Bonus for loose enemies
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   StateStackPtr SetupStates;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   uint64_t Hits;
50   bool RootInTB;
51   bool UseRule50;
52   Depth ProbeDepth;
53   Value Score;
54 }
55
56 namespace TB = Tablebases;
57
58 using std::string;
59 using Eval::evaluate;
60 using namespace Search;
61
62 namespace {
63
64   // Different node types, used as a template parameter
65   enum NodeType { NonPV, PV };
66
67   // Razoring and futility margin based on depth
68   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
69   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
70
71   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
72   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
73   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Skill structure is used to implement strength limit
80   struct Skill {
81     Skill(int l) : level(l) {}
82     bool enabled() const { return level < 20; }
83     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
84     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
85     Move pick_best(size_t multiPV);
86
87     int level;
88     Move best = MOVE_NONE;
89   };
90
91   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
92   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
93   struct EasyMoveManager {
94
95     void clear() {
96       stableCnt = 0;
97       expectedPosKey = 0;
98       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
99     }
100
101     Move get(Key key) const {
102       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
103     }
104
105     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
106
107       assert(newPv.size() >= 3);
108
109       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
110       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
111
112       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
113       {
114           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
115
116           StateInfo st[2];
117           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
118           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
119           expectedPosKey = pos.key();
120           pos.undo_move(newPv[1]);
121           pos.undo_move(newPv[0]);
122       }
123     }
124
125     int stableCnt;
126     Key expectedPosKey;
127     Move pv[3];
128   };
129
130   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
131   // the search depths across the threads.
132   typedef std::vector<int> Row;
133
134   const Row HalfDensity[] = {
135     {0, 1},
136     {1, 0},
137     {0, 0, 1, 1},
138     {0, 1, 1, 0},
139     {1, 1, 0, 0},
140     {1, 0, 0, 1},
141     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
142     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
143     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
144     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
145     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
146     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
148     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
149     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
150     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
152     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
153     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
154     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
155   };
156
157   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
158
159   EasyMoveManager EasyMove;
160   Value DrawValue[COLOR_NB];
161   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
162
163   template <NodeType NT>
164   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
165
166   template <NodeType NT, bool InCheck>
167   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
168
169   Value value_to_tt(Value v, int ply);
170   Value value_from_tt(Value v, int ply);
171   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
172   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
173   void check_time();
174
175 } // namespace
176
177
178 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
179
180 void Search::init() {
181
182   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
183       for (int d = 1; d < 64; ++d)
184           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
185           {
186               double r = log(d) * log(mc) / 2;
187               if (r < 0.80)
188                 continue;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211   CounterMoveHistory.clear();
212
213   for (Thread* th : Threads)
214   {
215       th->history.clear();
216       th->counterMoves.clear();
217   }
218
219   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
220 }
221
222
223 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
224 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
225 template<bool Root>
226 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
227
228   StateInfo st;
229   uint64_t cnt, nodes = 0;
230   CheckInfo ci(pos);
231   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
232
233   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
234   {
235       if (Root && depth <= ONE_PLY)
236           cnt = 1, nodes++;
237       else
238       {
239           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
240           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
241           nodes += cnt;
242           pos.undo_move(m);
243       }
244       if (Root)
245           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
246   }
247   return nodes;
248 }
249
250 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
251
252
253 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
254 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
255
256 void MainThread::search() {
257
258   Color us = rootPos.side_to_move();
259   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
260
261   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
262   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
263   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
264
265   TB::Hits = 0;
266   TB::RootInTB = false;
267   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
268   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
269   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
270
271   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
272   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
273   {
274       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
275       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
276   }
277
278   if (rootMoves.empty())
279   {
280       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
281       sync_cout << "info depth 0 score "
282                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
283                 << sync_endl;
284   }
285   else
286   {
287       if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
288                                 + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
289           && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
290       {
291           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
292           // contains only moves that preserve the draw or the win.
293           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
294
295           if (TB::RootInTB)
296               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
297
298           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
299           {
300               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
301               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
302
303               // Only probe during search if winning
304               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
305                   TB::Cardinality = 0;
306           }
307
308           if (TB::RootInTB)
309           {
310               TB::Hits = rootMoves.size();
311
312               if (!TB::UseRule50)
313                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
314                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
315                                                       :  VALUE_DRAW;
316           }
317       }
318
319       for (Thread* th : Threads)
320       {
321           th->maxPly = 0;
322           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
323           if (th != this)
324           {
325               th->rootPos = Position(rootPos, th);
326               th->rootMoves = rootMoves;
327               th->start_searching();
328           }
329       }
330
331       Thread::search(); // Let's start searching!
332   }
333
334   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
335   // the available ones before exiting.
