db94ed5dc7b9a0efaad54d83d8f17efe6f87202b
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "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   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
117           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160
161   template <NodeType NT>
162   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
163
164   template <NodeType NT, bool InCheck>
165   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
166
167   Value value_to_tt(Value v, int ply);
168   Value value_from_tt(Value v, int ply);
169   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
170   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186
187               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
188               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
189
190               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
191               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
192                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
193           }
194
195   for (int d = 0; d < 16; ++d)
196   {
197       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
198       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
199   }
200 }
201
202
203 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
204
205 void Search::clear() {
206
207   TT.clear();
208
209   for (Thread* th : Threads)
210   {
211       th->history.clear();
212       th->counterMoves.clear();
213       th->fromTo.clear();
214       th->counterMoveHistory.clear();
215       th->resetCalls = true;
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
230
231   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
232   {
233       if (Root && depth <= ONE_PLY)
234           cnt = 1, nodes++;
235       else
236       {
237           pos.do_move(m, st);
238           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
239           nodes += cnt;
240           pos.undo_move(m);
241       }
242       if (Root)
243           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
244   }
245   return nodes;
246 }
247
248 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
249
250
251 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
252 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
253
254 void MainThread::search() {
255
256   Color us = rootPos.side_to_move();
257   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
258
259   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
260   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
261   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
262
263   if (rootMoves.empty())
264   {
265       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
266       sync_cout << "info depth 0 score "
267                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
268                 << sync_endl;
269   }
270   else
271   {
272       for (Thread* th : Threads)
273           if (th != this)
274               th->start_searching();
275
276       Thread::search(); // Let's start searching!
277   }
278
279   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
280   // the available ones before exiting.
281   if (Limits.npmsec)
282       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
283
284   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
285   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
286   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
287   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
288   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
289   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
290   {
291       Signals.stopOnPonderhit = true;
292       wait(Signals.stop);
293   }
294
295   // Stop the threads if not already stopped
296   Signals.stop = true;
297
298   // Wait until all threads have finished
299   for (Thread* th : Threads)
300       if (th != this)
301           th->wait_for_search_finished();
302
303   // Check if there are threads with a better score than main thread
304   Thread* bestThread = this;
305   if (   !this->easyMovePlayed
306       &&  Options["MultiPV"] == 1
307       && !Limits.depth
308       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
309       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
310   {
311       for (Thread* th : Threads)
312           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
313               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
314               bestThread = th;
315   }
316
317   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
318
319   // Send new PV when needed
320   if (bestThread != this)
321       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
322
323   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
324
325   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
326       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
327
328   std::cout << sync_endl;
329 }
330
331
332 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
333 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
334 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
335
336 void Thread::search() {
337
338   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
339   Value bestValue, alpha, beta, delta;
340   Move easyMove = MOVE_NONE;
341   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
342
343   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
344
345   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
346   beta = VALUE_INFINITE;
347   completedDepth = DEPTH_ZERO;
348
349   if (mainThread)
350   {
351       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
352       EasyMove.clear();
353       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
354       mainThread->bestMoveChanges = 0;
355       TT.new_search();
356   }
357
358   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
359   Skill skill(Options["Skill Level"]);
360
361   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
362   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
363   if (skill.enabled())
364       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
365
366   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
367
368   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
369   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
370          && !Signals.stop
371          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
372   {
373       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
374       // 2nd ply (using a half-density matrix).
375       if (!mainThread)
376       {
377           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
378           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
379              continue;
380       }
381
382       // Age out PV variability metric
383       if (mainThread)
384           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
385
386       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
387       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
388       for (RootMove& rm : rootMoves)
389           rm.previousScore = rm.score;
390
391       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
392       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
393       {
394           // Reset aspiration window starting size
395           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
396           {
397               delta = Value(18);
398               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
399               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
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're not failing
404           // high/low anymore.
405           while (true)
406           {
407               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
408
409               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
410               // is done with a stable algorithm because all the values but the
411               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
412               // and we want to keep the same order for all the moves except the
413               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
414               // search the already searched PV lines are preserved.
415               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
416
417               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
418               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
419               // valid, although it refers to the previous iteration.
420               if (Signals.stop)
421                   break;
422
423               // When failing high/low give some update (without cluttering
424               // the UI) before a re-search.
