e5c485fce59d368dc5fb227dd3851084baa0da37
[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
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "misc.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   StateStackPtr SetupStates;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as template parameter
64   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill struct is used to implement strength limiting
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
91   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   EasyMoveManager EasyMove;
130   bool easyPlayed, failedLow;
131   double BestMoveChanges;
132   Value DrawValue[COLOR_NB];
133   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
134
135   template <NodeType NT>
136   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
137
138   template <NodeType NT, bool InCheck>
139   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
140
141   Value value_to_tt(Value v, int ply);
142   Value value_from_tt(Value v, int ply);
143   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
144   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
145   void check_time();
146
147 } // namespace
148
149
150 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
151
152 void Search::init() {
153
154   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
155
156   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
157       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
158           for (int d = 1; d < 64; ++d)
159               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
160               {
161                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
162
163                   if (r >= 1.5)
164                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
165
166                   // Increase reduction when eval is not improving
167                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
168                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
169               }
170
171   for (int d = 0; d < 16; ++d)
172   {
173       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
174       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
175   }
176 }
177
178
179 /// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
180
181 void Search::clear() {
182
183   TT.clear();
184   CounterMovesHistory.clear();
185
186   for (Thread* th : Threads)
187   {
188       th->history.clear();
189       th->counterMoves.clear();
190   }
191 }
192
193
194 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
195 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
196 template<bool Root>
197 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
198
199   StateInfo st;
200   uint64_t cnt, nodes = 0;
201   CheckInfo ci(pos);
202   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
203
204   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
205   {
206       if (Root && depth <= ONE_PLY)
207           cnt = 1, nodes++;
208       else
209       {
210           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
211           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
212           nodes += cnt;
213           pos.undo_move(m);
214       }
215       if (Root)
216           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
217   }
218   return nodes;
219 }
220
221 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
222
223
224 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
225 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
226 /// the "bestmove" to output.
227
228 void MainThread::search() {
229
230   Color us = rootPos.side_to_move();
231   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
232
233   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
234   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
235   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
236
237   TB::Hits = 0;
238   TB::RootInTB = false;
239   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
240   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
241   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
242
243   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
244   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
245   {
246       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
247       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
248   }
249
250   if (rootMoves.empty())
251   {
252       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
253       sync_cout << "info depth 0 score "
254                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
255                 << sync_endl;
256   }
257   else
258   {
259       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
260                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
261       {
262           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
263           // contains only moves that preserve the draw or win.
264           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
265
266           if (TB::RootInTB)
267               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
268
269           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
270           {
271               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
272               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
273
274               // Only probe during search if winning
275               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
276                   TB::Cardinality = 0;
277           }
278
279           if (TB::RootInTB)
280           {
281               TB::Hits = rootMoves.size();
282
283               if (!TB::UseRule50)
284                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
285                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
286                                                       :  VALUE_DRAW;
287           }
288       }
289
290       for (Thread* th : Threads)
291       {
292           th->maxPly = 0;
293           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
294           if (th != this)
295           {
296               th->rootPos = Position(rootPos, th);
297               th->rootMoves = rootMoves;
298               th->start_searching();
299           }
300       }
301
302       Thread::search(); // Let's start searching!
303   }
304
305   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
306   // the available ones before to exit.
307   if (Limits.npmsec)
308       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
309
310   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
311   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
312   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
313   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
314   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
315   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
316   {
317       Signals.stopOnPonderhit = true;
318       wait(Signals.stop);
319   }
320
321   // Stop the threads if not already stopped
322   Signals.stop = true;
323
324   // Wait until all threads have finished
325   for (Thread* th : Threads)
326       if (th != this)
327           th->wait_for_search_finished();
328
329   // Check if there are threads with a better score than main thread.
330   Thread* bestThread = this;
331   if (Options["MultiPV"] == 1 && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
332       for (Thread* th : Threads)
333           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
334               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
335             bestThread = th;
336
337   // Send new PV when needed.