336   if (Limits.npmsec)
337       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
338
339   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
340   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
341   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
342   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
343   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
344   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
345   {
346       Signals.stopOnPonderhit = true;
347       wait(Signals.stop);
348   }
349
350   // Stop the threads if not already stopped
351   Signals.stop = true;
352
353   // Wait until all threads have finished
354   for (Thread* th : Threads)
355       if (th != this)
356           th->wait_for_search_finished();
357
358   // Check if there are threads with a better score than main thread
359   Thread* bestThread = this;
360   if (   !this->easyMovePlayed
361       &&  Options["MultiPV"] == 1
362       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
363   {
364       for (Thread* th : Threads)
365           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
366               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
367               bestThread = th;
368   }
369
370   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
371
372   // Send new PV when needed
373   if (bestThread != this)
374       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
375
376   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
377
378   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
379       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
380
381   std::cout << sync_endl;
382 }
383
384
385 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
386 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
387 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
388
389 void Thread::search() {
390
391   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
392   Value bestValue, alpha, beta, delta;
393   Move easyMove = MOVE_NONE;
394   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
395
396   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
397
398   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
399   beta = VALUE_INFINITE;
400   completedDepth = DEPTH_ZERO;
401
402   if (mainThread)
403   {
404       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
405       EasyMove.clear();
406       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
407       mainThread->bestMoveChanges = 0;
408       TT.new_search();
409   }
410
411   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
412   Skill skill(Options["Skill Level"]);
413
414   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
415   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
416   if (skill.enabled())
417       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
418
419   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
420
421   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
422   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
423   {
424       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
425       // 2nd ply (using a half-density matrix).
426       if (!mainThread)
427       {
428           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
429           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
430              continue;
431       }
432
433       // Age out PV variability metric
434       if (mainThread)
435           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
436
437       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
438       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
439       for (RootMove& rm : rootMoves)
440           rm.previousScore = rm.score;
441
442       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
443       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
444       {
445           // Reset aspiration window starting size
446           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
447           {
448               delta = Value(18);
449               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
450               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
451           }
452
453           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
454           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
455           // high/low anymore.
456           while (true)
457           {
458               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
459
460               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
461               // is done with a stable algorithm because all the values but the
462               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
463               // and we want to keep the same order for all the moves except the
464               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
465               // search the already searched PV lines are preserved.
466               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
467
468               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
469               // entries have been overwritten during the search.
470               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
471                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
472
473               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
474               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
475               // valid, although it refers to the previous iteration.
476               if (Signals.stop)
477                   break;
478
479               // When failing high/low give some update (without cluttering
480               // the UI) before a re-search.
481               if (   mainThread
482                   && multiPV == 1
483                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
484                   && Time.elapsed() > 3000)
485                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
486
487               // In case of failing low/high increase aspiration window and
488               // re-search, otherwise exit the loop.
489               if (bestValue <= alpha)
490               {
491                   beta = (alpha + beta) / 2;
492                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
493
494                   if (mainThread)
495                   {
496                       mainThread->failedLow = true;
497                       Signals.stopOnPonderhit = false;
498                   }
499               }
500               else if (bestValue >= beta)
501               {
502                   alpha = (alpha + beta) / 2;
503                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
504               }
505               else
506                   break;
507
508               delta += delta / 4 + 5;
509
510               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
511           }
512
513           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
514           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
515
516           if (!mainThread)
517               break;
518
519           if (Signals.stop)
520               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
521                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
522
523           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
524               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
525       }
526
527       if (!Signals.stop)
528           completedDepth = rootDepth;
529
530       if (!mainThread)
531           continue;
532
533       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
534       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
535           skill.pick_best(multiPV);
536
537       // Have we found a "mate in x"?
538       if (   Limits.mate
539           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
540           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
541           Signals.stop = true;
542
543       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
544       if (Limits.use_time_management())
545       {
546           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
547           {
548               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
549               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
550               // from the previous search and just did a fast verification.
