Simplify Thread Voting Scheme #2129
[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   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 600;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn] / 1024;
75     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024)) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
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 avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   template <NodeType NT>
106   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
107
108   template <NodeType NT>
109   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
110
111   Value value_to_tt(Value v, int ply);
112   Value value_from_tt(Value v, int ply);
113   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
114   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
115   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
116   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
117
118   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
119   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
120   template<bool Root>
121   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
122
123     StateInfo st;
124     uint64_t cnt, nodes = 0;
125     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
126
127     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
128     {
129         if (Root && depth <= ONE_PLY)
130             cnt = 1, nodes++;
131         else
132         {
133             pos.do_move(m, st);
134             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
135             nodes += cnt;
136             pos.undo_move(m);
137         }
138         if (Root)
139             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
140     }
141     return nodes;
142   }
143
144 } // namespace
145
146
147 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
148
149 void Search::init() {
150
151   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
152       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
153 }
154
155
156 /// Search::clear() resets search state to its initial value
157
158 void Search::clear() {
159
160   Threads.main()->wait_for_search_finished();
161
162   Time.availableNodes = 0;
163   TT.clear();
164   Threads.clear();
165   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
166 }
167
168
169 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
170 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
171
172 void MainThread::search() {
173
174   if (Limits.perft)
175   {
176       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
177       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
178       return;
179   }
180
181   Color us = rootPos.side_to_move();
182   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
183   TT.new_search();
184
185   if (rootMoves.empty())
186   {
187       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
188       sync_cout << "info depth 0 score "
189                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
190                 << sync_endl;
191   }
192   else
193   {
194       for (Thread* th : Threads)
195       {
196           th->bestMoveChanges = 0;
197           if (th != this)
198               th->start_searching();
199       }
200
201       Thread::search(); // Let's start searching!
202   }
203
204   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
205   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
206   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
207   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
208   // until the GUI sends one of those commands.
209
210   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
211   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
212
213   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
214   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
215   Threads.stop = true;
216
217   // Wait until all threads have finished
218   for (Thread* th : Threads)
219       if (th != this)
220           th->wait_for_search_finished();
221
222   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
223   // the available ones before exiting.
224   if (Limits.npmsec)
225       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
226
227   Thread* bestThread = this;
228
229   // Check if there are threads with a better score than main thread
230   if (    Options["MultiPV"] == 1
231       && !Limits.depth
232       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
233       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
234   {
235       std::map<Move, int64_t> votes;
236       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
237
238       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
239       for (Thread* th: Threads)
240           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
241
242       // Vote according to score and depth
243       for (Thread* th : Threads)
244           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
245                (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
246
247       // Select best thread
248       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
249       for (Thread* th : Threads)
250           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
251           {
252               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
253               bestThread = th;
254           }
255   }
256
257   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
258
259   // Send again PV info if we have a new best thread
260   if (bestThread != this)
261       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
262
263   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
264
265   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
266       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
267
268   std::cout << sync_endl;
269 }
270
271
272 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
273 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
274 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
275
276 void Thread::search() {
277
278   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
279   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
280   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
281   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
282   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
283   Move  pv[MAX_PLY+1];
284   Value bestValue, alpha, beta, delta;
285   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
286   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
287   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
288   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
289   Color us = rootPos.side_to_move();
290
291   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
292   for (int i = 7; i > 0; i--)
293      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
294   ss->pv = pv;
295
296   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
297   beta = VALUE_INFINITE;
298
299   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
300   Skill skill(Options["Skill Level"]);
301
302   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
303   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
304   if (skill.enabled())
305       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
306
307   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
308
309   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
310
311   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
312   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
313       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
314           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
315           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
316           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
317           : ct;
318
319   // Evaluation score is from the white point of view
320   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
321                           : -make_score(ct, ct / 2));
322
323   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
324   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
325          && !Threads.stop
326          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
327   {
328       // Age out PV variability metric
329       if (mainThread)
330           totBestMoveChanges /= 2;
331
332       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
333       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
334       for (RootMove& rm : rootMoves)
335           rm.previousScore = rm.score;
336
337       size_t pvFirst = 0;
338       pvLast = 0;
339
340       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
341       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
342       {
343           if (pvIdx == pvLast)
344           {
345               pvFirst = pvLast;
346               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
347                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
348                       break;
349           }
350
351           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
352           selDepth = 0;
353
354           // Reset aspiration window starting size
355           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
356           {
357               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
358               delta = Value(20);
359               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
360               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
361
362               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
363               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
364
365               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
366                                       : -make_score(dct, dct / 2));
367           }
368
369           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
370           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
371           // high/low anymore.
