de67560a808a701ef11299bf7d6a3b8fb1753246
[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][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int 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[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
191 }
192
193
194 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
195 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
196
197 void MainThread::search() {
198
199   if (Limits.perft)
200   {
201       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
202       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
203       return;
204   }
205
206   Color us = rootPos.side_to_move();
207   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
208   TT.new_search();
209
210   if (rootMoves.empty())
211   {
212       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
213       sync_cout << "info depth 0 score "
214                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
215                 << sync_endl;
216   }
217   else
218   {
219       for (Thread* th : Threads)
220           if (th != this)
221               th->start_searching();
222
223       Thread::search(); // Let's start searching!
224   }
225
226   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
227   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
228   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
229   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
230   // until the GUI sends one of those commands.
231
232   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
233   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
234
235   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
236   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
237   Threads.stop = true;
238
239   // Wait until all threads have finished
240   for (Thread* th : Threads)
241       if (th != this)
242           th->wait_for_search_finished();
243
244   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
245   // the available ones before exiting.
246   if (Limits.npmsec)
247       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
248
249   // Check if there are threads with a better score than main thread
250   Thread* bestThread = this;
251   if (    Options["MultiPV"] == 1
252       && !Limits.depth
253       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
254       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
255   {
256       std::map<Move, int64_t> votes;
257       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
258
259       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
260       for (Thread* th: Threads)
261       {
262           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
263           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
264       }
265
266       // Vote according to score and depth
267       auto square = [](int64_t x) { return x * x; };
268       for (Thread* th : Threads)
269           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + (square(th->rootMoves[0].score - minScore + 1)
270                                                   * int64_t(th->completedDepth));
271
272       // Select best thread
273       int64_t bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
274       for (Thread* th : Threads)
275       {
276           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
277           {
278               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
279               bestThread = th;
280           }
281       }
282   }
283
284   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
285
286   // Send again PV info if we have a new best thread
287   if (bestThread != this)
288       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
289
290   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
291
292   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
293       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
294
295   std::cout << sync_endl;
296 }
297
298
299 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
300 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
301 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
302
303 void Thread::search() {
304
305   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
306   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
307   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
308   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
309   Stack stack[MAX_PLY+8], *ss = stack+5;
310   Move  pv[MAX_PLY+1];
311   Value bestValue, alpha, beta, delta;
312   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
313   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
314   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
315   double timeReduction = 1.0;
316   Color us = rootPos.side_to_move();
317   bool failedLow;
318
319   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
320   for (int i = 5; i > 0; i--)
321      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
322   ss->pv = pv;
323
324   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
325   beta = VALUE_INFINITE;
326
327   if (mainThread)
328       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
329
330   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
331   Skill skill(Options["Skill Level"]);
332
333   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
334   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
335   if (skill.enabled())
336       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
337
338   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
339
340   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
341
342   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
343   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
344       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
345           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
346           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
347           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
348           : ct;
349
350   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
351   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
352                           : -make_score(ct, ct / 2));
353
354   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
355   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
356          && !Threads.stop
357          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
358   {
359       // Distribute search depths across the helper threads
360       if (idx > 0)
361       {
362           int i = (idx - 1) % 20;
363           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
364               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
365       }
366
367       // Age out PV variability metric
368       if (mainThread)
369           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
370
371       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
372       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
373       for (RootMove& rm : rootMoves)
374           rm.previousScore = rm.score;
375
376       size_t pvFirst = 0;
377       pvLast = 0;
378
379       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
380       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
381       {
382           if (pvIdx == pvLast)
383           {
384               pvFirst = pvLast;
385               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
386                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
387                       break;
388           }
389
390           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
391           selDepth = 0;
392
393           // Reset aspiration window starting size
394           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
395           {
396               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
397               delta = Value(20);
398               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
399               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
400
401               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
402               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
403
404               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
405                                       : -make_score(dct, dct / 2));
406           }
407
408           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
409           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
410           // high/low anymore.
411           int failedHighCnt = 0;
412           while (true)
413           {
414               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
415               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
416
417               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
418               // is done with a stable algorithm because all the values but the
419               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
420               // and we want to keep the same order for all the moves except the
421               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
422               // search the already searched PV lines are preserved.
423               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
424
425               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
426               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
427               // the previous iteration.
428               if (Threads.stop)
429                   break;
430
431               // When failing high/low give some update (without cluttering
432               // the UI) before a re-search.