425               if (   mainThread
426                   && multiPV == 1
427                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
428                   && Time.elapsed() > 3000)
429                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
430
431               // In case of failing low/high increase aspiration window and
432               // re-search, otherwise exit the loop.
433               if (bestValue <= alpha)
434               {
435                   beta = (alpha + beta) / 2;
436                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
437
438                   if (mainThread)
439                   {
440                       mainThread->failedLow = true;
441                       Signals.stopOnPonderhit = false;
442                   }
443               }
444               else if (bestValue >= beta)
445               {
446                   alpha = (alpha + beta) / 2;
447                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
448               }
449               else
450                   break;
451
452               delta += delta / 4 + 5;
453
454               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
455           }
456
457           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
458           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
459
460           if (!mainThread)
461               continue;
462
463           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
464               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
465       }
466
467       if (!Signals.stop)
468           completedDepth = rootDepth;
469
470       if (!mainThread)
471           continue;
472
473       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
474       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
475           skill.pick_best(multiPV);
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           Signals.stop = true;
482
483       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
484       if (Limits.use_time_management())
485       {
486           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
487           {
488               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
489               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
490               // from the previous search and just did a fast verification.
491               const int F[] = { mainThread->failedLow,
492                                 bestValue - mainThread->previousScore };
493
494               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
495               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
496
497               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
498                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
499                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
500
501               if (   rootMoves.size() == 1
502                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
503                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
504               {
505                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
506                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
507                   if (Limits.ponder)
508                       Signals.stopOnPonderhit = true;
509                   else
510                       Signals.stop = true;
511               }
512           }
513
514           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
515               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
516           else
517               EasyMove.clear();
518       }
519   }
520
521   if (!mainThread)
522       return;
523
524   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
525   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
526   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
527       EasyMove.clear();
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(),
532                 rootMoves.end(), skill.best_move(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     const bool PvNode = NT == PV;
544     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
545
546     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
547     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
548     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
549     assert(!(PvNode && cutNode));
550     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
551
552     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
553     StateInfo st;
554     TTEntry* tte;
555     Key posKey;
556     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
557     Depth extension, newDepth;
558     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
559     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
560     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
561     Piece moved_piece;
562     int moveCount, quietCount;
563
564     // Step 1. Initialize node
565     Thread* thisThread = pos.this_thread();
566     inCheck = pos.checkers();
567     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
568     ss->history = VALUE_ZERO;
569     bestValue = -VALUE_INFINITE;
570     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
571
572     // Check for the available remaining time
573     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
574     {
575         thisThread->resetCalls = false;
576         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
577         // otherwise use a default value.
578         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
579                                             : 4096;
580     }
581
582     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
583     {
584         for (Thread* th : Threads)
585             th->resetCalls = true;
586
587         check_time();
588     }
589
590     // Used to send selDepth info to GUI
591     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
592         thisThread->maxPly = ss->ply;
593
594     if (!rootNode)
595     {
596         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
597         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
598             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
599                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
600
601         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
602         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
603         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
604         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
605         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
606         // mate. In this case return a fail-high score.
607         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
608         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
609         if (alpha >= beta)
610             return alpha;
611     }
612
613     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
614
615     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
616     ss->counterMoves = nullptr;
617     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
618     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
619
620     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
621     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
622     // position key in case of an excluded move.
