dbfb94696ac3d60f92f2a0c22fcc52deb8b4f819
[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) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][64][64];  // [improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return (Reductions[i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] - PvNode) * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[imp][d][mc] = std::round(r);
166
167               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
168               if (!imp && r > 1.0)
169                 Reductions[imp][d][mc]++;
170           }
171
172   for (int d = 0; d < 16; ++d)
173   {
174       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
175       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
176   }
177 }
178
179
180 /// Search::clear() resets search state to its initial value
181
182 void Search::clear() {
183
184   Threads.main()->wait_for_search_finished();
185
186   Time.availableNodes = 0;
187   TT.clear();
188   Threads.clear();
189   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
190 }
191
192
193 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
194 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
195
196 void MainThread::search() {
197
198   if (Limits.perft)
199   {
200       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
201       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
202       return;
203   }
204
205   Color us = rootPos.side_to_move();
206   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
207   TT.new_search();
208
209   if (rootMoves.empty())
210   {
211       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
212       sync_cout << "info depth 0 score "
213                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
214                 << sync_endl;
215   }
216   else
217   {
218       for (Thread* th : Threads)
219           if (th != this)
220               th->start_searching();
221
222       Thread::search(); // Let's start searching!
223   }
224
225   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
226   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
227   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
228   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
229   // until the GUI sends one of those commands.
230
231   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
232   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
233
234   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
235   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
236   Threads.stop = true;
237
238   // Wait until all threads have finished
239   for (Thread* th : Threads)
240       if (th != this)
241           th->wait_for_search_finished();
242
243   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
244   // the available ones before exiting.
245   if (Limits.npmsec)
246       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
247
248   // Check if there are threads with a better score than main thread
249   Thread* bestThread = this;
250   if (    Options["MultiPV"] == 1
251       && !Limits.depth
252       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
253       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
254   {
255       std::map<Move, int64_t> votes;
256       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
257
258       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
259       for (Thread* th: Threads)
260           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
261
262       // Vote according to score and depth
263       for (Thread* th : Threads)
264       {
265           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
266           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
267       }
268
269       // Select best thread
270       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
271       for (Thread* th : Threads)
272           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
273           {
274               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
275               bestThread = th;
276           }
277   }
278
279   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
280
281   // Send again PV info if we have a new best thread
282   if (bestThread != this)
283       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
284
285   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
286
287   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
288       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
289
290   std::cout << sync_endl;
291 }
292
293
294 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
295 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
296 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
297
298 void Thread::search() {
299
300   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
301   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
302   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
303   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
304   Stack stack[MAX_PLY+8], *ss = stack+5;
305   Move  pv[MAX_PLY+1];
306   Value bestValue, alpha, beta, delta;
307   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
308   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
309   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
310   double timeReduction = 1.0;
311   Color us = rootPos.side_to_move();
312   bool failedLow;
313
314   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
315   for (int i = 5; i > 0; i--)
316      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
317   ss->pv = pv;
318
319   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
320   beta = VALUE_INFINITE;
321
322   if (mainThread)
323       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
324
325   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
326   Skill skill(Options["Skill Level"]);
327
328   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
329   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
330   if (skill.enabled())
331       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
332
333   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
334
335   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
336
337   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
338   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
339       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
340           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
341           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
342           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
343           : ct;
344
345   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
346   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
347                           : -make_score(ct, ct / 2));
348
349   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
350   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
351          && !Threads.stop
352          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
353   {
354       // Distribute search depths across the helper threads
355       if (idx > 0)
356       {
357           int i = (idx - 1) % 20;
358           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
359               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
360       }
361
362       // Age out PV variability metric
363       if (mainThread)
364           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
365
366       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
367       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
368       for (RootMove& rm : rootMoves)
369           rm.previousScore = rm.score;
370
371       size_t pvFirst = 0;
372       pvLast = 0;
373
374       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
375       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
376       {
377           if (pvIdx == pvLast)
378           {
379               pvFirst = pvLast;
380               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
381                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
382                       break;
383           }
384
385           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
386           selDepth = 0;
387
388           // Reset aspiration window starting size
389           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
390           {
391               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
392               delta = Value(20);
393               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
394               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
395
396               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
397               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
398
399               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
400                                       : -make_score(dct, dct / 2));
401           }
402
403           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
404           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
405           // high/low anymore.