372           int failedHighCnt = 0;
373           while (true)
374           {
375               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
376               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
377
378               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
379               // is done with a stable algorithm because all the values but the
380               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
381               // and we want to keep the same order for all the moves except the
382               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
383               // search the already searched PV lines are preserved.
384               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
385
386               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
387               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
388               // the previous iteration.
389               if (Threads.stop)
390                   break;
391
392               // When failing high/low give some update (without cluttering
393               // the UI) before a re-search.
394               if (   mainThread
395                   && multiPV == 1
396                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
397                   && Time.elapsed() > 3000)
398                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
399
400               // In case of failing low/high increase aspiration window and
401               // re-search, otherwise exit the loop.
402               if (bestValue <= alpha)
403               {
404                   beta = (alpha + beta) / 2;
405                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
406
407                   if (mainThread)
408                   {
409                       failedHighCnt = 0;
410                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
411                   }
412               }
413               else if (bestValue >= beta)
414               {
415                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
416                   if (mainThread)
417                       ++failedHighCnt;
418               }
419               else
420                   break;
421
422               delta += delta / 4 + 5;
423
424               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
425           }
426
427           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
428           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
429
430           if (    mainThread
431               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
432               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
433       }
434
435       if (!Threads.stop)
436           completedDepth = rootDepth;
437
438       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
439          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
440          lastBestMoveDepth = rootDepth;
441       }
442
443       // Have we found a "mate in x"?
444       if (   Limits.mate
445           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
446           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
447           Threads.stop = true;
448
449       if (!mainThread)
450           continue;
451
452       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
453       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
454           skill.pick_best(multiPV);
455
456       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
457       if (    Limits.use_time_management()
458           && !Threads.stop
459           && !mainThread->stopOnPonderhit)
460       {
461           double fallingEval = (314 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
462           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
463
464           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
465           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
466           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
467
468           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
469           for (Thread* th : Threads)
470           {
471               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
472               th->bestMoveChanges = 0;
473           }
474           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
475
476           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
477           if (   rootMoves.size() == 1
478               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
479           {
480               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
481               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
482               if (mainThread->ponder)
483                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
484               else
485                   Threads.stop = true;
486           }
487       }
488   }
489
490   if (!mainThread)
491       return;
492
493   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
494
495   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
496   if (skill.enabled())
497       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
498                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
499 }
500
501
502 namespace {
503
504   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
505
506   template <NodeType NT>
507   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
508
509     constexpr bool PvNode = NT == PV;
510     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
511
512     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
513     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
514     if (   pos.rule50_count() >= 3
515         && alpha < VALUE_DRAW
516         && !rootNode
517         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
518     {
519         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
520         if (alpha >= beta)
521             return alpha;
522     }
523
524     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
525     if (depth < ONE_PLY)
526         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
527
528     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
529     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
530     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
531     assert(!(PvNode && cutNode));
532     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
533
534     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
535     StateInfo st;
536     TTEntry* tte;
537     Key posKey;
538     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
539     Depth extension, newDepth;
540     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
541     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
542     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
543     Piece movedPiece;
544     int moveCount, captureCount, quietCount;
545
546     // Step 1. Initialize node
547     Thread* thisThread = pos.this_thread();
548     inCheck = pos.checkers();
549     Color us = pos.side_to_move();
550     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
551     bestValue = -VALUE_INFINITE;
552     maxValue = VALUE_INFINITE;
553
554     // Check for the available remaining time
555     if (thisThread == Threads.main())
556         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
557
558     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
559     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
560         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
561
562     if (!rootNode)
563     {
564         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
565         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
566             || pos.is_draw(ss->ply)
567             || ss->ply >= MAX_PLY)
568             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
569                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
570
571         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
572         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
573         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
574         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
575         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
576         // mate. In this case return a fail-high score.