623     excludedMove = ss->excludedMove;
624     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
625     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
626     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
627     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
628             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
629
630     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
631     if (  !PvNode
632         && ttHit
633         && tte->depth() >= depth
634         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
635         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
636                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
637     {
638         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
639         if (ttValue >= beta && ttMove)
640         {
641             int d = depth / ONE_PLY;
642
643             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
644             {
645                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
646                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
647             }
648
649             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
650             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
651             {
652                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
653                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
654                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
655             }
656         }
657         return ttValue;
658     }
659
660     // Step 4a. Tablebase probe
661     if (!rootNode && TB::Cardinality)
662     {
663         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
664
665         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
666             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
667             &&  pos.rule50_count() == 0
668             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
669         {
670             TB::ProbeState err;
671             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
672
673             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
674             {
675                 thisThread->tbHits++;
676
677                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
678
679                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
680                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
681                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
682
683                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
684                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
685                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
686
687                 return value;
688             }
689         }
690     }
691
692     // Step 5. Evaluate the position statically
693     if (inCheck)
694     {
695         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
696         goto moves_loop;
697     }
698
699     else if (ttHit)
700     {
701         // Never assume anything on values stored in TT
702         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
703             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
704
705         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
706         if (ttValue != VALUE_NONE)
707             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
708                 eval = ttValue;
709     }
710     else
711     {
712         eval = ss->staticEval =
713         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
714                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
715
716         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
717                   ss->staticEval, TT.generation());
718     }
719
720     if (ss->skipEarlyPruning)
721         goto moves_loop;
722
723     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
724     if (   !PvNode
725         &&  depth < 4 * ONE_PLY
726         &&  ttMove == MOVE_NONE
727         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
728     {
729         if (depth <= ONE_PLY)
730             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
731
732         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
733         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
734         if (v <= ralpha)
735             return v;
736     }
737
738     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
739     if (   !rootNode
740         &&  depth < 7 * ONE_PLY
741         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
742         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
743         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
744         return eval;
745
746     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
747     if (   !PvNode
748         &&  eval >= beta
749         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
750         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
751     {
752         ss->currentMove = MOVE_NULL;
753         ss->counterMoves = nullptr;
754
755         assert(eval - beta >= 0);
756
757         // Null move dynamic reduction based on depth and value
758         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
759
760         pos.do_null_move(st);
761         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
762         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
763                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
764         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
765         pos.undo_null_move();
766
767         if (nullValue >= beta)
768         {
769             // Do not return unproven mate scores
770             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
771                 nullValue = beta;
772
773             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
774                 return nullValue;
775
776             // Do verification search at high depths
777             ss->skipEarlyPruning = true;
778             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
779                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
780             ss->skipEarlyPruning = false;
781
782             if (v >= beta)
783                 return nullValue;
784         }
785     }
786
787     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
788     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
789     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
790     if (   !PvNode
791         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
792         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
793     {
794         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
795         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
796
797         assert(rdepth >= ONE_PLY);
798         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
799         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
800
801         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
802
803         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
804             if (pos.legal(move))
805             {
806                 ss->currentMove = move;
807                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
808                 pos.do_move(move, st);
809                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
810                 pos.undo_move(move);
811                 if (value >= rbeta)
812                     return value;
813             }
814     }
815
816     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
817     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
818         && !ttMove
819         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
820     {
821         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
822         ss->skipEarlyPruning = true;
823         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
824         ss->skipEarlyPruning = false;
825
826         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
827         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
828     }
829
830 moves_loop: // When in check search starts from here
831
832     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
833     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
834     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
835
836     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
837     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
838     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
839             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
840                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
841
842     singularExtensionNode =   !rootNode
843                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
844                            &&  ttMove != MOVE_NONE
845                            &&  ttValue != VALUE_NONE
846                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
847                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
848                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
849
850     // Step 11. Loop through moves
851     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
852     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
853     {
854       assert(is_ok(move));
855
856       if (move == excludedMove)
857           continue;
858
859       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
860       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
861       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
862       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
863                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
864           continue;
865
866       ss->moveCount = ++moveCount;
867
868       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
869           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
870                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
871                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
872
873       if (PvNode)
874           (ss+1)->pv = nullptr;
875
876       extension = DEPTH_ZERO;
877       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
878       moved_piece = pos.moved_piece(move);
879
880       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
