553         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
554         if (alpha >= beta)
555             return alpha;
556     }
557
558     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
559     if (depth < ONE_PLY)
560         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
561
562     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
563     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
564     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
565     assert(!(PvNode && cutNode));
566     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
567
568     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
569     StateInfo st;
570     TTEntry* tte;
571     Key posKey;
572     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
573     Depth extension, newDepth;
574     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
575     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
576     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
577     Piece movedPiece;
578     int moveCount, captureCount, quietCount;
579
580     // Step 1. Initialize node
581     Thread* thisThread = pos.this_thread();
582     inCheck = pos.checkers();
583     Color us = pos.side_to_move();
584     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
585     bestValue = -VALUE_INFINITE;
586     maxValue = VALUE_INFINITE;
587
588     // Check for the available remaining time
589     if (thisThread == Threads.main())
590         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
591
592     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
593     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
594         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
595
596     if (!rootNode)
597     {
598         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
599         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
600             || pos.is_draw(ss->ply)
601             || ss->ply >= MAX_PLY)
602             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) 
603                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
604
605         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
606         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
607         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
608         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
609         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
610         // mate. In this case return a fail-high score.
611         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
612         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
613         if (alpha >= beta)
614             return alpha;
615     }
616
617     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
618
619     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
620     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
621     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
622     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
623     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
624
625     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
626     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
627     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
628     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
629     // LMR which are based on the statScore of parent position.
630     (ss+2)->statScore = 0;
631
632     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
633     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
634     // position key in case of an excluded move.
635     excludedMove = ss->excludedMove;
636     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
637     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
638     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
639     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
640             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
641
642     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
643     if (  !PvNode
644         && ttHit
645         && tte->depth() >= depth
646         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
647         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
648                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
649     {
650         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
651         if (ttMove)
652         {
653             if (ttValue >= beta)
654             {
655                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
656                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
657
658                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
659                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
660                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
661             }
662             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
663             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
664             {
665                 int penalty = -stat_bonus(depth);
666                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
667                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
668             }
669         }
670         return ttValue;
671     }
672
673     // Step 5. Tablebases probe
674     if (!rootNode && TB::Cardinality)
675     {
676         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
677
678         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
679             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
680             &&  pos.rule50_count() == 0
681             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
682         {
683             TB::ProbeState err;
684             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
685
686             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
687             {
688                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
689
690                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
691
692                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
693                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
694                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
695
696                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
697                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
698
699                 if (    b == BOUND_EXACT
700                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
701                 {
702                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
703                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
704                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
705
706                     return value;
707                 }
708
709                 if (PvNode)
710                 {
711                     if (b == BOUND_LOWER)
712                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
713                     else
714                         maxValue = value;
715                 }
716             }
717         }
718     }
719
720     // Step 6. Static evaluation of the position
721     if (inCheck)
722     {
723         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
724         improving = false;
725         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
726     }
727     else if (ttHit)
728     {
729         // Never assume anything on values stored in TT
730         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
731         if (eval == VALUE_NONE)
732             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
733
734         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
735         if (    ttValue != VALUE_NONE
736             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
737             eval = ttValue;
738     }
739     else
740     {
741         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
742         {
743             int p = (ss-1)->statScore;
744             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
745                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
746
747             pureStaticEval = evaluate(pos);
748             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
749         }
750         else
751             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
752
753         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
754     }
755
756     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
757     if (   depth < 2 * ONE_PLY
758         && eval <= alpha - RazorMargin)
759         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
760
761     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
762                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
763
764     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
765     if (   !rootNode
766         &&  depth < 7 * ONE_PLY
767         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
768         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
769         return eval;
770
771     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
772     if (   !PvNode
773         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
774         && (ss-1)->statScore < 23200
775         &&  eval >= beta
776         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
777         && !excludedMove
778         &&  pos.non_pawn_material(us)
779         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
780     {
781         assert(eval - beta >= 0);
782
783         // Null move dynamic reduction based on depth and value
784         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
785
786         ss->currentMove = MOVE_NULL;
787         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
788
789         pos.do_null_move(st);
790
791         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
792
793         pos.undo_null_move();
794
795         if (nullValue >= beta)
796         {
797             // Do not return unproven mate scores
798             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
799                 nullValue = beta;
800
801             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
802                 return nullValue;
803
804             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
805
806             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
807             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
808             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
809             thisThread->nmpColor = us;
810
811             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
812
813             thisThread->nmpMinPly = 0;
814
815             if (v >= beta)
816                 return nullValue;
817         }
818     }
819
820     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
821     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
822     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
823     if (   !PvNode
824         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
825         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
826     {
827         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
828         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
829         int probCutCount = 0;
830
831         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
832                && probCutCount < 3)
833             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
834             {
835                 probCutCount++;
836
837                 ss->currentMove = move;
838                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
839
840                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
841
842                 pos.do_move(move, st);
843
844                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
845                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
846
847                 // If the qsearch held perform the regular search
848                 if (value >= rbeta)
849                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
850
851                 pos.undo_move(move);
852
853                 if (value >= rbeta)
854                     return value;
855             }
856     }
857
858     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
859     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
860         && !ttMove)
861     {
862         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
863
864         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
865         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
866         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
867     }
868
869 moves_loop: // When in check, search starts from here
870
871     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
872     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
873
874     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
875                                       &thisThread->captureHistory,
876                                       contHist,
877                                       countermove,
878                                       ss->killers);
879     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
880
881     skipQuiets = false;
882     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
883     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
884
885     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
886     // or a beta cutoff occurs.
