]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
db2d933d0eaf0172b086a08c7b26512168c47ca4
[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) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
67   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
68   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
69
70   // Razoring and futility margin based on depth
71   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
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   // Threshold used for countermoves based pruning
79   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
80
81   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth depth) {
87     int d = depth / ONE_PLY ;
88     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
89   }
90
91   // Skill structure is used to implement strength limit
92   struct Skill {
93     Skill(int l) : level(l) {}
94     bool enabled() const { return level < 20; }
95     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
96     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
104   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
105   struct EasyMoveManager {
106
107     void clear() {
108       stableCnt = 0;
109       expectedPosKey = 0;
110       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
111     }
112
113     Move get(Key key) const {
114       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
115     }
116
117     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
118
119       assert(newPv.size() >= 3);
120
121       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
122       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
123
124       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
125       {
126           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
127
128           StateInfo st[2];
129           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
130           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
131           expectedPosKey = pos.key();
132           pos.undo_move(newPv[1]);
133           pos.undo_move(newPv[0]);
134       }
135     }
136
137     int stableCnt;
138     Key expectedPosKey;
139     Move pv[3];
140   };
141
142   EasyMoveManager EasyMove;
143   Value DrawValue[COLOR_NB];
144
145   template <NodeType NT>
146   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
147
148   template <NodeType NT, bool InCheck>
149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
150
151   Value value_to_tt(Value v, int ply);
152   Value value_from_tt(Value v, int ply);
153   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
154   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus);
155   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
156   void check_time();
157
158 } // namespace
159
160
161 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
162
163 void Search::init() {
164
165   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
166       for (int d = 1; d < 64; ++d)
167           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
168           {
169               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
170
171               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
172               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
173
174               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
175               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
176                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
177           }
178
179   for (int d = 0; d < 16; ++d)
180   {
181       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
182       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
183   }
184 }
185
186
187 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
188
189 void Search::clear() {
190
191   TT.clear();
192
193   for (Thread* th : Threads)
194   {
195       th->counterMoves.clear();
196       th->history.clear();
197       th->counterMoveHistory.clear();
198       th->resetCalls = true;
199       CounterMoveStats& cm = th->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
200       int* t = &cm[NO_PIECE][0];
201       std::fill(t, t + sizeof(cm), CounterMovePruneThreshold - 1);
202   }
203
204   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
205 }
206
207
208 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
209 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
210 template<bool Root>
211 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
212
213   StateInfo st;
214   uint64_t cnt, nodes = 0;
215   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
216
217   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
218   {
219       if (Root && depth <= ONE_PLY)
220           cnt = 1, nodes++;
221       else
222       {
223           pos.do_move(m, st);
224           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
225           nodes += cnt;
226           pos.undo_move(m);
227       }
228       if (Root)
229           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
230   }
231   return nodes;
232 }
233
234 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
235
236
237 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
238 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
239
240 void MainThread::search() {
241
242   Color us = rootPos.side_to_move();
243   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
244
245   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
246   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
247   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
248
249   if (rootMoves.empty())
250   {
251       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
252       sync_cout << "info depth 0 score "
253                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
254                 << sync_endl;
255   }
256   else
257   {
258       for (Thread* th : Threads)
259           if (th != this)
260               th->start_searching();
261
262       Thread::search(); // Let's start searching!
263   }
264
265   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
266   // the available ones before exiting.