433               if (   mainThread
434                   && multiPV == 1
435                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
436                   && Time.elapsed() > 3000)
437                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
438
439               // In case of failing low/high increase aspiration window and
440               // re-search, otherwise exit the loop.
441               if (bestValue <= alpha)
442               {
443                   beta = (alpha + beta) / 2;
444                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
445
446                   if (mainThread)
447                   {
448                       failedHighCnt = 0;
449                       failedLow = true;
450                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
451                   }
452               }
453               else if (bestValue >= beta)
454               {
455                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
456                   if (mainThread)
457                       ++failedHighCnt;
458               }
459               else
460                   break;
461
462               delta += delta / 4 + 5;
463
464               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
465           }
466
467           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
468           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
469
470           if (    mainThread
471               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
472               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473       }
474
475       if (!Threads.stop)
476           completedDepth = rootDepth;
477
478       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
479          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
480          lastBestMoveDepth = rootDepth;
481       }
482
483       // Have we found a "mate in x"?
484       if (   Limits.mate
485           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
486           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
487           Threads.stop = true;
488
489       if (!mainThread)
490           continue;
491
492       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
493       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
494           skill.pick_best(multiPV);
495
496       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
497       if (    Limits.use_time_management()
498           && !Threads.stop
499           && !mainThread->stopOnPonderhit)
500       {
501           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
502           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
503
504           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
505           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
506
507           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
508           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
509           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
510
511           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
512           if (   rootMoves.size() == 1
513               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
514           {
515               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
516               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
517               if (mainThread->ponder)
518                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
519               else
520                   Threads.stop = true;
521           }
522       }
523   }
524
525   if (!mainThread)
526       return;
527
528   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
529
530   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
531   if (skill.enabled())
532       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
533                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
534 }
535
536
537 namespace {
538
539   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
540
541   template <NodeType NT>
542   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
543
544     constexpr bool PvNode = NT == PV;
545     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
546
547     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
548     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
549     if (   pos.rule50_count() >= 3
550         && alpha < VALUE_DRAW
551         && !rootNode
552         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
553     {
554         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
555         if (alpha >= beta)
556             return alpha;
557     }
558
559     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
560     if (depth < ONE_PLY)
561         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
562
563     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
564     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
565     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
566     assert(!(PvNode && cutNode));
567     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
568
569     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
570     StateInfo st;
571     TTEntry* tte;
572     Key posKey;
573     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
574     Depth extension, newDepth;
575     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
576     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, improving;
577     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
578     Piece movedPiece;
579     int moveCount, captureCount, quietCount;
580
581     // Step 1. Initialize node
582     Thread* thisThread = pos.this_thread();
583     inCheck = pos.checkers();
584     Color us = pos.side_to_move();
585     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
586     bestValue = -VALUE_INFINITE;
587     maxValue = VALUE_INFINITE;
588
589     // Check for the available remaining time
590     if (thisThread == Threads.main())
591         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
592
593     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
594     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
595         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
596
597     if (!rootNode)
598     {
599         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
600         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
601             || pos.is_draw(ss->ply)
602             || ss->ply >= MAX_PLY)
603             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
604                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
605
606         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
607         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
608         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
609         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
610         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
611         // mate. In this case return a fail-high score.
612         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
613         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
614         if (alpha >= beta)
615             return alpha;
616     }
617
618     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
619
620     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
621     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
622     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
623     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
624     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
625
626     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
627     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
628     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
629     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
630     // LMR which are based on the statScore of parent position.
631     (ss+2)->statScore = 0;
632
633     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
634     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
635     // position key in case of an excluded move.