887     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
888     {
889       assert(is_ok(move));
890
891       if (move == excludedMove)
892           continue;
893
894       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
895       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
896       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
897       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
898       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
899                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
900           continue;
901
902       ss->moveCount = ++moveCount;
903
904       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
905           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
906                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
907                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
908       if (PvNode)
909           (ss+1)->pv = nullptr;
910
911       extension = DEPTH_ZERO;
912       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
913       movedPiece = pos.moved_piece(move);
914       givesCheck = gives_check(pos, move);
915
916       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
917                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
918
919       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
920
921       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
922       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
923       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
924       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
925       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
926       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
927           &&  move == ttMove
928           && !rootNode
929           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
930           &&  ttValue != VALUE_NONE
931           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
932           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
933           &&  pos.legal(move))
934       {
935           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
936           ss->excludedMove = move;
937           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
938           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
939
940           if (value < rBeta)
941               extension = ONE_PLY;
942       }
943       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
944                &&  pos.see_ge(move))
945           extension = ONE_PLY;
946
947       // Calculate new depth for this move
948       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
949
950       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
951       if (  !rootNode
952           && pos.non_pawn_material(us)
953           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
954       {
955           if (   !captureOrPromotion
956               && !givesCheck
957               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
958           {
959               // Move count based pruning (~30 Elo)
960               if (moveCountPruning)
961               {
962                   skipQuiets = true;
963                   continue;
964               }
965
966               // Reduced depth of the next LMR search
967               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
968
969               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
970               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0)
971                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
972                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
973                   continue;
974
975               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
976               if (   lmrDepth < 7
977                   && !inCheck
978                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
979                   continue;
980
981               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
982               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
983                   continue;
984           }
985           else if (   !extension // (~20 Elo)
986                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
987                   continue;
988       }
989
990       // Speculative prefetch as early as possible
991       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
992
993       // Check for legality just before making the move
994       if (!rootNode && !pos.legal(move))
995       {
996           ss->moveCount = --moveCount;
997           continue;
998       }
999
1000       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1001       ss->currentMove = move;
1002       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1003
1004       // Step 15. Make the move
1005       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1006
1007       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1008       // re-searched at full depth.
1009       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1010           &&  moveCount > 1
1011           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1012       {
1013           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1014
1015           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1016           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1017               r -= ONE_PLY;
1018
1019           if (!captureOrPromotion)
1020           {
1021               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1022               if (pvExact)
1023                   r -= ONE_PLY;
1024
1025               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1026               if (ttCapture)
1027                   r += ONE_PLY;
1028
1029               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1030               if (cutNode)
1031                   r += 2 * ONE_PLY;
1032
1033               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1034               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1035               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1036               else if (    type_of(move) == NORMAL
1037                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1038                   r -= 2 * ONE_PLY;
1039
1040               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1041                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1042                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1043                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1044                              - 4000;
1045
1046               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1047               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1048                   r -= ONE_PLY;
1049
1050               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1051                   r += ONE_PLY;
1052
1053               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1054               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1055           }
1056
1057           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1058
1059           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1060
1061           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1062       }
1063       else
1064           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1065
1066       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1067       if (doFullDepthSearch)
1068           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1069
1070       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1071       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1072       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1073       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1074       {
1075           (ss+1)->pv = pv;
1076           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1077
1078           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1079       }
1080
1081       // Step 18. Undo move
1082       pos.undo_move(move);
1083
1084       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1085
1086       // Step 19. Check for a new best move
1087       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1088       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1089       // updating best move, PV and TT.
1090       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1091           return VALUE_ZERO;
1092
1093       if (rootNode)
1094       {
1095           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1096                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1097
1098           // PV move or new best move?