406           int failedHighCnt = 0;
407           while (true)
408           {
409               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
410               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
411
412               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
413               // is done with a stable algorithm because all the values but the
414               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
415               // and we want to keep the same order for all the moves except the
416               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
417               // search the already searched PV lines are preserved.
418               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
419
420               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
421               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
422               // the previous iteration.
423               if (Threads.stop)
424                   break;
425
426               // When failing high/low give some update (without cluttering
427               // the UI) before a re-search.
428               if (   mainThread
429                   && multiPV == 1
430                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
431                   && Time.elapsed() > 3000)
432                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
433
434               // In case of failing low/high increase aspiration window and
435               // re-search, otherwise exit the loop.
436               if (bestValue <= alpha)
437               {
438                   beta = (alpha + beta) / 2;
439                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
440
441                   if (mainThread)
442                   {
443                       failedHighCnt = 0;
444                       failedLow = true;
445                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
446                   }
447               }
448               else if (bestValue >= beta)
449               {
450                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
451                   if (mainThread)
452                       ++failedHighCnt;
453               }
454               else
455                   break;
456
457               delta += delta / 4 + 5;
458
459               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
460           }
461
462           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
463           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
464
465           if (    mainThread
466               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
467               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
468       }
469
470       if (!Threads.stop)
471           completedDepth = rootDepth;
472
473       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
474          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
475          lastBestMoveDepth = rootDepth;
476       }
477
478       // Have we found a "mate in x"?
479       if (   Limits.mate
480           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
481           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
482           Threads.stop = true;
483
484       if (!mainThread)
485           continue;
486
487       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
488       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
489           skill.pick_best(multiPV);
490
491       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
492       if (    Limits.use_time_management()
493           && !Threads.stop
494           && !mainThread->stopOnPonderhit)
495       {
496           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
497           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
498
499           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
500           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
501
502           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
503           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
504           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
505
506           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
507           if (   rootMoves.size() == 1
508               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
509           {
510               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
511               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
512               if (mainThread->ponder)
513                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
514               else
515                   Threads.stop = true;
516           }
517       }
518   }
519
520   if (!mainThread)
521       return;
522
523   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
524
525   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
526   if (skill.enabled())
527       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
528                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
529 }
530
531
532 namespace {
533
534   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
535
536   template <NodeType NT>
537   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
538
539     constexpr bool PvNode = NT == PV;
540     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
541
542     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
543     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
544     if (   pos.rule50_count() >= 3
545         && alpha < VALUE_DRAW
546         && !rootNode
547         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
548     {
549         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
550         if (alpha >= beta)
551             return alpha;
552     }
553
554     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
555     if (depth < ONE_PLY)
556         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
557
558     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
559     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
560     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
561     assert(!(PvNode && cutNode));
562     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
563
564     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
565     StateInfo st;
566     TTEntry* tte;
567     Key posKey;
568     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
569     Depth extension, newDepth;
570     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
571     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
572     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
573     Piece movedPiece;
574     int moveCount, captureCount, quietCount;
575
576     // Step 1. Initialize node
577     Thread* thisThread = pos.this_thread();
578     inCheck = pos.checkers();
579     Color us = pos.side_to_move();
580     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
581     bestValue = -VALUE_INFINITE;
582     maxValue = VALUE_INFINITE;
583
584     // Check for the available remaining time
585     if (thisThread == Threads.main())
586         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
587
588     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
589     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
590         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
591
592     if (!rootNode)
593     {
594         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
595         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
596             || pos.is_draw(ss->ply)
597             || ss->ply >= MAX_PLY)
598             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
599                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
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+1)->ply = ss->ply + 1;
616     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
617     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
618     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
619     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
620
621     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
622     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
623     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
624     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
625     // LMR which are based on the statScore of parent position.
626     (ss+2)->statScore = 0;
627
628     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
629     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
630     // position key in case of an excluded move.