636     excludedMove = ss->excludedMove;
637     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
638     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
639     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
640     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
641             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
642     pvHit = (ttHit && tte->pv_hit()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
643
644     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
645     if (  !PvNode
646         && ttHit
647         && tte->depth() >= depth
648         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
649         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
650                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
651     {
652         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
653         if (ttMove)
654         {
655             if (ttValue >= beta)
656             {
657                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
658                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
659
660                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
661                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
662                      && !pos.captured_piece())
663                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
664             }
665             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
666             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
667             {
668                 int penalty = -stat_bonus(depth);
669                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
670                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
671             }
672         }
673         return ttValue;
674     }
675
676     // Step 5. Tablebases probe
677     if (!rootNode && TB::Cardinality)
678     {
679         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
680
681         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
682             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
683             &&  pos.rule50_count() == 0
684             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
685         {
686             TB::ProbeState err;
687             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
688
689             // Force check of time on the next occasion
690             if (thisThread == Threads.main())
691                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
692
693             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
694             {
695                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
696
697                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
698
699                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
700                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
701                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
702
703                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
704                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
705
706                 if (    b == BOUND_EXACT
707                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
708                 {
709                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), pvHit, b,
710                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
711                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
712
713                     return value;
714                 }
715
716                 if (PvNode)
717                 {
718                     if (b == BOUND_LOWER)
719                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
720                     else
721                         maxValue = value;
722                 }
723             }
724         }
725     }
726
727     // Step 6. Static evaluation of the position
728     if (inCheck)
729     {
730         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
731         improving = false;
732         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
733     }
734     else if (ttHit)
735     {
736         // Never assume anything on values stored in TT
737         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
738         if (eval == VALUE_NONE)
739             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
740
741         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
742         if (    ttValue != VALUE_NONE
743             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
744             eval = ttValue;
745     }
746     else
747     {
748         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
749         {
750             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
751
752             pureStaticEval = evaluate(pos);
753             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
754         }
755         else
756             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
757
758         tte->save(posKey, VALUE_NONE, pvHit, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
759     }
760
761     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
762     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
763         &&  depth < 2 * ONE_PLY
764         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
765         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
766
767     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
768                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
769
770     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
771     if (   !PvNode
772         &&  depth < 7 * ONE_PLY
773         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
774         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
775         return eval;
776
777     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
778     if (   !PvNode
779         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
780         && (ss-1)->statScore < 23200
781         &&  eval >= beta
782         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
783         && !excludedMove
784         &&  pos.non_pawn_material(us)
785         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
786     {
787         assert(eval - beta >= 0);
788
789         // Null move dynamic reduction based on depth and value
790         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
791
792         ss->currentMove = MOVE_NULL;
793         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
794
795         pos.do_null_move(st);
796
797         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
798
799         pos.undo_null_move();
800
801         if (nullValue >= beta)
802         {
803             // Do not return unproven mate scores
804             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
805                 nullValue = beta;
806
807             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
808                 return nullValue;
809
810             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
811
812             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
813             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
814             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
815             thisThread->nmpColor = us;
816
817             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
818
819             thisThread->nmpMinPly = 0;
820
821             if (v >= beta)
822                 return nullValue;
823         }
824     }
825
826     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
827     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
828     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
829     if (   !PvNode
830         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
831         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
832     {
833         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
834         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
835         int probCutCount = 0;
836
837         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
838                && probCutCount < 3)
839             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
840             {
841                 probCutCount++;
842
843                 ss->currentMove = move;
844                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
845
846                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
847
848                 pos.do_move(move, st);
849
850                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
851                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
852
853                 // If the qsearch held perform the regular search
854                 if (value >= raisedBeta)
855                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
856
857                 pos.undo_move(move);
858
859                 if (value >= raisedBeta)
860                     return value;
861             }
862     }
863
864     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
865     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
866         && !ttMove)
867     {
868         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
869
870         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
871         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
872         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
873     }
874
875 moves_loop: // When in check, search starts from here
876
877     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
878     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
879
880     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
881                                       &thisThread->captureHistory,
882                                       contHist,
883                                       countermove,
884                                       ss->killers);
885     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
886
887     skipQuiets = false;
888     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
889
890     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
891     // or a beta cutoff occurs.
892     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
893     {
894       assert(is_ok(move));
895
896       if (move == excludedMove)
897           continue;
898
899       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
900       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
901       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
902       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
903       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
904                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
905           continue;
906
907       ss->moveCount = ++moveCount;
908
909       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
910           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
911                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
912                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
913       if (PvNode)
914           (ss+1)->pv = nullptr;
915
916       extension = DEPTH_ZERO;
917       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
918       movedPiece = pos.moved_piece(move);
919       givesCheck = gives_check(pos, move);
920
921       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
922                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
923
924       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
925
926       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
927       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
928       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
929       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
930       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
931       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
932           &&  move == ttMove
933           && !rootNode
934           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
935           &&  ttValue != VALUE_NONE
936           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
937           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
938           &&  pos.legal(move))
939       {
940           Value singularBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
941           ss->excludedMove = move;
942           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
943           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
944
945           if (value < singularBeta)
946               extension = ONE_PLY;
947
948           // Multi-cut pruning
949           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
950           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
951           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
952           // the hard beta bound.