267   if (Limits.npmsec)
268       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
269
270   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
271   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
272   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
273   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
274   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
275   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
276   {
277       Signals.stopOnPonderhit = true;
278       wait(Signals.stop);
279   }
280
281   // Stop the threads if not already stopped
282   Signals.stop = true;
283
284   // Wait until all threads have finished
285   for (Thread* th : Threads)
286       if (th != this)
287           th->wait_for_search_finished();
288
289   // Check if there are threads with a better score than main thread
290   Thread* bestThread = this;
291   if (   !this->easyMovePlayed
292       &&  Options["MultiPV"] == 1
293       && !Limits.depth
294       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
295       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
296   {
297       for (Thread* th : Threads)
298       {
299           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
300           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
301
302           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
303               bestThread = th;
304       }
305   }
306
307   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
308
309   // Send new PV when needed
310   if (bestThread != this)
311       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
312
313   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
314
315   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
316       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
317
318   std::cout << sync_endl;
319 }
320
321
322 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
323 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
324 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
325
326 void Thread::search() {
327
328   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
329   Value bestValue, alpha, beta, delta;
330   Move easyMove = MOVE_NONE;
331   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
332
333   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
334   for(int i = 4; i > 0; i--)
335      (ss-i)->counterMoves = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
336
337   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
338   beta = VALUE_INFINITE;
339   completedDepth = DEPTH_ZERO;
340
341   if (mainThread)
342   {
343       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
344       EasyMove.clear();
345       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
346       mainThread->bestMoveChanges = 0;
347       TT.new_search();
348   }
349
350   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
351   Skill skill(Options["Skill Level"]);
352
353   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
354   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
355   if (skill.enabled())
356       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
357
358   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
359
360   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
361   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
362          && !Signals.stop
363          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
364   {
365       // Distribute search depths across the threads
366       if (idx)
367       {
368           int i = (idx - 1) % 20;
369           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
370               continue;
371       }
372
373       // Age out PV variability metric
374       if (mainThread)
375           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
376
377       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
378       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
379       for (RootMove& rm : rootMoves)
380           rm.previousScore = rm.score;
381
382       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
383       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
384       {
385           // Reset aspiration window starting size
386           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
387           {
388               delta = Value(18);
389               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
390               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
391           }
392
393           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
394           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
395           // high/low anymore.
396           while (true)
397           {
398               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
399
400               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
401               // is done with a stable algorithm because all the values but the
402               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
403               // and we want to keep the same order for all the moves except the
404               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
405               // search the already searched PV lines are preserved.
406               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
407
408               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
409               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
410               // valid, although it refers to the previous iteration.
411               if (Signals.stop)
412                   break;
413
414               // When failing high/low give some update (without cluttering
415               // the UI) before a re-search.
416               if (   mainThread
417                   && multiPV == 1
418                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
419                   && Time.elapsed() > 3000)
420                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
421
422               // In case of failing low/high increase aspiration window and
423               // re-search, otherwise exit the loop.
424               if (bestValue <= alpha)
425               {
426                   beta = (alpha + beta) / 2;
427                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
428
429                   if (mainThread)
430                   {
431                       mainThread->failedLow = true;
432                       Signals.stopOnPonderhit = false;
433                   }
434               }
435               else if (bestValue >= beta)
436               {
437                   alpha = (alpha + beta) / 2;
438                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
439               }
440               else
441                   break;
442
443               delta += delta / 4 + 5;
444
445               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
446           }
447
448           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
449           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
450
451           if (!mainThread)
452               continue;
453
454           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
455               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
456       }
457
458       if (!Signals.stop)
459           completedDepth = rootDepth;
460
461       if (!mainThread)
462           continue;
463
464       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
465       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
466           skill.pick_best(multiPV);
467
468       // Have we found a "mate in x"?
469       if (   Limits.mate
470           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
471           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
472           Signals.stop = true;
473
474       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
475       if (Limits.use_time_management())
476       {
477           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
478           {
479               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
480               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
481               // from the previous search and just did a fast verification.
482               const int F[] = { mainThread->failedLow,
483                                 bestValue - mainThread->previousScore };
484
485               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
486               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
487
488               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
489                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
490                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
491
492               if (   rootMoves.size() == 1
493                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
494                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
495               {
496                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
497                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
498                   if (Limits.ponder)
499                       Signals.stopOnPonderhit = true;
500                   else
501                       Signals.stop = true;
502               }
503           }
504
505           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
506               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
507           else
508               EasyMove.clear();
509       }
510   }
511
512   if (!mainThread)
513       return;
514
515   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
516   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
517   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
518       EasyMove.clear();
519
520   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
521   if (skill.enabled())
522       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
523                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
524 }
525
526
527 namespace {
528
529   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
530
531   template <NodeType NT>
532   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
533
534     const bool PvNode = NT == PV;
535     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
536
537     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
538     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
539     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
540     assert(!(PvNode && cutNode));
541     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
542
543     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
544     StateInfo st;
545     TTEntry* tte;
546     Key posKey;
547     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
548     Depth extension, newDepth;
549     Value bestValue, value, ttValue, eval;
550     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
551     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets;
552     Piece moved_piece;
553     int moveCount, quietCount;
554
555     // Step 1. Initialize node
556     Thread* thisThread = pos.this_thread();
557     inCheck = pos.checkers();
558     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
559     ss->history = 0;
560     bestValue = -VALUE_INFINITE;
561     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
562
563     // Check for the available remaining time
564     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
565     {
566         thisThread->resetCalls = false;
567
568         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
569         // otherwise use a default value.