631     excludedMove = ss->excludedMove;
632     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
633     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
634     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
635     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
636             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
637     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
638
639     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
640     if (  !PvNode
641         && ttHit
642         && tte->depth() >= depth
643         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
644         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
645                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
646     {
647         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
648         if (ttMove)
649         {
650             if (ttValue >= beta)
651             {
652                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
653                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
654
655                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
656                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
657                      && !pos.captured_piece())
658                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
659             }
660             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
661             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
662             {
663                 int penalty = -stat_bonus(depth);
664                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
665                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
666             }
667         }
668         return ttValue;
669     }
670
671     // Step 5. Tablebases probe
672     if (!rootNode && TB::Cardinality)
673     {
674         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
675
676         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
677             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
678             &&  pos.rule50_count() == 0
679             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
680         {
681             TB::ProbeState err;
682             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
683
684             // Force check of time on the next occasion
685             if (thisThread == Threads.main())
686                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
687
688             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
689             {
690                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
691
692                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
693
694                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
695                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
696                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
697
698                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
699                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
700
701                 if (    b == BOUND_EXACT
702                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
703                 {
704                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
705                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
706                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
707
708                     return value;
709                 }
710
711                 if (PvNode)
712                 {
713                     if (b == BOUND_LOWER)
714                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
715                     else
716                         maxValue = value;
717                 }
718             }
719         }
720     }
721
722     // Step 6. Static evaluation of the position
723     if (inCheck)
724     {
725         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
726         improving = false;
727         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
728     }
729     else if (ttHit)
730     {
731         // Never assume anything on values stored in TT
732         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
733         if (eval == VALUE_NONE)
734             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
735
736         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
737         if (    ttValue != VALUE_NONE
738             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
739             eval = ttValue;
740     }
741     else
742     {
743         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
744         {
745             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
746
747             pureStaticEval = evaluate(pos);
748             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
749         }
750         else
751             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
752
753         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
754     }
755
756     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
757     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
758         &&  depth < 2 * ONE_PLY
759         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
760         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
761
762     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
763                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
764
765     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
766     if (   !PvNode
767         &&  depth < 7 * ONE_PLY
768         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
769         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
770         return eval;
771
772     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
773     if (   !PvNode
774         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
775         && (ss-1)->statScore < 23200
776         &&  eval >= beta
777         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
778         && !excludedMove
779         &&  pos.non_pawn_material(us)
780         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
781     {
782         assert(eval - beta >= 0);
783
784         // Null move dynamic reduction based on depth and value
785         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
786
787         ss->currentMove = MOVE_NULL;
788         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
789
790         pos.do_null_move(st);
791
792         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
793
794         pos.undo_null_move();
795
796         if (nullValue >= beta)
797         {
798             // Do not return unproven mate scores
799             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
800                 nullValue = beta;
801
802             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
803                 return nullValue;
804
805             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
806
807             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
808             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
809             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
810             thisThread->nmpColor = us;
811
812             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
813
814             thisThread->nmpMinPly = 0;
815
816             if (v >= beta)
817                 return nullValue;
818         }
819     }
820
821     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
822     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
823     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
824     if (   !PvNode
825         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
826         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
827     {
828         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
829         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
830         int probCutCount = 0;
831
832         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
833                && probCutCount < 3)
834             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
835             {
836                 probCutCount++;
837
838                 ss->currentMove = move;
839                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
840
841                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
842
843                 pos.do_move(move, st);
844
845                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
846                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
847
848                 // If the qsearch held perform the regular search
849                 if (value >= raisedBeta)
850                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
851
852                 pos.undo_move(move);
853
854                 if (value >= raisedBeta)
855                     return value;
856             }
857     }
858
859     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
860     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
861         && !ttMove)
862     {
863         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
864
865         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
866         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
867         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
868     }
869
870 moves_loop: // When in check, search starts from here
871
872     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
873     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
874
875     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
876                                       &thisThread->captureHistory,
877                                       contHist,
878                                       countermove,
879                                       ss->killers);
880     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
881
882     moveCountPruning = false;
883     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
884
885     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
886     // or a beta cutoff occurs.
887     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
888     {
889       assert(is_ok(move));
890
891       if (move == excludedMove)
892           continue;
893
894       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
895       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
896       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
897       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
898       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
899                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
900           continue;
901
902       ss->moveCount = ++moveCount;
903
904       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
905           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
906                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
907                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
908       if (PvNode)
909           (ss+1)->pv = nullptr;
910
911       extension = DEPTH_ZERO;
912       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
913       movedPiece = pos.moved_piece(move);
914       givesCheck = gives_check(pos, move);
915
916       // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
917       moveCountPruning = depth < 16 * ONE_PLY
918                       && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
919
920       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
921
922       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
923       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
924       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
925       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
926       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
927       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
928           &&  move == ttMove
929           && !rootNode
930           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
931           &&  ttValue != VALUE_NONE
932           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
933           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
934           &&  pos.legal(move))
935       {
936           Value singularBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
937           ss->excludedMove = move;
938           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
939           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
940
941           if (value < singularBeta)
942               extension = ONE_PLY;
943
944           // Multi-cut pruning
945           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
946           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
947           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
948           // the hard beta bound.