953           else if (cutNode && singularBeta > beta)
954               return beta;
955       }
956       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
957                &&  pos.see_ge(move))
958           extension = ONE_PLY;
959
960       // Extension if castling
961       else if (type_of(move) == CASTLING)
962           extension = ONE_PLY;
963
964       // Calculate new depth for this move
965       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
966
967       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
968       if (  !rootNode
969           && pos.non_pawn_material(us)
970           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
971       {
972           if (   !captureOrPromotion
973               && !givesCheck
974               && !pos.advanced_pawn_push(move))
975           {
976               // Move count based pruning (~30 Elo)
977               if (moveCountPruning)
978               {
979                   skipQuiets = true;
980                   continue;
981               }
982
983               // Reduced depth of the next LMR search
984               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
985
986               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
987               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
988                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
989                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
990                   continue;
991
992               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
993               if (   lmrDepth < 7
994                   && !inCheck
995                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
996                   continue;
997
998               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
999               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
1000                   continue;
1001           }
1002           else if (   !extension // (~20 Elo)
1003                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
1004                   continue;
1005       }
1006
1007       // Speculative prefetch as early as possible
1008       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1009
1010       // Check for legality just before making the move
1011       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1012       {
1013           ss->moveCount = --moveCount;
1014           continue;
1015       }
1016
1017       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1018       ss->currentMove = move;
1019       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1020
1021       // Step 15. Make the move
1022       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1023
1024       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1025       // re-searched at full depth.
1026       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1027           &&  moveCount > 1
1028           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1029       {
1030           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1031
1032           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1033           if (pvHit)
1034               r -= ONE_PLY;
1035
1036           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1037           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1038               r -= ONE_PLY;
1039
1040           if (!captureOrPromotion)
1041           {
1042               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1043               if (ttCapture)
1044                   r += ONE_PLY;
1045
1046               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1047               if (cutNode)
1048                   r += 2 * ONE_PLY;
1049
1050               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1051               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1052               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1053               else if (    type_of(move) == NORMAL
1054                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1055                   r -= 2 * ONE_PLY;
1056
1057               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1058                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1059                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1060                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1061                              - 4000;
1062
1063               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1064               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1065                   r -= ONE_PLY;
1066
1067               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1068                   r += ONE_PLY;
1069
1070               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1071               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1072           }
1073
1074           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1075
1076           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1077
1078           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1079       }
1080       else
1081           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1082
1083       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1084       if (doFullDepthSearch)
1085           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1086
1087       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1088       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1089       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1090       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1091       {
1092           (ss+1)->pv = pv;
1093           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1094
1095           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1096       }
1097
1098       // Step 18. Undo move
1099       pos.undo_move(move);
1100
1101       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1102
1103       // Step 19. Check for a new best move
1104       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1105       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1106       // updating best move, PV and TT.
1107       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1108           return VALUE_ZERO;
1109
1110       if (rootNode)
1111       {
1112           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1113                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1114
1115           // PV move or new best move?
1116           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1117           {
1118               rm.score = value;
1119               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1120               rm.pv.resize(1);
1121
1122               assert((ss+1)->pv);
1123
1124               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1125                   rm.pv.push_back(*m);
1126
1127               // We record how often the best move has been changed in each
1128               // iteration. This information is used for time management: When
1129               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1130               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1131                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1132           }
1133           else
1134               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1135               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1136               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1137               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1138       }
1139
1140       if (value > bestValue)
1141       {
1142           bestValue = value;
1143
1144           if (value > alpha)
1145           {
1146               bestMove = move;
1147
1148               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1149                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1150
1151               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1152                   alpha = value;
1153               else
1154               {
1155                   assert(value >= beta); // Fail high
1156                   ss->statScore = 0;
1157                   break;
1158               }
1159           }
1160       }
1161
1162       if (move != bestMove)
1163       {
1164           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1165               capturesSearched[captureCount++] = move;
1166
1167           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1168               quietsSearched[quietCount++] = move;
1169       }
1170     }
1171
1172     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1173     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1174     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1175     /*
1176        if (Threads.stop)
1177         return VALUE_DRAW;
1178     */
1179
1180     // Step 20. Check for mate and stalemate
1181     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1182     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1183     // return a fail low score.