570         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024))
571                                             : 4096;
572     }
573
574     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
575     {
576         for (Thread* th : Threads)
577             th->resetCalls = true;
578
579         check_time();
580     }
581
582     // Used to send selDepth info to GUI
583     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
584         thisThread->maxPly = ss->ply;
585
586     if (!rootNode)
587     {
588         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
589         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
590             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
591                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
592
593         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
594         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
595         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
596         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
597         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
598         // mate. In this case return a fail-high score.
599         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
600         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
601         if (alpha >= beta)
602             return alpha;
603     }
604
605     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
606
607     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
608     ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
609     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
610     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
611
612     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
613     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
614     // position key in case of an excluded move.
615     excludedMove = ss->excludedMove;
616     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
617     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
618     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
619     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
620             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
621
622     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
623     if (  !PvNode
624         && ttHit
625         && tte->depth() >= depth
626         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
627         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
628                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
629     {
630         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
631         if (ttMove)
632         {
633             if (ttValue >= beta)
634             {
635                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
636                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
637
638                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
639                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
640                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
641             }
642             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
643             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
644             {
645                 int penalty = -stat_bonus(depth);
646                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
647                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
648             }
649         }
650         return ttValue;
651     }
652
653     // Step 4a. Tablebase probe
654     if (!rootNode && TB::Cardinality)
655     {
656         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
657
658         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
659             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
660             &&  pos.rule50_count() == 0
661             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
662         {
663             TB::ProbeState err;
664             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
665
666             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
667             {
668                 thisThread->tbHits++;
669
670                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
671
672                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
673                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
674                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
675
676                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
677                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
678                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
679
680                 return value;
681             }
682         }
683     }
684
685     // Step 5. Evaluate the position statically
686     if (inCheck)
687     {
688         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
689         goto moves_loop;
690     }
691
692     else if (ttHit)
693     {
694         // Never assume anything on values stored in TT
695         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
696             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
697
698         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
699         if (ttValue != VALUE_NONE)
700             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
701                 eval = ttValue;
702     }
703     else
704     {
705         eval = ss->staticEval =
706         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
707                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
708
709         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
710                   ss->staticEval, TT.generation());
711     }
712
713     if (skipEarlyPruning)
714         goto moves_loop;
715
716     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
717     if (   !PvNode
718         &&  depth < 4 * ONE_PLY
719         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
720     {
721         if (depth <= ONE_PLY)
722             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
723
724         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
725         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
726         if (v <= ralpha)
727             return v;
728     }
729
730     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
731     if (   !rootNode
732         &&  depth < 7 * ONE_PLY
733         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
734         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
735         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
736         return eval;
737
738     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
739     if (   !PvNode
740         &&  eval >= beta
741         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
742         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
743     {
744
745         assert(eval - beta >= 0);
746
747         // Null move dynamic reduction based on depth and value
748         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
749
750         ss->currentMove = MOVE_NULL;
751         ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
752
753         pos.do_null_move(st);
754         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
755                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
756         pos.undo_null_move();
757
758         if (nullValue >= beta)
759         {
760             // Do not return unproven mate scores
761             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
762                 nullValue = beta;
763
764             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
765                 return nullValue;
766
767             // Do verification search at high depths
768             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
769                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
770
771             if (v >= beta)
772                 return nullValue;
773         }
774     }
775
776     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
777     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
778     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
779     if (   !PvNode
780         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
781         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
782     {
783         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
784         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
785
786         assert(rdepth >= ONE_PLY);
787         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
788
789         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
790
791         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
792             if (pos.legal(move))
793             {
794                 ss->currentMove = move;
795                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
796
797                 pos.do_move(move, st);
798                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
799                 pos.undo_move(move);
800                 if (value >= rbeta)
801                     return value;
802             }
803     }
804
805     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
806     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
807         && !ttMove
808         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
809     {
810         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
811         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
812
813         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
814         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
815     }
816