338   // FIXME: Breaks multiPV, and skill levels
339   if (bestThread != this)
340       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
341
342   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
343
344   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
345       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
346
347   std::cout << sync_endl;
348 }
349
350
351 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
352 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
353 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
354
355 void Thread::search() {
356
357   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
358   Value bestValue, alpha, beta, delta;
359   Move easyMove = MOVE_NONE;
360   bool isMainThread = (this == Threads.main());
361
362   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
363
364   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
365   beta = VALUE_INFINITE;
366   completedDepth = DEPTH_ZERO;
367
368   if (isMainThread)
369   {
370       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
371       EasyMove.clear();
372       easyPlayed = false;
373       BestMoveChanges = 0;
374       TT.new_search();
375   }
376
377   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
378   Skill skill(Options["Skill Level"]);
379
380   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
381   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
382   if (skill.enabled())
383       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
384
385   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
386
387   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
388   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
389   {
390       // Set up the new depth for the helper threads
391       if (!isMainThread)
392           rootDepth = std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, Threads.main()->rootDepth + Depth(int(2.2 * log(1 + this->idx))));
393
394       // Age out PV variability metric
395       if (isMainThread)
396           BestMoveChanges *= 0.505, failedLow = false;
397
398       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
399       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
400       for (RootMove& rm : rootMoves)
401           rm.previousScore = rm.score;
402
403       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
404       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
405       {
406           // Reset aspiration window starting size
407           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
408           {
409               delta = Value(18);
410               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
411               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
412           }
413
414           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
415           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
416           // high/low anymore.
417           while (true)
418           {
419               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
420
421               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
422               // is done with a stable algorithm because all the values but the
423               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
424               // and we want to keep the same order for all the moves except the
425               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
426               // search the already searched PV lines are preserved.
427               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
428
429               // Write PV back to transposition table in case the relevant
430               // entries have been overwritten during the search.
431               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
432                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
433
434               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
435               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
436               // valid, although it refers to previous iteration.
437               if (Signals.stop)
438                   break;
439
440               // When failing high/low give some update (without cluttering
441               // the UI) before a re-search.
442               if (   isMainThread
443                   && multiPV == 1
444                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
445                   && Time.elapsed() > 3000)
446                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
447
448               // In case of failing low/high increase aspiration window and
449               // re-search, otherwise exit the loop.
450               if (bestValue <= alpha)
451               {
452                   beta = (alpha + beta) / 2;
453                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
454
455                   if (isMainThread)
456                   {
457                       failedLow = true;
458                       Signals.stopOnPonderhit = false;
459                   }
460               }
461               else if (bestValue >= beta)
462               {
463                   alpha = (alpha + beta) / 2;
464                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
465               }
466               else
467                   break;
468
469               delta += delta / 4 + 5;
470
471               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
472           }
473
474           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
475           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
476
477           if (!isMainThread)
478               break;
479
480           if (Signals.stop)
481               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
482                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
483
484           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
485               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
486       }
487
488       if (!Signals.stop)
489           completedDepth = rootDepth;
490
491       if (!isMainThread)
492           continue;
493
494       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
495       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
496           skill.pick_best(multiPV);
497
498       // Have we found a "mate in x"?
499       if (   Limits.mate
500           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
501           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
502           Signals.stop = true;
503
504       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
505       if (Limits.use_time_management())
506       {
507           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
508           {
509               // Take some extra time if the best move has changed
510               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
511                   Time.pv_instability(BestMoveChanges);
512
513               // Stop the search if only one legal move is available or all
514               // of the available time has been used or we matched an easyMove
515               // from the previous search and just did a fast verification.