949           else if (cutNode && singularBeta > beta)
950               return beta;
951       }
952
953       // Check extension (~2 Elo)
954       else if (    givesCheck
955                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
956           extension = ONE_PLY;
957
958       // Castling extension
959       else if (type_of(move) == CASTLING)
960           extension = ONE_PLY;
961
962       // Calculate new depth for this move
963       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
964
965       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
966       if (  !rootNode
967           && pos.non_pawn_material(us)
968           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
969       {
970           if (   !captureOrPromotion
971               && !givesCheck
972               && !pos.advanced_pawn_push(move))
973           {
974               // Move count based pruning (~30 Elo)
975               if (moveCountPruning)
976                   continue;
977
978               // Reduced depth of the next LMR search
979               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
980
981               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
982               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
983                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
984                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
985                   continue;
986
987               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
988               if (   lmrDepth < 7
989                   && !inCheck
990                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
991                   continue;
992
993               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
994               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
995                   continue;
996           }
997           else if (   !extension // (~20 Elo)
998                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
999                   continue;
1000       }
1001
1002       // Speculative prefetch as early as possible
1003       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1004
1005       // Check for legality just before making the move
1006       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1007       {
1008           ss->moveCount = --moveCount;
1009           continue;
1010       }
1011
1012       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1013       ss->currentMove = move;
1014       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1015
1016       // Step 15. Make the move
1017       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1018
1019       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1020       // re-searched at full depth.
1021       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1022           &&  moveCount > 1
1023           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1024       {
1025           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1026
1027           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1028           if (ttPv)
1029               r -= ONE_PLY;
1030
1031           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1032           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1033               r -= ONE_PLY;
1034
1035           if (!captureOrPromotion)
1036           {
1037               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1038               if (ttCapture)
1039                   r += ONE_PLY;
1040
1041               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1042               if (cutNode)
1043                   r += 2 * ONE_PLY;
1044
1045               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1046               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1047               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1048               else if (    type_of(move) == NORMAL
1049                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1050                   r -= 2 * ONE_PLY;
1051
1052               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1053                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1054                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1055                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1056                              - 4000;
1057
1058               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1059               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1060                   r -= ONE_PLY;
1061
1062               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1063                   r += ONE_PLY;
1064
1065               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1066               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1067           }
1068
1069           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1070
1071           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1072
1073           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1074       }
1075       else
1076           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1077
1078       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1079       if (doFullDepthSearch)
1080           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1081
1082       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1083       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1084       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1085       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1086       {
1087           (ss+1)->pv = pv;
1088           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1089
1090           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1091       }
1092
1093       // Step 18. Undo move
1094       pos.undo_move(move);
1095
1096       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1097
1098       // Step 19. Check for a new best move
1099       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1100       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1101       // updating best move, PV and TT.
1102       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1103           return VALUE_ZERO;
1104
1105       if (rootNode)
1106       {
1107           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1108                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1109
1110           // PV move or new best move?
1111           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1112           {
1113               rm.score = value;
1114               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1115               rm.pv.resize(1);
1116
1117               assert((ss+1)->pv);
1118
1119               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1120                   rm.pv.push_back(*m);
1121
1122               // We record how often the best move has been changed in each
1123               // iteration. This information is used for time management: When
1124               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1125               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1126                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1127           }
1128           else
1129               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1130               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1131               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1132               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1133       }
1134
1135       if (value > bestValue)
1136       {
1137           bestValue = value;
1138
1139           if (value > alpha)
1140           {
1141               bestMove = move;
1142
1143               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1144                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1145
1146               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1147                   alpha = value;
1148               else
1149               {
1150                   assert(value >= beta); // Fail high
1151                   ss->statScore = 0;
1152                   break;
1153               }
1154           }
1155       }
1156
1157       if (move != bestMove)
1158       {
1159           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1160               capturesSearched[captureCount++] = move;
1161
1162           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1163               quietsSearched[quietCount++] = move;
1164       }
1165     }
1166
1167     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1168     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1169     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1170     /*
1171        if (Threads.stop)
1172         return VALUE_DRAW;
1173     */
1174
1175     // Step 20. Check for mate and stalemate
1176     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1177     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1178     // return a fail low score.