551               const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
552                                  bestValue >= mainThread->previousScore };
553
554               int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
555               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
556
557               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
558                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
559                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 25 / 204;
560
561               if (   rootMoves.size() == 1
562                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 634
563                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
564               {
565                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
566                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
567                   if (Limits.ponder)
568                       Signals.stopOnPonderhit = true;
569                   else
570                       Signals.stop = true;
571               }
572           }
573
574           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
575               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
576           else
577               EasyMove.clear();
578       }
579   }
580
581   if (!mainThread)
582       return;
583
584   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
585   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
586   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
587       EasyMove.clear();
588
589   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
590   if (skill.enabled())
591       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
592                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
593 }
594
595
596 namespace {
597
598   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
599
600   template <NodeType NT>
601   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
602
603     const bool PvNode = NT == PV;
604     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
605
606     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
607     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
608     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
609
610     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
611     StateInfo st;
612     TTEntry* tte;
613     Key posKey;
614     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
615     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
616     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
617     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
618     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
619     int moveCount, quietCount;
620
621     // Step 1. Initialize node
622     Thread* thisThread = pos.this_thread();
623     inCheck = pos.checkers();
624     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
625     bestValue = -VALUE_INFINITE;
626     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
627
628     // Check for the available remaining time
629     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
630     {
631         thisThread->resetCalls = false;
632         thisThread->callsCnt = 0;
633     }
634     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
635     {
636         for (Thread* th : Threads)
637             th->resetCalls = true;
638
639         check_time();
640     }
641
642     // Used to send selDepth info to GUI
643     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
644         thisThread->maxPly = ss->ply;
645
646     if (!rootNode)
647     {
648         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
649         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
650             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
651                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
652
653         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
654         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
655         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
656         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
657         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
658         // mate. In this case return a fail-high score.
659         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
660         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
661         if (alpha >= beta)
662             return alpha;
663     }
664
665     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
666
667     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
668     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
669     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
670
671     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
672     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
673     // position key in case of an excluded move.
674     excludedMove = ss->excludedMove;
675     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
676     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
677     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
678     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
679             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
680
681     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
682     if (  !PvNode
683         && ttHit
684         && tte->depth() >= depth
685         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
686         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
687                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
688     {
689         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
690
691         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
692         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
693             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
694
695         return ttValue;
696     }
697
698     // Step 4a. Tablebase probe
699     if (!rootNode && TB::Cardinality)
700     {
701         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
702
703         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
704             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
705             &&  pos.rule50_count() == 0
706             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
707         {
708             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
709
710             if (found)
711             {
712                 TB::Hits++;
713
714                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
715
716                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
717                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
718                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
719
720                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
721                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
722                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
723
724                 return value;
725             }
726         }
727     }
728
729     // Step 5. Evaluate the position statically
730     if (inCheck)
731     {
732         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
733         goto moves_loop;
734     }
735
736     else if (ttHit)
737     {
738         // Never assume anything on values stored in TT
739         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
740             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
741
742         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
743         if (ttValue != VALUE_NONE)
744             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
745                 eval = ttValue;
746     }
747     else
748     {
749         eval = ss->staticEval =
750         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
751                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
752
753         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
754                   ss->staticEval, TT.generation());
755     }
756
757     if (ss->skipEarlyPruning)
758         goto moves_loop;
759
760     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
761     if (   !PvNode
762         &&  depth < 4 * ONE_PLY
763         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
764         &&  ttMove == MOVE_NONE)
765     {
766         if (   depth <= ONE_PLY
767             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
768             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
769
770         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
771         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
772         if (v <= ralpha)
773             return v;
774     }
775
776     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
777     if (   !rootNode
778         &&  depth < 7 * ONE_PLY
779         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
780         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
781         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
782         return eval - futility_margin(depth);
783
784     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
785     if (   !PvNode
786         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
787         &&  eval >= beta
788         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
789     {
790         ss->currentMove = MOVE_NULL;
791
792         assert(eval - beta >= 0);
793
794         // Null move dynamic reduction based on depth and value
795         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
796
797         pos.do_null_move(st);
798         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
799         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
800                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
801         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
802         pos.undo_null_move();
803
804         if (nullValue >= beta)
805         {
806             // Do not return unproven mate scores
807             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
808                 nullValue = beta;
809
810             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
811                 return nullValue;
812
813             // Do verification search at high depths
814             ss->skipEarlyPruning = true;
815             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
816                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
817             ss->skipEarlyPruning = false;
818
819             if (v >= beta)
820                 return nullValue;
821         }
822     }
823
824     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
825     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
826     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
827     // safely prune the previous move.