577         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
578         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
579         if (alpha >= beta)
580             return alpha;
581     }
582
583     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
584
585     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
586     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
587     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
588     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
589
590     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
591     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
592     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
593     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
594     // LMR which are based on the statScore of parent position.
595         if (rootNode)
596                 (ss + 4)->statScore = 0;
597         else
598                 (ss + 2)->statScore = 0;
599
600     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
601     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
602     // position key in case of an excluded move.
603     excludedMove = ss->excludedMove;
604     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
605     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
606     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
607     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
608             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
609     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
610
611     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
612     if (  !PvNode
613         && ttHit
614         && tte->depth() >= depth
615         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
616         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
617                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
618     {
619         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
620         if (ttMove)
621         {
622             if (ttValue >= beta)
623             {
624                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
625                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
626
627                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
628                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
629                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
630             }
631             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
632             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
633             {
634                 int penalty = -stat_bonus(depth);
635                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
636                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
637             }
638         }
639         return ttValue;
640     }
641
642     // Step 5. Tablebases probe
643     if (!rootNode && TB::Cardinality)
644     {
645         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
646
647         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
648             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
649             &&  pos.rule50_count() == 0
650             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
651         {
652             TB::ProbeState err;
653             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
654
655             // Force check of time on the next occasion
656             if (thisThread == Threads.main())
657                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
658
659             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
660             {
661                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
662
663                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
664
665                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
666                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
667                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
668
669                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
670                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
671
672                 if (    b == BOUND_EXACT
673                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
674                 {
675                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
676                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
677                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
678
679                     return value;
680                 }
681
682                 if (PvNode)
683                 {
684                     if (b == BOUND_LOWER)
685                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
686                     else
687                         maxValue = value;
688                 }
689             }
690         }
691     }
692
693     // Step 6. Static evaluation of the position
694     if (inCheck)
695     {
696         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
697         improving = false;
698         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
699     }
700     else if (ttHit)
701     {
702         // Never assume anything on values stored in TT
703         ss->staticEval = eval = tte->eval();
704         if (eval == VALUE_NONE)
705             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
706
707         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
708         if (    ttValue != VALUE_NONE
709             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
710             eval = ttValue;
711     }
712     else
713     {
714         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
715         {
716             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
717
718             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
719         }
720         else
721             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
722
723         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
724     }
725
726     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
727     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
728         &&  depth < 2 * ONE_PLY
729         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
730         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
731
732     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
733                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
734
735     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
736     if (   !PvNode
737         &&  depth < 7 * ONE_PLY
738         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
739         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
740         return eval;
741
742     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
743     if (   !PvNode
744         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
745         && (ss-1)->statScore < 23200
746         &&  eval >= beta
747         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
748         && !excludedMove
749         &&  pos.non_pawn_material(us)
750         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
751     {
752         assert(eval - beta >= 0);
753
754         // Null move dynamic reduction based on depth and value
755         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
756
757         ss->currentMove = MOVE_NULL;
758         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
759
760         pos.do_null_move(st);
761
762         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
763
764         pos.undo_null_move();
765
766         if (nullValue >= beta)
767         {
768             // Do not return unproven mate scores
769             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
770                 nullValue = beta;
771
772             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
773                 return nullValue;
774
775             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
776
777             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
778             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
779             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
780             thisThread->nmpColor = us;
781
782             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
783
784             thisThread->nmpMinPly = 0;
785
786             if (v >= beta)
787                 return nullValue;
788         }
789     }
790
791     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
792     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
793     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
794     if (   !PvNode
795         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
796         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
797     {
798         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
799         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
800         int probCutCount = 0;
801
802         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
803                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
804             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
805             {
806                 probCutCount++;
807
808                 ss->currentMove = move;
809                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
810
811                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
812
813                 pos.do_move(move, st);
814
815                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
816                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
817
818                 // If the qsearch held, perform the regular search
819                 if (value >= raisedBeta)
820                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
821
822                 pos.undo_move(move);
823
824                 if (value >= raisedBeta)
825                     return value;
826             }
827     }
828
829     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
830     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
831     {
832         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
833
834         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
835         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
836         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
837     }
838
839 moves_loop: // When in check, search starts from here
840
841     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
842                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
843                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
844
845     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
846
847     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
848                                       &thisThread->captureHistory,
849                                       contHist,
850                                       countermove,
851                                       ss->killers);
852
853     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
854     moveCountPruning = false;
855     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
856     int singularExtensionLMRmultiplier = 0;
857
858     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
859     // or a beta cutoff occurs.