1184
1185     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1186
1187     if (!moveCount)
1188         bestValue = excludedMove ? alpha
1189                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1190     else if (bestMove)
1191     {
1192         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1193         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1194             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1195                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1196
1197         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1198
1199         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1200         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1201             && !pos.captured_piece())
1202                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1203
1204     }
1205     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1206     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1207              && !pos.captured_piece())
1208         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1209
1210     if (PvNode)
1211         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1212
1213     if (!excludedMove)
1214         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1215                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1216                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1217                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1218
1219     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1220
1221     return bestValue;
1222   }
1223
1224
1225   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1226   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1227   template <NodeType NT>
1228   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1229
1230     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1231
1232     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1233     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1234     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1235     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1236
1237     Move pv[MAX_PLY+1];
1238     StateInfo st;
1239     TTEntry* tte;
1240     Key posKey;
1241     Move ttMove, move, bestMove;
1242     Depth ttDepth;
1243     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1244     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1245     int moveCount;
1246
1247     if (PvNode)
1248     {
1249         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1250         (ss+1)->pv = pv;
1251         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1252     }
1253
1254     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1255     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1256     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1257     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1258     inCheck = pos.checkers();
1259     moveCount = 0;
1260
1261     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1262     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1263         || ss->ply >= MAX_PLY)
1264         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1265
1266     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1267
1268     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1269     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1270     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1271     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1272                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1273     // Transposition table lookup
1274     posKey = pos.key();
1275     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1276     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1277     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1278     pvHit = ttHit && tte->pv_hit();
1279
1280     if (  !PvNode
1281         && ttHit
1282         && tte->depth() >= ttDepth
1283         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1284         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1285                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1286         return ttValue;
1287
1288     // Evaluate the position statically
1289     if (inCheck)
1290     {
1291         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1292         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1293     }
1294     else
1295     {
1296         if (ttHit)
1297         {
1298             // Never assume anything on values stored in TT
1299             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1300                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1301
1302             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1303             if (    ttValue != VALUE_NONE
1304                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1305                 bestValue = ttValue;
1306         }
1307         else
1308             ss->staticEval = bestValue =
1309             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1310                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1311
1312         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1313         if (bestValue >= beta)
1314         {
1315             if (!ttHit)
1316                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1317                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1318
1319             return bestValue;
1320         }
1321
1322         if (PvNode && bestValue > alpha)
1323             alpha = bestValue;
1324
1325         futilityBase = bestValue + 128;
1326     }
1327
1328     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1329
1330     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1331     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1332     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1333     // be generated.
1334     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1335                                       &thisThread->captureHistory,
1336                                       contHist,
1337                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1338
1339     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1340     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1341     {
1342       assert(is_ok(move));
1343
1344       givesCheck = gives_check(pos, move);
1345
1346       moveCount++;
1347
1348       // Futility pruning
1349       if (   !inCheck
1350           && !givesCheck
1351           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1352           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1353       {
1354           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1355
1356           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1357
1358           if (futilityValue <= alpha)
1359           {
1360               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1361               continue;
1362           }
1363
1364           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1365           {
1366               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1367               continue;
1368           }
1369       }
1370
1371       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1372       evasionPrunable =    inCheck
1373                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1374                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1375                        && !pos.capture(move);
1376
1377       // Don't search moves with negative SEE values
1378       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1379           && !pos.see_ge(move))
1380           continue;
1381
1382       // Speculative prefetch as early as possible
1383       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1384
1385       // Check for legality just before making the move
1386       if (!pos.legal(move))
1387       {
1388           moveCount--;
1389           continue;
1390       }
1391
1392       ss->currentMove = move;
1393       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1394
1395       // Make and search the move
1396       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1397       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1398       pos.undo_move(move);
1399
1400       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1401
1402       // Check for a new best move
1403       if (value > bestValue)
1404       {
1405           bestValue = value;
1406
1407           if (value > alpha)
1408           {
1409               bestMove = move;
1410
1411               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1412                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1413
1414               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1415                   alpha = value;
1416               else
1417                   break; // Fail high
1418           }
1419        }
1420     }
1421
1422     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1423     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1424     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1425         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1426
1427     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1428               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1429               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1430               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1431
1432     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1433
1434     return bestValue;
1435   }
1436
1437
1438   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1439   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1440   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1441
1442   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1443
1444     assert(v != VALUE_NONE);
1445
1446     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1447           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1448   }