828     if (   !PvNode
829         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
830         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
831     {
832         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
833         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
834
835         assert(rdepth >= ONE_PLY);
836         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
837         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
838
839         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
840         CheckInfo ci(pos);
841
842         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
843             if (pos.legal(move, ci.pinned))
844             {
845                 ss->currentMove = move;
846                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
847                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
848                 pos.undo_move(move);
849                 if (value >= rbeta)
850                     return value;
851             }
852     }
853
854     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
855     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
856         && !ttMove
857         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
858     {
859         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
860         ss->skipEarlyPruning = true;
861         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
862         ss->skipEarlyPruning = false;
863
864         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
865         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
866     }
867
868 moves_loop: // When in check search starts from here
869
870     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
871     Square ownPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
872     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
873     const CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
874     const CounterMoveStats& fmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(ownPrevSq)][ownPrevSq];
875
876     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, fmh, cm, ss);
877     CheckInfo ci(pos);
878     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
879     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
880                || ss->staticEval == VALUE_NONE
881                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
882
883     singularExtensionNode =   !rootNode
884                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
885                            &&  ttMove != MOVE_NONE
886                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
887                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
888                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
889                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
890                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
891
892     // Step 11. Loop through moves
893     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
894     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
895     {
896       assert(is_ok(move));
897
898       if (move == excludedMove)
899           continue;
900
901       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
902       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
903       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
904       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
905                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
906           continue;
907
908       ss->moveCount = ++moveCount;
909
910       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
911           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
912                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
913                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
914
915       if (PvNode)
916           (ss+1)->pv = nullptr;
917
918       extension = DEPTH_ZERO;
919       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
920
921       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
922                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
923                   : pos.gives_check(move, ci);
924
925       // Step 12. Extend checks
926       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
927           extension = ONE_PLY;
928
929       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
930       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
931       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
932       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
933       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
934       if (    singularExtensionNode
935           &&  move == ttMove
936           && !extension
937           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
938       {
939           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
940           ss->excludedMove = move;
941           ss->skipEarlyPruning = true;
942           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
943           ss->skipEarlyPruning = false;
944           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
945
946           if (value < rBeta)
947               extension = ONE_PLY;
948       }
949
950       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
951       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
952
953       // Step 13. Pruning at shallow depth
954       if (   !rootNode
955           && !captureOrPromotion
956           && !inCheck
957           && !givesCheck
958           && !pos.advanced_pawn_push(move)
959           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
960       {
961           // Move count based pruning
962           if (   depth < 16 * ONE_PLY
963               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
964               continue;
965
966           // History based pruning
967           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
968               && move != ss->killers[0]
969               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
970               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
971               continue;
972
973           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
974
975           // Futility pruning: parent node
976           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
977           {
978               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
979
980               if (futilityValue <= alpha)
981               {
982                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
983                   continue;
984               }
985           }
986
987           // Prune moves with negative SEE at low depths
988           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
989               continue;
990       }
991
992       // Speculative prefetch as early as possible
993       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
994
995       // Check for legality just before making the move
996       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
997       {
998           ss->moveCount = --moveCount;
999           continue;
1000       }
1001
1002       ss->currentMove = move;
1003
1004       // Step 14. Make the move
1005       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1006
1007       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1008       // re-searched at full depth.
1009       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1010           &&  moveCount > 1
1011           && !captureOrPromotion)
1012       {
1013           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1014           Value hValue = thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)];
1015           Value cmhValue = cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)];
1016
1017           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
1018           if (   (!PvNode && cutNode)
1019               || (hValue < VALUE_ZERO && cmhValue <= VALUE_ZERO))
1020               r += ONE_PLY;
1021
1022           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1023           int rHist = (hValue + cmhValue) / 14980;
1024           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1025
1026           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1027           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1028           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1029           // because the destination square is empty.
1030           if (   r
1031               && type_of(move) == NORMAL
1032               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1033               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1034               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1035
1036           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1037
1038           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1039
1040           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1041       }
1042       else
1043           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1044
1045       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1046       if (doFullDepthSearch)
1047           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1048                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1049                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1050                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1051
1052       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1053       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1054       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1055       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1056       {
1057           (ss+1)->pv = pv;
1058           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1059
1060           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1061                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1062                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1063                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1064       }
1065
1066       // Step 17. Undo move
1067       pos.undo_move(move);
1068
1069       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1070
1071       // Step 18. Check for a new best move
1072       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1073       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1074       // updating best move, PV and TT.
1075       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1076           return VALUE_ZERO;
1077
1078       if (rootNode)
1079       {
1080           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1081                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1082
1083           // PV move or new best move ?