516               if (   rootMoves.size() == 1
517                   || Time.elapsed() > Time.available() * (failedLow? 641 : 315)/640
518                   || ( easyPlayed = (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
519                       && BestMoveChanges < 0.03
520                       && Time.elapsed() > Time.available() / 8)))
521               {
522                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
523                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
524                   if (Limits.ponder)
525                       Signals.stopOnPonderhit = true;
526                   else
527                       Signals.stop = true;
528               }
529           }
530
531           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
532               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
533           else
534               EasyMove.clear();
535       }
536   }
537
538   if (!isMainThread)
539       return;
540
541   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
542   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
543   if (EasyMove.stableCnt < 6 || easyPlayed)
544       EasyMove.clear();
545
546   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
547   if (skill.enabled())
548       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
549                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
550 }
551
552
553 namespace {
554
555   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
556
557   template <NodeType NT>
558   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
559
560     const bool RootNode = NT == Root;
561     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
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
567     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
568     StateInfo st;
569     TTEntry* tte;
570     Key posKey;
571     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
572     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
573     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
574     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
575     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
576     int moveCount, quietCount;
577
578     // Step 1. Initialize node
579     Thread* thisThread = pos.this_thread();
580     inCheck = pos.checkers();
581     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
582     bestValue = -VALUE_INFINITE;
583     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
584
585     // Check for available remaining time
586     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
587     {
588         thisThread->resetCalls = false;
589         thisThread->callsCnt = 0;
590     }
591     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
592     {
593         for (Thread* th : Threads)
594             th->resetCalls = true;
595
596         check_time();
597     }
598
599     // Used to send selDepth info to GUI
600     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
601         thisThread->maxPly = ss->ply;
602
603     if (!RootNode)
604     {
605         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
606         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
607             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
608                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
609
610         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
611         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
612         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
613         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
614         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
615         // mate. In this case return a fail-high score.
616         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
617         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
618         if (alpha >= beta)
619             return alpha;
620     }
621
622     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
623
624     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
625     (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
626     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
627
628     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
629     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
630     // position key in case of an excluded move.
631     excludedMove = ss->excludedMove;
632     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
633     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
634     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
635     ss->ttMove = ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
636                          : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
637
638     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
639     if (  !PvNode
640         && ttHit
641         && tte->depth() >= depth
642         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
643         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
644                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
645     {
646         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
647
648         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
649         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
650             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
651
652         return ttValue;
653     }
654
655     // Step 4a. Tablebase probe
656     if (!RootNode && TB::Cardinality)
657     {
658         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
659
660         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
661             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
662             &&  pos.rule50_count() == 0)
663         {
664             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
665
666             if (found)
667             {
668                 TB::Hits++;
669
670                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
671
672                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
673                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
674                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
675
676                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
677                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
678                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
679
680                 return value;
681             }
682         }
683     }
684
685     // Step 5. Evaluate the position statically
686     if (inCheck)
687     {
688         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
689         goto moves_loop;
690     }
691
692     else if (ttHit)
693     {
694         // Never assume anything on values stored in TT
695         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
696             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
697
698         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
699         if (ttValue != VALUE_NONE)
700             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
701                 eval = ttValue;
702     }
703     else
704     {
705         eval = ss->staticEval =
706         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
707                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
708
709         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
710                   ss->staticEval, TT.generation());
711     }
712
713     if (ss->skipEarlyPruning)
714         goto moves_loop;
715
716     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
717     if (   !PvNode
718         &&  depth < 4 * ONE_PLY
719         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
720         &&  ttMove == MOVE_NONE)
721     {
722         if (   depth <= ONE_PLY
723             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
724             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
725
726         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
727         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
728         if (v <= ralpha)
729             return v;
730     }
731
732     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
733     if (   !RootNode
734         &&  depth < 7 * ONE_PLY
735         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
736         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
737         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
738         return eval - futility_margin(depth);
739
740     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
741     if (   !PvNode
742         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
743         &&  eval >= beta
744         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
745     {
746         ss->currentMove = MOVE_NULL;
747
748         assert(eval - beta >= 0);
749
750         // Null move dynamic reduction based on depth and value
751         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
752
753         pos.do_null_move(st);
754         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
755         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
756                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
757         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
758         pos.undo_null_move();
759
760         if (nullValue >= beta)
761         {
762             // Do not return unproven mate scores
763             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
764                 nullValue = beta;
765
766             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
767                 return nullValue;
768
769             // Do verification search at high depths
770             ss->skipEarlyPruning = true;
771             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
772                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
773             ss->skipEarlyPruning = false;
774
775             if (v >= beta)
776                 return nullValue;
777         }
778     }
779
780     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
781     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
782     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
783     // safely prune the previous move.