1099           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1100           {
1101               rm.score = value;
1102               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1103               rm.pv.resize(1);
1104
1105               assert((ss+1)->pv);
1106
1107               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1108                   rm.pv.push_back(*m);
1109
1110               // We record how often the best move has been changed in each
1111               // iteration. This information is used for time management: When
1112               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1113               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1114                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1115           }
1116           else
1117               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1118               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1119               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1120               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1121       }
1122
1123       if (value > bestValue)
1124       {
1125           bestValue = value;
1126
1127           if (value > alpha)
1128           {
1129               bestMove = move;
1130
1131               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1132                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1133
1134               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1135                   alpha = value;
1136               else
1137               {
1138                   assert(value >= beta); // Fail high
1139                   ss->statScore = 0;
1140                   break;
1141               }
1142           }
1143       }
1144
1145       if (move != bestMove)
1146       {
1147           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1148               capturesSearched[captureCount++] = move;
1149
1150           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1151               quietsSearched[quietCount++] = move;
1152       }
1153     }
1154
1155     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1156     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1157     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1158     /*
1159        if (Threads.stop)
1160         return VALUE_DRAW;
1161     */
1162
1163     // Step 20. Check for mate and stalemate
1164     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1165     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1166     // return a fail low score.
1167
1168     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1169
1170     if (!moveCount)
1171         bestValue = excludedMove ? alpha
1172                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1173     else if (bestMove)
1174     {
1175         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1176         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1177             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1178                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1179
1180         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1181
1182         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1183         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1184             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1185     }
1186     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1187     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1188              && !pos.captured_piece()
1189              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1190         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1191
1192     if (PvNode)
1193         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1194
1195     if (!excludedMove)
1196         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1197                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1198                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1199                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1200
1201     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1202
1203     return bestValue;
1204   }
1205
1206
1207   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1208   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1209   template <NodeType NT>
1210   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1211
1212     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1213
1214     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1215     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1216     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1217     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1218
1219     Move pv[MAX_PLY+1];
1220     StateInfo st;
1221     TTEntry* tte;
1222     Key posKey;
1223     Move ttMove, move, bestMove;
1224     Depth ttDepth;
1225     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1226     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1227     int moveCount;
1228
1229     if (PvNode)
1230     {
1231         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1232         (ss+1)->pv = pv;
1233         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1234     }
1235
1236     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1237     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1238     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1239     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1240     inCheck = pos.checkers();
1241     moveCount = 0;
1242
1243     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1244     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1245         || ss->ply >= MAX_PLY)
1246         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1247
1248     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1249
1250     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1251     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1252     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1253     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1254                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1255     // Transposition table lookup
1256     posKey = pos.key();
1257     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1258     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1259     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1260
1261     if (  !PvNode
1262         && ttHit
1263         && tte->depth() >= ttDepth
1264         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1265         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1266                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1267         return ttValue;
1268
1269     // Evaluate the position statically
1270     if (inCheck)
1271     {
1272         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1273         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1274     }
1275     else
1276     {
1277         if (ttHit)
1278         {
1279             // Never assume anything on values stored in TT
1280             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1281                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1282
1283             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1284             if (    ttValue != VALUE_NONE
1285                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1286                 bestValue = ttValue;
1287         }
1288         else
1289             ss->staticEval = bestValue =
1290             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1291                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1292
1293         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1294         if (bestValue >= beta)
1295         {
1296             if (!ttHit)
1297                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1298                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1299
1300             return bestValue;
1301         }
1302
1303         if (PvNode && bestValue > alpha)
1304             alpha = bestValue;
1305
1306         futilityBase = bestValue + 128;
1307     }
1308
1309     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1310
1311     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1312     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1313     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1314     // be generated.
1315     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1316                                       &thisThread->captureHistory,
1317                                       contHist,
1318                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1319
1320     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1321     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1322     {
1323       assert(is_ok(move));
1324
1325       givesCheck = gives_check(pos, move);
1326
1327       moveCount++;
1328
1329       // Futility pruning
1330       if (   !inCheck
1331           && !givesCheck
1332           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1333           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1334       {
1335           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1336
1337           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1338
1339           if (futilityValue <= alpha)
1340           {
1341               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1342               continue;
1343           }
1344
1345           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1346           {
1347               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1348               continue;
1349           }
1350       }
1351
1352       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1353       evasionPrunable =    inCheck
1354                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1355                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1356                        && !pos.capture(move);
1357
1358       // Don't search moves with negative SEE values
1359       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1360           && !pos.see_ge(move))
1361           continue;
1362
1363       // Speculative prefetch as early as possible
1364       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1365
1366       // Check for legality just before making the move
1367       if (!pos.legal(move))
1368       {
1369           moveCount--;
1370           continue;
1371       }
1372
1373       ss->currentMove = move;
1374       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1375
1376       // Make and search the move
1377       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1378       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1379       pos.undo_move(move);
1380
1381       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1382
1383       // Check for a new best move
1384       if (value > bestValue)
1385       {
1386           bestValue = value;
1387
1388           if (value > alpha)
1389           {
1390               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1391                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1392