1084           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1085           {
1086               rm.score = value;
1087               rm.pv.resize(1);
1088
1089               assert((ss+1)->pv);
1090
1091               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1092                   rm.pv.push_back(*m);
1093
1094               // We record how often the best move has been changed in each
1095               // iteration. This information is used for time management: When
1096               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1097               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1098                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1099           }
1100           else
1101               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1102               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1103               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1104               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1105       }
1106
1107       if (value > bestValue)
1108       {
1109           bestValue = value;
1110
1111           if (value > alpha)
1112           {
1113               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1114               if (    PvNode
1115                   &&  thisThread == Threads.main()
1116                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1117                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1118                   EasyMove.clear();
1119
1120               bestMove = move;
1121
1122               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1123                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1124
1125               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1126                   alpha = value;
1127               else
1128               {
1129                   assert(value >= beta); // Fail high
1130                   break;
1131               }
1132           }
1133       }
1134
1135       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1136           quietsSearched[quietCount++] = move;
1137     }
1138
1139     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1140     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1141     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1142     /*
1143        if (Signals.stop)
1144         return VALUE_DRAW;
1145     */
1146
1147     // Step 20. Check for mate and stalemate
1148     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1149     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1150     // return a fail low score.
1151     if (!moveCount)
1152         bestValue = excludedMove ? alpha
1153                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1154
1155     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1156     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1157         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1158
1159     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1160     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1161              && !bestMove
1162              && !inCheck
1163              && !pos.captured_piece_type()
1164              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1165              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1166     {
1167         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1168         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1169         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1170         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1171     }
1172
1173     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1174               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1175               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1176               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1177
1178     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1179
1180     return bestValue;
1181   }
1182
1183
1184   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1185   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1186   // less than ONE_PLY).
1187
1188   template <NodeType NT, bool InCheck>
1189   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1190
1191     const bool PvNode = NT == PV;
1192
1193     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1194     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1195     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1196     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1197
1198     Move pv[MAX_PLY+1];
1199     StateInfo st;
1200     TTEntry* tte;
1201     Key posKey;
1202     Move ttMove, move, bestMove;
1203     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1204     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1205     Depth ttDepth;
1206
1207     if (PvNode)
1208     {
1209         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1210         (ss+1)->pv = pv;
1211         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1212     }
1213
1214     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1215     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1216
1217     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1218     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1219         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1220                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1221
1222     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1223
1224     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1225     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1226     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1227     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1228                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1229
1230     // Transposition table lookup
1231     posKey = pos.key();
1232     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1233     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1234     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1235
1236     if (  !PvNode
1237         && ttHit
1238         && tte->depth() >= ttDepth
1239         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1240         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1241                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1242     {
1243         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1244         return ttValue;
1245     }
1246
1247     // Evaluate the position statically
1248     if (InCheck)
1249     {
1250         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1251         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1252     }
1253     else
1254     {
1255         if (ttHit)
1256         {
1257             // Never assume anything on values stored in TT
1258             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1259                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1260
1261             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1262             if (ttValue != VALUE_NONE)
1263                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1264                     bestValue = ttValue;
1265         }
1266         else
1267             ss->staticEval = bestValue =
1268             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1269                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1270
1271         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1272         if (bestValue >= beta)
1273         {
1274             if (!ttHit)
1275                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1276                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1277
1278             return bestValue;
1279         }
1280
1281         if (PvNode && bestValue > alpha)
1282             alpha = bestValue;
1283
1284         futilityBase = bestValue + 128;
1285     }
1286
1287     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1288     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1289     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1290     // be generated.