1179
1180     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1181
1182     if (!moveCount)
1183         bestValue = excludedMove ? alpha
1184                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1185     else if (bestMove)
1186     {
1187         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1188         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1189             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1190                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1191
1192         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1193
1194         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1195         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1196             && !pos.captured_piece())
1197                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1198
1199     }
1200     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1201     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1202              && !pos.captured_piece())
1203         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1204
1205     if (PvNode)
1206         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1207
1208     if (!excludedMove)
1209         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1210                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1211                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1212                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1213
1214     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1215
1216     return bestValue;
1217   }
1218
1219
1220   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1221   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1222   template <NodeType NT>
1223   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1224
1225     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1226
1227     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1228     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1229     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1230     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1231
1232     Move pv[MAX_PLY+1];
1233     StateInfo st;
1234     TTEntry* tte;
1235     Key posKey;
1236     Move ttMove, move, bestMove;
1237     Depth ttDepth;
1238     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1239     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1240     int moveCount;
1241
1242     if (PvNode)
1243     {
1244         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1245         (ss+1)->pv = pv;
1246         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1247     }
1248
1249     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1250     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1251     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1252     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1253     inCheck = pos.checkers();
1254     moveCount = 0;
1255
1256     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1257     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1258         || ss->ply >= MAX_PLY)
1259         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1260
1261     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1262
1263     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1264     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1265     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1266     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1267                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1268     // Transposition table lookup
1269     posKey = pos.key();
1270     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1271     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1272     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1273     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1274
1275     if (  !PvNode
1276         && ttHit
1277         && tte->depth() >= ttDepth
1278         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1279         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1280                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1281         return ttValue;
1282
1283     // Evaluate the position statically
1284     if (inCheck)
1285     {
1286         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1287         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1288     }
1289     else
1290     {
1291         if (ttHit)
1292         {
1293             // Never assume anything on values stored in TT
1294             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1295                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1296
1297             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1298             if (    ttValue != VALUE_NONE
1299                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1300                 bestValue = ttValue;
1301         }
1302         else
1303             ss->staticEval = bestValue =
1304             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1305                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1306
1307         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1308         if (bestValue >= beta)
1309         {
1310             if (!ttHit)
1311                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1312                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1313
1314             return bestValue;
1315         }
1316
1317         if (PvNode && bestValue > alpha)
1318             alpha = bestValue;
1319
1320         futilityBase = bestValue + 128;
1321     }
1322
1323     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1324
1325     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1326     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1327     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1328     // be generated.
1329     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1330                                       &thisThread->captureHistory,
1331                                       contHist,
1332                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1333
1334     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1335     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1336     {
1337       assert(is_ok(move));
1338
1339       givesCheck = gives_check(pos, move);
1340
1341       moveCount++;
1342
1343       // Futility pruning
1344       if (   !inCheck
1345           && !givesCheck
1346           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1347           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1348       {
1349           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1350
1351           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1352
1353           if (futilityValue <= alpha)
1354           {
1355               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1356               continue;
1357           }
1358
1359           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1360           {
1361               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1362               continue;
1363           }
1364       }
1365
1366       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1367       evasionPrunable =    inCheck
1368                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1369                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1370                        && !pos.capture(move);
1371
1372       // Don't search moves with negative SEE values
1373       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1374           && !pos.see_ge(move))
1375           continue;
1376
1377       // Speculative prefetch as early as possible
1378       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1379
1380       // Check for legality just before making the move
1381       if (!pos.legal(move))
1382       {
1383           moveCount--;
1384           continue;
1385       }
1386
1387       ss->currentMove = move;
1388       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1389
1390       // Make and search the move
1391       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1392       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1393       pos.undo_move(move);
1394
1395       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1396
1397       // Check for a new best move
1398       if (value > bestValue)
1399       {
1400           bestValue = value;
1401
1402           if (value > alpha)
1403           {
1404               bestMove = move;
1405
1406               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1407                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1408
1409               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1410                   alpha = value;
1411               else
1412                   break; // Fail high
1413           }
1414        }
1415     }
1416
1417     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1418     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1419     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1420         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1421
1422     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1423               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1424               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1425               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1426
1427     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1428
1429     return bestValue;
1430   }
1431
1432
1433   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1434   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1435   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1436
1437   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1438
1439     assert(v != VALUE_NONE);
1440