817 moves_loop: // When in check search starts from here
818
819     const CounterMoveStats& cmh = *(ss-1)->counterMoves;
820     const CounterMoveStats& fmh = *(ss-2)->counterMoves;
821     const CounterMoveStats& fm2 = *(ss-4)->counterMoves;
822
823     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
824     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
825     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
826             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
827                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
828
829     singularExtensionNode =   !rootNode
830                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
831                            &&  ttMove != MOVE_NONE
832                            &&  ttValue != VALUE_NONE
833                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
834                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
835                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
836     skipQuiets = false;
837
838     // Step 11. Loop through moves
839     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
840     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
841     {
842       assert(is_ok(move));
843
844       if (move == excludedMove)
845           continue;
846
847       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
848       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
849       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
850       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
851                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
852           continue;
853
854       ss->moveCount = ++moveCount;
855
856       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
857           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
858                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
859                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
860
861       if (PvNode)
862           (ss+1)->pv = nullptr;
863
864       extension = DEPTH_ZERO;
865       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
866       moved_piece = pos.moved_piece(move);
867
868       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
869                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
870                   : pos.gives_check(move);
871
872       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
873                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
874
875       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
876
877       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
878       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
879       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
880       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
881       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
882       if (    singularExtensionNode
883           &&  move == ttMove
884           &&  pos.legal(move))
885       {
886           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
887           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
888           ss->excludedMove = move;
889           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
890           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
891
892           if (value < rBeta)
893               extension = ONE_PLY;
894       }
895       else if (    givesCheck
896                && !moveCountPruning
897                &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
898           extension = ONE_PLY;
899
900       // Calculate new depth for this move
901       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
902
903       // Step 13. Pruning at shallow depth
904       if (  !rootNode
905           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
906           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
907       {
908           if (   !captureOrPromotion
909               && !givesCheck
910               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
911           {
912               // Move count based pruning
913               if (moveCountPruning)
914               {
915                   skipQuiets = true;
916                   continue;
917               }
918
919               // Reduced depth of the next LMR search
920               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
921
922               // Countermoves based pruning
923               if (   lmrDepth < 3
924                   && (cmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
925                   && (fmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold))
926                   continue;
927
928               // Futility pruning: parent node
929               if (   lmrDepth < 7
930                   && !inCheck
931                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
932                   continue;
933
934               // Prune moves with negative SEE
935               if (   lmrDepth < 8
936                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
937                   continue;
938           }
939           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
940                    && !extension
941                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
942                   continue;
943       }
944
945       // Speculative prefetch as early as possible
946       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
947
948       // Check for legality just before making the move
949       if (!rootNode && !pos.legal(move))
950       {
951           ss->moveCount = --moveCount;
952           continue;
953       }
954
955       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
956       ss->currentMove = move;
957       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
958
959       // Step 14. Make the move
960       pos.do_move(move, st, givesCheck);
961
962       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
963       // re-searched at full depth.
964       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
965           &&  moveCount > 1
966           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
967       {
968           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
969
970           if (captureOrPromotion)
971               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
972           else
973           {
974               // Increase reduction for cut nodes
975               if (cutNode)
976                   r += 2 * ONE_PLY;
977
978               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
979               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
980               // hence break make_move().
981               else if (   type_of(move) == NORMAL
982                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
983                   r -= 2 * ONE_PLY;
984
985               ss->history =  cmh[moved_piece][to_sq(move)]
986                            + fmh[moved_piece][to_sq(move)]
987                            + fm2[moved_piece][to_sq(move)]
988                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
989                            - 4000; // Correction factor
990
991               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
992               if (ss->history > 0 && (ss-1)->history < 0)
993                   r -= ONE_PLY;
994
995               else if (ss->history < 0 && (ss-1)->history > 0)
996                   r += ONE_PLY;
997
998               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
999               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1000           }
1001
1002           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1003
1004           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1005
1006           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1007       }
1008       else
1009           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1010
1011       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1012       if (doFullDepthSearch)
1013           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1014                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1015                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1016                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1017
1018       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1019       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1020       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1021       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1022       {
1023           (ss+1)->pv = pv;
1024           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1025
1026           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1027                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1028                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1029                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1030       }
1031
1032       // Step 17. Undo move
1033       pos.undo_move(move);
1034
1035       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1036
1037       // Step 18. Check for a new best move
1038       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1039       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1040       // updating best move, PV and TT.
1041       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1042           return VALUE_ZERO;
1043
1044       if (rootNode)
1045       {
1046           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1047                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1048
1049           // PV move or new best move ?