881                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
882                   : pos.gives_check(move);
883
884       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
885                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
886
887       // Step 12. Extend checks
888       if (    givesCheck
889           && !moveCountPruning
890           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
891           extension = ONE_PLY;
892
893       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
894       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
895       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
896       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
897       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
898       if (    singularExtensionNode
899           &&  move == ttMove
900           && !extension
901           &&  pos.legal(move))
902       {
903           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
904           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
905           ss->excludedMove = move;
906           ss->skipEarlyPruning = true;
907           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode);
908           ss->skipEarlyPruning = false;
909           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
910
911           if (value < rBeta)
912               extension = ONE_PLY;
913       }
914
915       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
916       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
917
918       // Step 13. Pruning at shallow depth
919       if (  !rootNode
920           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
921       {
922           if (   !captureOrPromotion
923               && !givesCheck
924               && !pos.advanced_pawn_push(move))
925           {
926               // Move count based pruning
927               if (moveCountPruning)
928                   continue;
929
930               // Reduced depth of the next LMR search
931               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
932
933               // Countermoves based pruning
934               if (   lmrDepth < 3
935                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
936                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
937                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
938                   continue;
939
940               // Futility pruning: parent node
941               if (   lmrDepth < 7
942                   && !inCheck
943                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
944                   continue;
945
946               // Prune moves with negative SEE
947               if (   lmrDepth < 8
948                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
949                   continue;
950           }
951           else if (depth < 7 * ONE_PLY && !extension)
952           {
953               Value v = -Value(399 + 35 * depth / ONE_PLY * depth / ONE_PLY);
954
955               if (PvNode)
956                   v += beta - alpha - 1;
957
958               if (!pos.see_ge(move, v))
959                   continue;
960           }
961       }
962
963       // Speculative prefetch as early as possible
964       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
965
966       // Check for legality just before making the move
967       if (!rootNode && !pos.legal(move))
968       {
969           ss->moveCount = --moveCount;
970           continue;
971       }
972
973       ss->currentMove = move;
974       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
975
976       // Step 14. Make the move
977       pos.do_move(move, st, givesCheck);
978
979       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
980       // re-searched at full depth.
981       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
982           &&  moveCount > 1
983           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
984       {
985           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
986
987           if (captureOrPromotion)
988               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
989           else
990           {
991               // Increase reduction for cut nodes
992               if (cutNode)
993                   r += 2 * ONE_PLY;
994
995               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
996               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
997               // hence break make_move().
998               else if (   type_of(move) == NORMAL
999                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
1000                   r -= 2 * ONE_PLY;
1001
1002               ss->history = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
1003                            +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1004                            +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1005                            +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1006                            +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move)
1007                            -    8000; // Correction factor
1008
1009               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
1010               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
1011                   r -= ONE_PLY;
1012
1013               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
1014                   r += ONE_PLY;
1015
1016               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1017               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1018           }
1019
1020           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1021
1022           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1023
1024           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1025       }
1026       else
1027           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1028
1029       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1030       if (doFullDepthSearch)
1031           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1032                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1033                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1034                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1035
1036       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1037       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1038       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1039       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1040       {
1041           (ss+1)->pv = pv;
1042           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1043
1044           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1045                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1046                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1047                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1048       }
1049
1050       // Step 17. Undo move
1051       pos.undo_move(move);
1052
1053       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1054
1055       // Step 18. Check for a new best move
1056       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1057       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1058       // updating best move, PV and TT.
1059       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1060           return VALUE_ZERO;
1061
1062       if (rootNode)
1063       {
1064           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1065                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1066
1067           // PV move or new best move ?
1068           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1069           {
1070               rm.score = value;
1071               rm.pv.resize(1);
1072
1073               assert((ss+1)->pv);
1074
1075               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1076                   rm.pv.push_back(*m);
1077
1078               // We record how often the best move has been changed in each
1079               // iteration. This information is used for time management: When
1080               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1081               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1082                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1083           }
1084           else
1085               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1086               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1087               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1088               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1089       }
1090
1091       if (value > bestValue)
1092       {
1093           bestValue = value;
1094
1095           if (value > alpha)
1096           {
1097               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1098               if (    PvNode
1099                   &&  thisThread == Threads.main()
1100                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1101                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1102                   EasyMove.clear();
1103
1104               bestMove = move;
1105
1106               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1107                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1108
1109               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1110                   alpha = value;
1111               else
1112               {
1113                   assert(value >= beta); // Fail high
1114                   break;
1115               }
1116           }
1117       }
1118
1119       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1120           quietsSearched[quietCount++] = move;
1121     }
1122
1123     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1124     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1125     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1126     /*
1127        if (Signals.stop)
1128         return VALUE_DRAW;
1129     */
1130
1131     // Step 20. Check for mate and stalemate
1132     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1133     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1134     // return a fail low score.