1441     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1442           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1443   }
1444
1445
1446   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1447   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1448   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1449
1450   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1451
1452     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1453           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1454           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1455   }
1456
1457
1458   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1459
1460   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1461
1462     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1463         *pv++ = *childPv++;
1464     *pv = MOVE_NONE;
1465   }
1466
1467
1468   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1469   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1470
1471   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1472
1473     for (int i : {1, 2, 4})
1474         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1475             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1476   }
1477
1478
1479   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1480
1481   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1482                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1483
1484       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1485       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1486       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1487
1488       if (pos.capture_or_promotion(move))
1489           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1490
1491       // Decrease all the other played capture moves
1492       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1493       {
1494           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1495           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1496           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1497       }
1498   }
1499
1500
1501   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1502
1503   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1504                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1505
1506     if (ss->killers[0] != move)
1507     {
1508         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1509         ss->killers[0] = move;
1510     }
1511
1512     Color us = pos.side_to_move();
1513     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1514     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1515     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1516
1517     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1518     {
1519         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1520         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1521     }
1522
1523     // Decrease all the other played quiet moves
1524     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1525     {
1526         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1527         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1528     }
1529   }
1530
1531   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1532   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1533
1534   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1535
1536     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1537     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1538
1539     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1540     Value topScore = rootMoves[0].score;
1541     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1542     int weakness = 120 - 2 * level;
1543     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1544
1545     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1546     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1547     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1548     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1549     {
1550         // This is our magic formula
1551         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1552                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1553
1554         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1555         {
1556             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1557             best = rootMoves[i].pv[0];
1558         }
1559     }
1560
1561     return best;
1562   }
1563
1564 } // namespace
1565
1566 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1567 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1568
1569 void MainThread::check_time() {
1570
1571   if (--callsCnt > 0)
1572       return;
1573
1574   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1575   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1576
1577   static TimePoint lastInfoTime = now();
1578
1579   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1580   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1581
1582   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1583   {
1584       lastInfoTime = tick;
1585       dbg_print();
1586   }
1587
1588   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1589   if (ponder)
1590       return;
1591
1592   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1593       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1594       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1595       Threads.stop = true;
1596 }
1597
1598
1599 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1600 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1601
1602 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1603
1604   std::stringstream ss;
1605   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1606   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1607   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1608   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1609   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1610   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1611
1612   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1613   {
1614       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1615
1616       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1617           continue;
1618
1619       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1620       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1621
1622       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1623       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1624
1625       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1626           ss << "\n";
1627
1628       ss << "info"
1629          << " depth "    << d / ONE_PLY
1630          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1631          << " multipv "  << i + 1
1632          << " score "    << UCI::value(v);
1633
1634       if (!tb && i == pvIdx)
1635           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1636
1637       ss << " nodes "    << nodesSearched
1638          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1639
1640       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1641           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1642
1643       ss << " tbhits "   << tbHits
1644          << " time "     << elapsed
1645          << " pv";
1646
1647       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1648           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1649   }
1650
1651   return ss.str();
1652 }
1653
1654
1655 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1656 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1657 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1658 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1659
1660 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1661
1662     StateInfo st;
1663     bool ttHit;
1664
1665     assert(pv.size() == 1);
1666
1667     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1668         return false;
1669
1670     pos.do_move(pv[0], st);
1671     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1672
1673     if (ttHit)
1674     {
1675         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1676         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1677             pv.push_back(m);
1678     }
1679
1680     pos.undo_move(pv[0]);
1681     return pv.size() > 1;
1682 }
1683
1684 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1685
1686     RootInTB = false;
1687     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1688     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1689     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1690     bool dtz_available = true;
1691
1692     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1693     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1694     if (Cardinality > MaxCardinality)
1695     {
1696         Cardinality = MaxCardinality;
1697         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1698     }
1699
1700     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1701     {
1702         // Rank moves using DTZ tables
1703         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1704
1705         if (!RootInTB)
1706         {
1707             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1708             dtz_available = false;
1709             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1710         }
1711     }
1712
1713     if (RootInTB)
1714     {
1715         // Sort moves according to TB rank
1716         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1717                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1718
1719         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1720         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1721             Cardinality = 0;
1722     }
1723     else
1724     {
1725         // Assign the same rank to all moves
1726         for (auto& m : rootMoves)
1727             m.tbRank = 0;
1728     }
1729 }