1050           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1051           {
1052               rm.score = value;
1053               rm.pv.resize(1);
1054
1055               assert((ss+1)->pv);
1056
1057               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1058                   rm.pv.push_back(*m);
1059
1060               // We record how often the best move has been changed in each
1061               // iteration. This information is used for time management: When
1062               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1063               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1064                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1065           }
1066           else
1067               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1068               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1069               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1070               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1071       }
1072
1073       if (value > bestValue)
1074       {
1075           bestValue = value;
1076
1077           if (value > alpha)
1078           {
1079               bestMove = move;
1080
1081               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1082                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1083
1084               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1085                   alpha = value;
1086               else
1087               {
1088                   assert(value >= beta); // Fail high
1089                   break;
1090               }
1091           }
1092       }
1093
1094       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1095           quietsSearched[quietCount++] = move;
1096     }
1097
1098     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1099     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1100     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1101     /*
1102        if (Signals.stop)
1103         return VALUE_DRAW;
1104     */
1105
1106     // Step 20. Check for mate and stalemate
1107     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1108     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1109     // return a fail low score.
1110
1111     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1112
1113     if (!moveCount)
1114         bestValue = excludedMove ? alpha
1115                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1116     else if (bestMove)
1117     {
1118
1119         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1120         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1121             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1122
1123         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1124         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1125             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1126     }
1127     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1128     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1129              && !pos.captured_piece()
1130              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1131         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1132
1133     if (!excludedMove)
1134         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1135                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1136                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1137                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1138
1139     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1140
1141     return bestValue;
1142   }
1143
1144
1145   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1146   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1147
1148   template <NodeType NT, bool InCheck>
1149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1150
1151     const bool PvNode = NT == PV;
1152
1153     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1154     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1155     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1156     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1157     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1158
1159     Move pv[MAX_PLY+1];
1160     StateInfo st;
1161     TTEntry* tte;
1162     Key posKey;
1163     Move ttMove, move, bestMove;
1164     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1165     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1166     Depth ttDepth;
1167
1168     if (PvNode)
1169     {
1170         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1171         (ss+1)->pv = pv;
1172         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1173     }
1174
1175     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1176     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1177
1178     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1179     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1180         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1181                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1182
1183     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1184
1185     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1186     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1187     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1188     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1189                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1190
1191     // Transposition table lookup
1192     posKey = pos.key();
1193     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1194     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1195     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1196
1197     if (  !PvNode
1198         && ttHit
1199         && tte->depth() >= ttDepth
1200         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1201         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1202                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1203         return ttValue;
1204
1205     // Evaluate the position statically
1206     if (InCheck)
1207     {
1208         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1209         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1210     }
1211     else
1212     {
1213         if (ttHit)
1214         {
1215             // Never assume anything on values stored in TT
1216             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1217                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1218
1219             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1220             if (ttValue != VALUE_NONE)
1221                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1222                     bestValue = ttValue;
1223         }
1224         else
1225             ss->staticEval = bestValue =
1226             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1227                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1228
1229         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1230         if (bestValue >= beta)
1231         {
1232             if (!ttHit)
1233                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1234                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1235
1236             return bestValue;
1237         }
1238
1239         if (PvNode && bestValue > alpha)
1240             alpha = bestValue;
1241
1242         futilityBase = bestValue + 128;
1243     }
1244
1245     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1246     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1247     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1248     // be generated.
1249     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1250
1251     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1252     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1253     {
1254       assert(is_ok(move));
1255
1256       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1257                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1258                   : pos.gives_check(move);
1259
1260       // Futility pruning
1261       if (   !InCheck
1262           && !givesCheck
1263           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1264           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1265       {
1266           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1267
1268           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1269
1270           if (futilityValue <= alpha)
1271           {
1272               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1273               continue;
1274           }
1275
1276           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1277           {
1278               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1279               continue;
1280           }
1281       }
1282
1283       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1284       evasionPrunable =    InCheck
1285                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1286                        && !pos.capture(move);
1287
1288       // Don't search moves with negative SEE values
1289       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1290           &&  type_of(move) != PROMOTION
1291           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1292           continue;
1293
1294       // Speculative prefetch as early as possible
1295       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1296
1297       // Check for legality just before making the move
1298       if (!pos.legal(move))
1299           continue;
1300
1301       ss->currentMove = move;
1302
1303       // Make and search the move
1304       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1305       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1306                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1307       pos.undo_move(move);
1308
1309       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1310
1311       // Check for a new best move
1312       if (value > bestValue)
1313       {
1314           bestValue = value;
1315
1316           if (value > alpha)
1317           {