1135
1136     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1137
1138     if (!moveCount)
1139         bestValue = excludedMove ? alpha
1140                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1141     else if (bestMove)
1142     {
1143         int d = depth / ONE_PLY;
1144
1145         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1146         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1147         {
1148             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1149             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1150         }
1151
1152         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1153         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1154         {
1155             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1156             Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1157             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
1158         }
1159     }
1160     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1161     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1162              && !pos.captured_piece()
1163              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1164     {
1165         int d = depth / ONE_PLY;
1166         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1167         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1168         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1169     }
1170
1171     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1172               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1173               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1174               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1175
1176     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1177
1178     return bestValue;
1179   }
1180
1181
1182   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1183   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1184   // less than ONE_PLY).
1185
1186   template <NodeType NT, bool InCheck>
1187   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1188
1189     const bool PvNode = NT == PV;
1190
1191     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1192     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1193     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1194     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1195     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1196
1197     Move pv[MAX_PLY+1];
1198     StateInfo st;
1199     TTEntry* tte;
1200     Key posKey;
1201     Move ttMove, move, bestMove;
1202     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1203     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1204     Depth ttDepth;
1205
1206     if (PvNode)
1207     {
1208         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1209         (ss+1)->pv = pv;
1210         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1211     }
1212
1213     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1214     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1215
1216     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1217     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1218         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1219                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1220
1221     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1222
1223     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1224     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1225     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1226     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1227                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1228
1229     // Transposition table lookup
1230     posKey = pos.key();
1231     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1232     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1233     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1234
1235     if (  !PvNode
1236         && ttHit
1237         && tte->depth() >= ttDepth
1238         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1239         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1240                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1241         return ttValue;
1242
1243     // Evaluate the position statically
1244     if (InCheck)
1245     {
1246         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1247         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1248     }
1249     else
1250     {
1251         if (ttHit)
1252         {
1253             // Never assume anything on values stored in TT
1254             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1255                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1256
1257             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1258             if (ttValue != VALUE_NONE)
1259                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1260                     bestValue = ttValue;
1261         }
1262         else
1263             ss->staticEval = bestValue =
1264             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1265                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1266
1267         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1268         if (bestValue >= beta)
1269         {
1270             if (!ttHit)
1271                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1272                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1273
1274             return bestValue;
1275         }
1276
1277         if (PvNode && bestValue > alpha)
1278             alpha = bestValue;
1279
1280         futilityBase = bestValue + 128;
1281     }
1282
1283     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1284     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1285     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1286     // be generated.
1287     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1288
1289     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1290     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1291     {
1292       assert(is_ok(move));
1293
1294       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1295                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1296                   : pos.gives_check(move);
1297
1298       // Futility pruning
1299       if (   !InCheck
1300           && !givesCheck
1301           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1302           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1303       {
1304           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1305
1306           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1307
1308           if (futilityValue <= alpha)
1309           {
1310               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1311               continue;
1312           }
1313
1314           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1315           {
1316               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1317               continue;
1318           }
1319       }
1320
1321       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1322       evasionPrunable =    InCheck
1323                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1324                        && !pos.capture(move);
1325
1326       // Don't search moves with negative SEE values
1327       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1328           &&  type_of(move) != PROMOTION
1329           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1330           continue;
1331
1332       // Speculative prefetch as early as possible
1333       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1334
1335       // Check for legality just before making the move
1336       if (!pos.legal(move))
1337           continue;
1338
1339       ss->currentMove = move;
1340
1341       // Make and search the move
1342       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1343       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1344                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1345       pos.undo_move(move);
1346
1347       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1348
1349       // Check for a new best move
1350       if (value > bestValue)
1351       {
1352           bestValue = value;
1353
1354           if (value > alpha)
1355           {
1356               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1357                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1358
1359               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1360               {
1361                   alpha = value;
1362                   bestMove = move;
1363               }
1364               else // Fail high
1365               {
1366                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1367                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1368
1369                   return value;
1370               }
1371           }
1372        }
1373     }
1374
1375     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1376     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1377     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1378         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1379
1380     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1381               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1382               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1383