1449
1450
1451   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1452   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1453   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1454
1455   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1456
1457     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1458           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1459           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1460   }
1461
1462
1463   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1464
1465   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1466
1467     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1468         *pv++ = *childPv++;
1469     *pv = MOVE_NONE;
1470   }
1471
1472
1473   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1474   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1475
1476   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1477
1478     for (int i : {1, 2, 4})
1479         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1480             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1481   }
1482
1483
1484   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1485
1486   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1487                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1488
1489       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1490       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1491       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1492
1493       if (pos.capture_or_promotion(move))
1494           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1495
1496       // Decrease all the other played capture moves
1497       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1498       {
1499           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1500           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1501           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1502       }
1503   }
1504
1505
1506   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1507
1508   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1509                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1510
1511     if (ss->killers[0] != move)
1512     {
1513         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1514         ss->killers[0] = move;
1515     }
1516
1517     Color us = pos.side_to_move();
1518     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1519     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1520     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1521
1522     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1523     {
1524         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1525         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1526     }
1527
1528     // Decrease all the other played quiet moves
1529     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1530     {
1531         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1532         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1533     }
1534   }
1535
1536   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1537   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1538
1539   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1540
1541     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1542     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1543
1544     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1545     Value topScore = rootMoves[0].score;
1546     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1547     int weakness = 120 - 2 * level;
1548     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1549
1550     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1551     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1552     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1553     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1554     {
1555         // This is our magic formula
1556         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1557                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1558
1559         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1560         {
1561             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1562             best = rootMoves[i].pv[0];
1563         }
1564     }
1565
1566     return best;
1567   }
1568
1569 } // namespace
1570
1571 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1572 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1573
1574 void MainThread::check_time() {
1575
1576   if (--callsCnt > 0)
1577       return;
1578
1579   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1580   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1581
1582   static TimePoint lastInfoTime = now();
1583
1584   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1585   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1586
1587   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1588   {
1589       lastInfoTime = tick;
1590       dbg_print();
1591   }
1592
1593   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1594   if (ponder)
1595       return;
1596
1597   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1598       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1599       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1600       Threads.stop = true;
1601 }
1602
1603
1604 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1605 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1606
1607 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1608
1609   std::stringstream ss;
1610   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1611   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1612   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1613   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1614   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1615   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1616
1617   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1618   {
1619       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1620
1621       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1622           continue;
1623
1624       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1625       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1626
1627       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1628       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1629
1630       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1631           ss << "\n";
1632
1633       ss << "info"
1634          << " depth "    << d / ONE_PLY
1635          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1636          << " multipv "  << i + 1
1637          << " score "    << UCI::value(v);
1638
1639       if (!tb && i == pvIdx)
1640           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1641
1642       ss << " nodes "    << nodesSearched
1643          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1644
1645       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1646           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1647
1648       ss << " tbhits "   << tbHits
1649          << " time "     << elapsed
1650          << " pv";
1651
1652       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1653           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1654   }
1655
1656   return ss.str();
1657 }
1658
1659
1660 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1661 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1662 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1663 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1664
1665 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1666
1667     StateInfo st;
1668     bool ttHit;
1669
1670     assert(pv.size() == 1);
1671
1672     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1673         return false;
1674
1675     pos.do_move(pv[0], st);
1676     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1677
1678     if (ttHit)
1679     {
1680         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1681         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1682             pv.push_back(m);
1683     }
1684
1685     pos.undo_move(pv[0]);
1686     return pv.size() > 1;
1687 }
1688
1689 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1690
1691     RootInTB = false;
1692     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1693     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1694     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1695     bool dtz_available = true;
1696
1697     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1698     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1699     if (Cardinality > MaxCardinality)
1700     {
1701         Cardinality = MaxCardinality;
1702         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1703     }
1704
1705     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1706     {
1707         // Rank moves using DTZ tables
1708         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1709
1710         if (!RootInTB)
1711         {
1712             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1713             dtz_available = false;
1714             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1715         }
1716     }
1717
1718     if (RootInTB)
1719     {
1720         // Sort moves according to TB rank
1721         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1722                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1723
1724         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1725         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1726             Cardinality = 0;
1727     }
1728     else
1729     {
1730         // Assign the same rank to all moves
1731         for (auto& m : rootMoves)
1732             m.tbRank = 0;
1733     }
1734 }