1318               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1319                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1320
1321               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1322               {
1323                   alpha = value;
1324                   bestMove = move;
1325               }
1326               else // Fail high
1327               {
1328                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1329                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1330
1331                   return value;
1332               }
1333           }
1334        }
1335     }
1336
1337     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1338     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1339     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1340         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1341
1342     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1343               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1344               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1345
1346     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1347
1348     return bestValue;
1349   }
1350
1351
1352   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1353   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1354   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1355
1356   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1357
1358     assert(v != VALUE_NONE);
1359
1360     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1361           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1362   }
1363
1364
1365   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1366   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1367   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1368
1369   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1370
1371     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1372           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1373           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1374   }
1375
1376
1377   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1378
1379   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1380
1381     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1382         *pv++ = *childPv++;
1383     *pv = MOVE_NONE;
1384   }
1385
1386
1387   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1388
1389   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus) {
1390
1391     for (int i : {1, 2, 4})
1392         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1393             (ss-i)->counterMoves->update(pc, s, bonus);
1394   }
1395
1396
1397   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1398
1399   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1400                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1401
1402     if (ss->killers[0] != move)
1403     {
1404         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1405         ss->killers[0] = move;
1406     }
1407
1408     Color c = pos.side_to_move();
1409     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1410     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1411     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1412
1413     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1414     {
1415         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1416         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1417     }
1418
1419     // Decrease all the other played quiet moves
1420     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1421     {
1422         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1423         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1424     }
1425   }
1426
1427
1428   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1429   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1430
1431   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1432
1433     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1434     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1435
1436     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1437     Value topScore = rootMoves[0].score;
1438     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1439     int weakness = 120 - 2 * level;
1440     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1441
1442     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1443     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1444     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1445     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1446     {
1447         // This is our magic formula
1448         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1449                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1450
1451         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1452         {
1453             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1454             best = rootMoves[i].pv[0];
1455         }
1456     }
1457
1458     return best;
1459   }
1460
1461
1462   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1463   // when we are out of available time and thus stop the search.
1464
1465   void check_time() {
1466
1467     static TimePoint lastInfoTime = now();
1468
1469     int elapsed = Time.elapsed();
1470     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1471
1472     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1473     {
1474         lastInfoTime = tick;
1475         dbg_print();
1476     }
1477
1478     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1479     if (Limits.ponder)
1480         return;
1481
1482     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1483         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1484         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1485             Signals.stop = true;
1486   }
1487
1488 } // namespace
1489
1490
1491 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1492 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1493
1494 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1495
1496   std::stringstream ss;
1497   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1498   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1499   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1500   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1501   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1502   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1503
1504   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1505   {
1506       bool updated = (i <= PVIdx);
1507
1508       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1509           continue;
1510
1511       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1512       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1513
1514       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1515       v = tb ? TB::Score : v;
1516
1517       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1518           ss << "\n";
1519
1520       ss << "info"
1521          << " depth "    << d / ONE_PLY
1522          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1523          << " multipv "  << i + 1
1524          << " score "    << UCI::value(v);
1525
1526       if (!tb && i == PVIdx)
1527           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1528
1529       ss << " nodes "    << nodesSearched
1530          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1531
1532       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1533           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1534
1535       ss << " tbhits "   << tbHits
1536          << " time "     << elapsed
1537          << " pv";
1538
1539       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1540           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1541   }
1542
1543   return ss.str();
1544 }
1545
1546
1547 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1548 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1549 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1550 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1551
1552 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1553
1554     StateInfo st;
1555     bool ttHit;
1556
1557     assert(pv.size() == 1);
1558
1559     if (!pv[0])
1560         return false;
1561
1562     pos.do_move(pv[0], st);
1563     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1564
1565     if (ttHit)
1566     {
1567         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1568         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1569             pv.push_back(m);
1570     }
1571
1572     pos.undo_move(pv[0]);
1573     return pv.size() > 1;
1574 }
1575
1576 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1577
1578     RootInTB = false;
1579     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1580     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1581     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1582
1583     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1584     if (Cardinality > MaxCardinality)
1585     {
1586         Cardinality = MaxCardinality;
1587         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1588     }
1589
1590     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1591         return;
1592
1593     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1594     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1595     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1596
1597     if (RootInTB)
1598         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1599
1600     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1601     {
1602         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1603         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1604
1605         // Only probe during search if winning
1606         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1607             Cardinality = 0;
1608     }
1609
1610     if (RootInTB && !UseRule50)
1611         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1612                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1613                                             :  VALUE_DRAW;
1614 }