860     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
861     {
862       assert(is_ok(move));
863
864       if (move == excludedMove)
865           continue;
866
867       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
868       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
869       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
870       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
871       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
872                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
873           continue;
874
875       ss->moveCount = ++moveCount;
876
877       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
878           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
879                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
880                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
881       if (PvNode)
882           (ss+1)->pv = nullptr;
883
884       extension = DEPTH_ZERO;
885       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
886       movedPiece = pos.moved_piece(move);
887       givesCheck = pos.gives_check(move);
888
889       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
890
891       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
892       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
893       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
894       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
895       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
896       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
897           &&  move == ttMove
898           && !rootNode
899           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
900        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
901           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
902           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
903           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
904           &&  pos.legal(move))
905       {
906           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
907           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
908           ss->excludedMove = move;
909           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
910           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
911
912           if (value < singularBeta)
913               {
914               extension = ONE_PLY;
915               singularExtensionLMRmultiplier++;
916               if (value < singularBeta - std::min(3 * depth / ONE_PLY, 39))
917                   singularExtensionLMRmultiplier++;
918               }
919
920           // Multi-cut pruning
921           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
922           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
923           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
924           // the hard beta bound.
925           else if (cutNode && singularBeta > beta)
926               return beta;
927       }
928
929       // Check extension (~2 Elo)
930       else if (    givesCheck
931                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
932           extension = ONE_PLY;
933
934       // Castling extension
935       else if (type_of(move) == CASTLING)
936           extension = ONE_PLY;
937
938       // Shuffle extension
939       else if (   PvNode
940                && pos.rule50_count() > 18
941                && depth < 3 * ONE_PLY
942                && ss->ply < 3 * thisThread->rootDepth / ONE_PLY) // To avoid too deep searches
943           extension = ONE_PLY;
944
945       // Passed pawn extension
946       else if (   move == ss->killers[0]
947                && pos.advanced_pawn_push(move)
948                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
949           extension = ONE_PLY;
950
951       // Calculate new depth for this move
952       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
953
954       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
955       if (  !rootNode
956           && pos.non_pawn_material(us)
957           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
958       {
959           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
960           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
961
962           if (   !captureOrPromotion
963               && !givesCheck
964               && !pos.advanced_pawn_push(move))
965           {
966               // Move count based pruning (~30 Elo)
967               if (moveCountPruning)
968                   continue;
969
970               // Reduced depth of the next LMR search
971               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
972               lmrDepth /= ONE_PLY;
973
974               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
975               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
976                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
977                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
978                   continue;
979
980               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
981               if (   lmrDepth < 7
982                   && !inCheck
983                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
984                   continue;
985
986               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
987               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
988                   continue;
989           }
990           else if (!pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
991                   continue;
992       }
993
994       // Speculative prefetch as early as possible
995       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
996
997       // Check for legality just before making the move
998       if (!rootNode && !pos.legal(move))
999       {
1000           ss->moveCount = --moveCount;
1001           continue;
1002       }
1003
1004       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1005       ss->currentMove = move;
1006       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1007
1008       // Step 15. Make the move
1009       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1010
1011       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1012       // re-searched at full depth.