1393               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1394               {
1395                   alpha = value;
1396                   bestMove = move;
1397               }
1398               else // Fail high
1399               {
1400                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1401                             ttDepth, move, ss->staticEval);
1402
1403                   return value;
1404               }
1405           }
1406        }
1407     }
1408
1409     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1410     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1411     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1412         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1413
1414     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1415               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1416               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1417
1418     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1419
1420     return bestValue;
1421   }
1422
1423
1424   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1425   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1426   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1427
1428   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1429
1430     assert(v != VALUE_NONE);
1431
1432     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1433           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1434   }
1435
1436
1437   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1438   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1439   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1440
1441   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1442
1443     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1444           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1445           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1446   }
1447
1448
1449   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1450
1451   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1452
1453     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1454         *pv++ = *childPv++;
1455     *pv = MOVE_NONE;
1456   }
1457
1458
1459   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1460   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1461
1462   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1463
1464     for (int i : {1, 2, 4})
1465         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1466             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1467   }
1468
1469
1470   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1471
1472   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1473                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1474
1475       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1476       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1477       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1478
1479       if (pos.capture_or_promotion(move))
1480           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1481
1482       // Decrease all the other played capture moves
1483       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1484       {
1485           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1486           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1487           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1488       }
1489   }
1490
1491
1492   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1493
1494   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1495                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1496
1497     if (ss->killers[0] != move)
1498     {
1499         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1500         ss->killers[0] = move;
1501     }
1502
1503     Color us = pos.side_to_move();
1504     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1505     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1506     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1507
1508     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1509     {
1510         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1511         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1512     }
1513
1514     // Decrease all the other played quiet moves
1515     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1516     {
1517         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1518         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1519     }
1520   }
1521
1522   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1523   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1524
1525   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1526
1527     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1528     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1529
1530     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1531     Value topScore = rootMoves[0].score;
1532     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1533     int weakness = 120 - 2 * level;
1534     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1535
1536     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1537     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1538     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1539     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1540     {
1541         // This is our magic formula
1542         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1543                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1544
1545         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1546         {
1547             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1548             best = rootMoves[i].pv[0];
1549         }
1550     }
1551
1552     return best;
1553   }
1554
1555 } // namespace
1556
1557 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1558 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1559
1560 void MainThread::check_time() {
1561
1562   if (--callsCnt > 0)
1563       return;
1564
1565   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1566   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1567
1568   static TimePoint lastInfoTime = now();
1569
1570   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1571   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1572
1573   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1574   {
1575       lastInfoTime = tick;
1576       dbg_print();
1577   }
1578
1579   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1580   if (Threads.ponder)
1581       return;
1582
1583   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1584       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1585       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1586       Threads.stop = true;
1587 }
1588
1589
1590 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1591 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1592
1593 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1594
1595   std::stringstream ss;
1596   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1597   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1598   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1599   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1600   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1601   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1602
1603   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1604   {
1605       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1606
1607       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1608           continue;
1609
1610       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1611       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1612
1613       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1614       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1615
1616       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1617           ss << "\n";
1618
1619       ss << "info"
1620          << " depth "    << d / ONE_PLY
1621          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1622          << " multipv "  << i + 1
1623          << " score "    << UCI::value(v);
1624
1625       if (!tb && i == pvIdx)
1626           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1627
1628       ss << " nodes "    << nodesSearched
1629          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1630
1631       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1632           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1633
1634       ss << " tbhits "   << tbHits
1635          << " time "     << elapsed
1636          << " pv";
1637
1638       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1639           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1640   }
1641
1642   return ss.str();
1643 }
1644
1645
1646 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1647 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1648 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1649 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1650
1651 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1652
1653     StateInfo st;
1654     bool ttHit;
1655
1656     assert(pv.size() == 1);
1657
1658     if (!pv[0])
1659         return false;
1660
1661     pos.do_move(pv[0], st);
1662     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1663
1664     if (ttHit)
1665     {
1666         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1667         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1668             pv.push_back(m);
1669     }
1670
1671     pos.undo_move(pv[0]);
1672     return pv.size() > 1;
1673 }
1674
1675 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1676
1677     RootInTB = false;
1678     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1679     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1680     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1681     bool dtz_available = true;
1682
1683     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1684     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1685     if (Cardinality > MaxCardinality)
1686     {
1687         Cardinality = MaxCardinality;
1688         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1689     }
1690
1691     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1692     {
1693         // Rank moves using DTZ tables
1694         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1695
1696         if (!RootInTB)
1697         {
1698             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1699             dtz_available = false;
1700             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1701         }
1702     }
1703
1704     if (RootInTB)
1705     {
1706         // Sort moves according to TB rank
1707         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1708                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1709
1710         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1711         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1712             Cardinality = 0;
1713     }
1714     else
1715     {
1716         // Assign the same rank to all moves
1717         for (auto& m : rootMoves)
1718             m.tbRank = 0;
1719     }
1720 }