1291     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1292     CheckInfo ci(pos);
1293
1294     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1295     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1296     {
1297       assert(is_ok(move));
1298
1299       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1300                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1301                   : pos.gives_check(move, ci);
1302
1303       // Futility pruning
1304       if (   !InCheck
1305           && !givesCheck
1306           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1307           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1308       {
1309           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1310
1311           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1312
1313           if (futilityValue <= alpha)
1314           {
1315               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1316               continue;
1317           }
1318
1319           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1320           {
1321               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1322               continue;
1323           }
1324       }
1325
1326       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1327       evasionPrunable =    InCheck
1328                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1329                        && !pos.capture(move);
1330
1331       // Don't search moves with negative SEE values
1332       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1333           &&  type_of(move) != PROMOTION
1334           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1335           continue;
1336
1337       // Speculative prefetch as early as possible
1338       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1339
1340       // Check for legality just before making the move
1341       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1342           continue;
1343
1344       ss->currentMove = move;
1345
1346       // Make and search the move
1347       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1348       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1349                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1350       pos.undo_move(move);
1351
1352       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1353
1354       // Check for a new best move
1355       if (value > bestValue)
1356       {
1357           bestValue = value;
1358
1359           if (value > alpha)
1360           {
1361               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1362                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1363
1364               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1365               {
1366                   alpha = value;
1367                   bestMove = move;
1368               }
1369               else // Fail high
1370               {
1371                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1372                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1373
1374                   return value;
1375               }
1376           }
1377        }
1378     }
1379
1380     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1381     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1382     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1383         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1384
1385     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1386               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1387               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1388
1389     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1390
1391     return bestValue;
1392   }
1393
1394
1395   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1396   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1397   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1398
1399   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1400
1401     assert(v != VALUE_NONE);
1402
1403     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1404           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1405   }
1406
1407
1408   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1409   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1410   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1411
1412   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1413
1414     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1415           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1416           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1417   }
1418
1419
1420   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1421
1422   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1423
1424     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1425         *pv++ = *childPv++;
1426     *pv = MOVE_NONE;
1427   }
1428
1429
1430   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1431   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1432
1433   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1434                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1435
1436     if (ss->killers[0] != move)
1437     {
1438         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1439         ss->killers[0] = move;
1440     }
1441
1442     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1443
1444     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1445     Square ownPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1446     CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1447     CounterMoveStats& fmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(ownPrevSq)][ownPrevSq];
1448     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1449
1450     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1451
1452     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1453     {
1454         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1455         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1456     }
1457
1458     if (is_ok((ss-2)->currentMove))
1459         fmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1460
1461     // Decrease all the other played quiet moves
1462     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1463     {
1464         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1465
1466         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1467             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1468
1469         if (is_ok((ss-2)->currentMove))
1470             fmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1471     }
1472
1473     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1474     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1475         && !pos.captured_piece_type()
1476         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1477     {
1478         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1479         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1480         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1481     }
1482   }
1483
1484
1485   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1486   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1487
1488   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1489
1490     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1491     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1492
1493     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1494     Value topScore = rootMoves[0].score;
1495     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1496     int weakness = 120 - 2 * level;
1497     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1498
1499     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1500     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1501     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1502     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1503     {
1504         // This is our magic formula
1505         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1506                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1507
1508         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1509         {
1510             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1511             best = rootMoves[i].pv[0];
1512         }
1513     }
1514
1515     return best;
1516   }
1517
1518
1519   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1520   // when we are out of available time and thus stop the search.
1521
1522   void check_time() {
1523
1524     static TimePoint lastInfoTime = now();
1525
1526     int elapsed = Time.elapsed();
1527     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1528
1529     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1530     {
1531         lastInfoTime = tick;
1532         dbg_print();
1533     }
1534
1535     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1536     if (Limits.ponder)
1537         return;
1538
1539     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1540         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1541         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1542             Signals.stop = true;
1543   }
1544
1545 } // namespace
1546
1547
1548 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1549 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1550
1551 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1552
1553   std::stringstream ss;
1554   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1555   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1556   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1557   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1558   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1559
1560   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1561   {
1562       bool updated = (i <= PVIdx);
1563
1564       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1565           continue;
1566
1567       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1568       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1569
1570       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1571       v = tb ? TB::Score : v;
1572
1573       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1574           ss << "\n";
1575
1576       ss << "info"
1577          << " depth "    << d / ONE_PLY
1578          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1579          << " multipv "  << i + 1
1580          << " score "    << UCI::value(v);
1581
1582       if (!tb && i == PVIdx)
1583           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1584
1585       ss << " nodes "    << nodes_searched
1586          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1587
1588       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1589           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1590
1591       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1592          << " time "     << elapsed
1593          << " pv";
1594
1595       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1596           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1597   }
1598
1599   return ss.str();
1600 }
1601
1602
1603 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1604 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1605 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1606
1607 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1608
1609   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1610   bool ttHit;
1611
1612   for (Move m : pv)
1613   {
1614       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1615
1616       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1617
1618       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1619           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1620                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1621
1622       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1623   }
1624
1625   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1626       pos.undo_move(pv[--i]);
1627 }
1628
1629
1630 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1631 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1632 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1633 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1634
1635 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1636 {
1637     StateInfo st;
1638     bool ttHit;
1639
1640     assert(pv.size() == 1);
1641
1642     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1643     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1644     pos.undo_move(pv[0]);
1645
1646     if (ttHit)
1647     {
1648         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1649         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1650            return pv.push_back(m), true;
1651     }
1652
1653     return false;
1654 }