1013       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1014           &&  moveCount > 1 + 3 * rootNode
1015           && (  !captureOrPromotion
1016               || moveCountPruning
1017               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha))
1018       {
1019           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1020
1021           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1022           if (ttPv)
1023               r -= 2 * ONE_PLY;
1024
1025           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1026           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1027               r -= ONE_PLY;
1028           // Decrease reduction if move has been singularly extended
1029           r -= singularExtensionLMRmultiplier * ONE_PLY;
1030
1031           if (!captureOrPromotion)
1032           {
1033               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1034               if (ttCapture)
1035                   r += ONE_PLY;
1036
1037               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1038               if (cutNode)
1039                   r += 2 * ONE_PLY;
1040
1041               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1042               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1043               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1044               else if (    type_of(move) == NORMAL
1045                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1046                   r -= 2 * ONE_PLY;
1047
1048               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1049                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1050                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1051                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1052                              - 4000;
1053
1054               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1055               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1056                   r -= ONE_PLY;
1057
1058               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1059                   r += ONE_PLY;
1060
1061               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1062               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1063           }
1064
1065           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1066
1067           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1068
1069           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1070       }
1071       else
1072           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1073
1074       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1075       if (doFullDepthSearch)
1076           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1077
1078       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1079       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1080       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1081       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1082       {
1083           (ss+1)->pv = pv;
1084           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1085
1086           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1087       }
1088
1089       // Step 18. Undo move
1090       pos.undo_move(move);
1091
1092       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1093
1094       // Step 19. Check for a new best move
1095       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1096       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1097       // updating best move, PV and TT.
1098       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1099           return VALUE_ZERO;
1100
1101       if (rootNode)
1102       {
1103           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1104                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1105
1106           // PV move or new best move?
1107           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1108           {
1109               rm.score = value;
1110               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1111               rm.pv.resize(1);
1112
1113               assert((ss+1)->pv);
1114
1115               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1116                   rm.pv.push_back(*m);
1117
1118               // We record how often the best move has been changed in each
1119               // iteration. This information is used for time management: When
1120               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1121               if (moveCount > 1)
1122                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1123           }
1124           else
1125               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1126               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1127               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1128               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1129       }
1130
1131       if (value > bestValue)
1132       {
1133           bestValue = value;
1134
1135           if (value > alpha)
1136           {
1137               bestMove = move;
1138
1139               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1140                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1141
1142               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1143                   alpha = value;
1144               else
1145               {
1146                   assert(value >= beta); // Fail high
1147                   ss->statScore = 0;
1148                   break;
1149               }
1150           }
1151       }
1152
1153       if (move != bestMove)
1154       {
1155           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1156               capturesSearched[captureCount++] = move;
1157
1158           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1159               quietsSearched[quietCount++] = move;
1160       }
1161     }
1162
1163     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1164     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1165     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1166     /*
1167        if (Threads.stop)
1168         return VALUE_DRAW;
1169     */
1170
1171     // Step 20. Check for mate and stalemate
1172     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1173     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1174     // return a fail low score.