1384     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1385
1386     return bestValue;
1387   }
1388
1389
1390   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1391   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1392   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1393
1394   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1395
1396     assert(v != VALUE_NONE);
1397
1398     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1399           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1400   }
1401
1402
1403   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1404   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1405   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1406
1407   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1408
1409     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1410           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1411           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1412   }
1413
1414
1415   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1416
1417   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1418
1419     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1420         *pv++ = *childPv++;
1421     *pv = MOVE_NONE;
1422   }
1423
1424
1425   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1426
1427   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1428
1429     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1430     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1431     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1432
1433     if (cmh)
1434         cmh->update(pc, s, bonus);
1435
1436     if (fmh1)
1437         fmh1->update(pc, s, bonus);
1438
1439     if (fmh2)
1440         fmh2->update(pc, s, bonus);
1441   }
1442
1443
1444   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1445   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1446
1447   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1448                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1449
1450     if (ss->killers[0] != move)
1451     {
1452         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1453         ss->killers[0] = move;
1454     }
1455
1456     Color c = pos.side_to_move();
1457     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1458     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1459     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1460     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1461
1462     if ((ss-1)->counterMoves)
1463     {
1464         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1465         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1466     }
1467
1468     // Decrease all the other played quiet moves
1469     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1470     {
1471         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1472         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1473         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1474     }
1475   }
1476
1477
1478   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1479   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1480
1481   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1482
1483     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1484     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1485
1486     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1487     Value topScore = rootMoves[0].score;
1488     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1489     int weakness = 120 - 2 * level;
1490     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1491
1492     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1493     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1494     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1495     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1496     {
1497         // This is our magic formula
1498         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1499                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1500
1501         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1502         {
1503             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1504             best = rootMoves[i].pv[0];
1505         }
1506     }
1507
1508     return best;
1509   }
1510
1511
1512   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1513   // when we are out of available time and thus stop the search.
1514
1515   void check_time() {
1516
1517     static TimePoint lastInfoTime = now();
1518
1519     int elapsed = Time.elapsed();
1520     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1521
1522     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1523     {
1524         lastInfoTime = tick;
1525         dbg_print();
1526     }
1527
1528     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1529     if (Limits.ponder)
1530         return;
1531
1532     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1533         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1534         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1535             Signals.stop = true;
1536   }
1537
1538 } // namespace
1539
1540
1541 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1542 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1543
1544 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1545
1546   std::stringstream ss;
1547   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1548   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1549   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1550   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1551   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1552   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1553
1554   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1555   {
1556       bool updated = (i <= PVIdx);
1557
1558       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1559           continue;
1560
1561       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1562       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1563
1564       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1565       v = tb ? TB::Score : v;
1566
1567       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1568           ss << "\n";
1569
1570       ss << "info"
1571          << " depth "    << d / ONE_PLY
1572          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1573          << " multipv "  << i + 1
1574          << " score "    << UCI::value(v);
1575
1576       if (!tb && i == PVIdx)
1577           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1578
1579       ss << " nodes "    << nodesSearched
1580          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1581
1582       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1583           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1584
1585       ss << " tbhits "   << tbHits
1586          << " time "     << elapsed
1587          << " pv";
1588
1589       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1590           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1591   }
1592
1593   return ss.str();
1594 }
1595
1596
1597 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1598 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1599 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1600 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1601
1602 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1603
1604     StateInfo st;
1605     bool ttHit;
1606
1607     assert(pv.size() == 1);
1608
1609     if (!pv[0])
1610         return false;
1611
1612     pos.do_move(pv[0], st);
1613     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1614
1615     if (ttHit)
1616     {
1617         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1618         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1619             pv.push_back(m);
1620     }
1621
1622     pos.undo_move(pv[0]);
1623     return pv.size() > 1;
1624 }
1625
1626 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1627
1628     RootInTB = false;
1629     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1630     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1631     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1632
1633     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1634     if (Cardinality > MaxCardinality)
1635     {
1636         Cardinality = MaxCardinality;
1637         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1638     }
1639
1640     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1641         return;
1642
1643     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1644     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1645     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1646
1647     if (RootInTB)
1648         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1649
1650     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1651     {
1652         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1653         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1654
1655         // Only probe during search if winning
1656         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1657             Cardinality = 0;
1658     }
1659
1660     if (RootInTB && !UseRule50)
1661         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1662                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1663                                             :  VALUE_DRAW;
1664 }