1175
1176     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1177
1178     if (!moveCount)
1179         bestValue = excludedMove ? alpha
1180                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1181     else if (bestMove)
1182     {
1183         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1184         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1185             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1186                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1187
1188         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1189
1190         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1191         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1192             && !pos.captured_piece())
1193                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1194
1195     }
1196     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1197     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1198              && !pos.captured_piece())
1199         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1200
1201     if (PvNode)
1202         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1203
1204     if (!excludedMove)
1205         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1206                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1207                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1208                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1209
1210     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1211
1212     return bestValue;
1213   }
1214
1215
1216   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1217   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1218   template <NodeType NT>
1219   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1220
1221     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1222
1223     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1224     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1225     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1226     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1227
1228     Move pv[MAX_PLY+1];
1229     StateInfo st;
1230     TTEntry* tte;
1231     Key posKey;
1232     Move ttMove, move, bestMove;
1233     Depth ttDepth;
1234     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1235     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1236     int moveCount;
1237
1238     if (PvNode)
1239     {
1240         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1241         (ss+1)->pv = pv;
1242         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1243     }
1244
1245     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1246     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1247     bestMove = MOVE_NONE;
1248     inCheck = pos.checkers();
1249     moveCount = 0;
1250
1251     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1252     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1253         || ss->ply >= MAX_PLY)
1254         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1255
1256     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1257
1258     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1259     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1260     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1261     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1262                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1263     // Transposition table lookup
1264     posKey = pos.key();
1265     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1266     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1267     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1268     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1269
1270     if (  !PvNode
1271         && ttHit
1272         && tte->depth() >= ttDepth
1273         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1274         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1275                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1276         return ttValue;
1277
1278     // Evaluate the position statically
1279     if (inCheck)
1280     {
1281         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1282         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1283     }
1284     else
1285     {
1286         if (ttHit)
1287         {
1288             // Never assume anything on values stored in TT
1289             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1290                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1291
1292             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1293             if (    ttValue != VALUE_NONE
1294                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1295                 bestValue = ttValue;
1296         }
1297         else
1298             ss->staticEval = bestValue =
1299             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1300                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1301
1302         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1303         if (bestValue >= beta)
1304         {
1305             if (!ttHit)
1306                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1307                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1308
1309             return bestValue;
1310         }
1311
1312         if (PvNode && bestValue > alpha)
1313             alpha = bestValue;
1314
1315         futilityBase = bestValue + 128;
1316     }
1317
1318     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1319                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1320                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1321
1322     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1323     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1324     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1325     // be generated.
1326     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1327                                       &thisThread->captureHistory,
1328                                       contHist,
1329                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1330
1331     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1332     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1333     {
1334       assert(is_ok(move));
1335
1336       givesCheck = pos.gives_check(move);
1337
1338       moveCount++;
1339
1340       // Futility pruning
1341       if (   !inCheck
1342           && !givesCheck
1343           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1344           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1345       {
1346           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1347
1348           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1349
1350           if (futilityValue <= alpha)
1351           {
1352               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1353               continue;
1354           }
1355
1356           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1357           {
1358               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1359               continue;
1360           }
1361       }
1362
1363       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1364       evasionPrunable =    inCheck
1365                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1366                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1367                        && !pos.capture(move);
1368
1369       // Don't search moves with negative SEE values
1370       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1371           && !pos.see_ge(move))
1372           continue;
1373
1374       // Speculative prefetch as early as possible
1375       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1376
1377       // Check for legality just before making the move
1378       if (!pos.legal(move))
1379       {
1380           moveCount--;
1381           continue;
1382       }
1383
1384       ss->currentMove = move;
1385       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1386
1387       // Make and search the move
1388       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1389       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1390       pos.undo_move(move);
1391
1392       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1393
1394       // Check for a new best move
1395       if (value > bestValue)
1396       {
1397           bestValue = value;
1398
1399           if (value > alpha)
1400           {
1401               bestMove = move;
1402
1403               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1404                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1405
1406               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1407                   alpha = value;
1408               else
1409                   break; // Fail high
1410           }
1411        }
1412     }
1413
1414     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1415     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1416     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1417         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1418
1419     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1420               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1421               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1422               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1423
1424     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1425
1426     return bestValue;
1427   }
1428
1429
1430   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1431   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1432   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1433
1434   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1435
1436     assert(v != VALUE_NONE);
1437
1438     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1439           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1440   }
1441
1442
1443   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1444   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1445   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1446
1447   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1448
1449     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1450           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1451           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1452   }
1453
1454
1455   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1456
1457   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1458
1459     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1460         *pv++ = *childPv++;
1461     *pv = MOVE_NONE;
1462   }
1463
1464
1465   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1466   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1467
1468   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1469
1470     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1471         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1472             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1473   }
1474
1475
1476   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1477
1478   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1479                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1480
1481       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1482       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1483       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1484
1485       if (pos.capture_or_promotion(move))
1486           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1487
1488       // Decrease all the other played capture moves
1489       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1490       {
1491           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1492           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1493           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1494       }
1495   }
1496
1497
1498   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1499
1500   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1501                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1502
1503     if (ss->killers[0] != move)
1504     {
1505         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1506         ss->killers[0] = move;
1507     }
1508
1509     Color us = pos.side_to_move();
1510     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1511     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1512     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1513
1514     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1515     {
1516         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1517         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1518     }
1519
1520     // Decrease all the other played quiet moves
1521     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1522     {
1523         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1524         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1525     }
1526   }
1527
1528   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1529   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1530
1531   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1532
1533     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1534     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1535
1536     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1537     Value topScore = rootMoves[0].score;
1538     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1539     int weakness = 120 - 2 * level;
1540     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1541
1542     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1543     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1544     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1545     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1546     {
1547         // This is our magic formula
1548         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1549                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1550
1551         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1552         {
1553             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1554             best = rootMoves[i].pv[0];
1555         }
1556     }
1557
1558     return best;
1559   }
1560
1561 } // namespace
1562
1563 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1564 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1565
1566 void MainThread::check_time() {
1567
1568   if (--callsCnt > 0)
1569       return;
1570
1571   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1572   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1573
1574   static TimePoint lastInfoTime = now();
1575
1576   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1577   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1578
1579   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1580   {
1581       lastInfoTime = tick;
1582       dbg_print();
1583   }
1584
1585   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1586   if (ponder)
1587       return;
1588
1589   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1590       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1591       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1592       Threads.stop = true;
1593 }
1594
1595
1596 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1597 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1598
1599 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1600
1601   std::stringstream ss;
1602   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1603   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1604   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1605   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1606   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1607   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1608
1609   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1610   {
1611       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1612
1613       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1614           continue;
1615
1616       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1617       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1618
1619       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1620       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1621
1622       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1623           ss << "\n";
1624
1625       ss << "info"
1626          << " depth "    << d / ONE_PLY
1627          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1628          << " multipv "  << i + 1
1629          << " score "    << UCI::value(v);
1630
1631       if (!tb && i == pvIdx)
1632           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1633
1634       ss << " nodes "    << nodesSearched
1635          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1636
1637       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1638           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1639
1640       ss << " tbhits "   << tbHits
1641          << " time "     << elapsed
1642          << " pv";
1643
1644       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1645           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1646   }
1647
1648   return ss.str();
1649 }
1650
1651
1652 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1653 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1654 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1655 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1656
1657 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1658
1659     StateInfo st;
1660     bool ttHit;
1661
1662     assert(pv.size() == 1);
1663
1664     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1665         return false;
1666
1667     pos.do_move(pv[0], st);
1668     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1669
1670     if (ttHit)
1671     {
1672         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1673         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1674             pv.push_back(m);
1675     }
1676
1677     pos.undo_move(pv[0]);
1678     return pv.size() > 1;
1679 }
1680
1681 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1682
1683     RootInTB = false;
1684     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1685     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1686     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1687     bool dtz_available = true;
1688
1689     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1690     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1691     if (Cardinality > MaxCardinality)
1692     {
1693         Cardinality = MaxCardinality;
1694         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1695     }
1696
1697     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1698     {
1699         // Rank moves using DTZ tables
1700         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1701
1702         if (!RootInTB)
1703         {
1704             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1705             dtz_available = false;
1706             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1707         }
1708     }
1709
1710     if (RootInTB)
1711     {
1712         // Sort moves according to TB rank
1713         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1714                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1715
1716         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1717         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1718             Cardinality = 0;
1719     }
1720     else
1721     {
1722         // Assign the same rank to all moves
1723         for (auto& m : rootMoves)
1724             m.tbRank = 0;
1725     }
1726 }