784     if (   !PvNode
785         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
786         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
787     {
788         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
789         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
790
791         assert(rdepth >= ONE_PLY);
792         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
793         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
794
795         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
796         CheckInfo ci(pos);
797
798         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
799             if (pos.legal(move, ci.pinned))
800             {
801                 ss->currentMove = move;
802                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
803                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
804                 pos.undo_move(move);
805                 if (value >= rbeta)
806                     return value;
807             }
808     }
809
810     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
811     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
812         && !ttMove
813         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
814     {
815         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
816         ss->skipEarlyPruning = true;
817         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
818         ss->skipEarlyPruning = false;
819
820         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
821         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
822     }
823
824 moves_loop: // When in check search starts from here
825
826     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
827     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
828     const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
829
830     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
831     CheckInfo ci(pos);
832     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
833     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
834                || ss->staticEval == VALUE_NONE
835                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
836
837     singularExtensionNode =   !RootNode
838                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
839                            &&  ttMove != MOVE_NONE
840                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
841                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
842                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
843                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
844                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
845
846     // Step 11. Loop through moves
847     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
848     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
849     {
850       assert(is_ok(move));
851
852       if (move == excludedMove)
853           continue;
854
855       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
856       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
857       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
858       if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
859                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
860           continue;
861
862       ss->moveCount = ++moveCount;
863
864       if (RootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
865           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
866                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
867                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
868
869       if (PvNode)
870           (ss+1)->pv = nullptr;
871
872       extension = DEPTH_ZERO;
873       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
874
875       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
876                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
877                   : pos.gives_check(move, ci);
878
879       // Step 12. Extend checks
880       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
881           extension = ONE_PLY;
882
883       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
884       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
885       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
886       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
887       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
888       if (    singularExtensionNode
889           &&  move == ttMove
890           && !extension
891           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
892       {
893           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
894           ss->excludedMove = move;
895           ss->skipEarlyPruning = true;
896           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
897           ss->skipEarlyPruning = false;
898           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
899
900           if (value < rBeta)
901               extension = ONE_PLY;
902       }
903
904       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
905       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
906
907       // Step 13. Pruning at shallow depth
908       if (   !RootNode
909           && !captureOrPromotion
910           && !inCheck
911           && !givesCheck
912           && !pos.advanced_pawn_push(move)
913           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
914       {
915           // Move count based pruning
916           if (   depth < 16 * ONE_PLY
917               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
918               continue;
919
920           // History based pruning
921           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
922               && move != ss->killers[0]
923               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
924               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
925               continue;
926
927           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
928
929           // Futility pruning: parent node
930           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
931           {
932               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
933
934               if (futilityValue <= alpha)
935               {
936                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
937                   continue;
938               }
939           }
940
941           // Prune moves with negative SEE at low depths
942           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
943               continue;
944       }
945
946       // Speculative prefetch as early as possible
947       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
948
949       // Check for legality just before making the move
950       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
951       {
952           ss->moveCount = --moveCount;
953           continue;
954       }
955
956       ss->currentMove = move;
957
958       // Step 14. Make the move
959       pos.do_move(move, st, givesCheck);
960
961       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
962       // re-searched at full depth.
963       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
964           &&  moveCount > 1
965           && !captureOrPromotion
966           &&  move != ss->killers[0]
967           &&  move != ss->killers[1])
968       {
969           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
970
971           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
972           if (   (!PvNode && cutNode)
973               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
974                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
975               ss->reduction += ONE_PLY;
976
977           // Decrease reduction for moves with a good history
978           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
979               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
980               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
981
982           // Decrease reduction for moves that escape a capture
983           if (   ss->reduction
984               && type_of(move) == NORMAL
985               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
986               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
987               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
988
989           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
990
991           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
992
993           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
994           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
995       }
996       else
997           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
998
999       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1000       if (doFullDepthSearch)
1001           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1002                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1003                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1004                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1005
1006       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1007       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1008       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1009       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1010       {
1011           (ss+1)->pv = pv;
1012           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1013
1014           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1015                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1016                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1017                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1018       }
1019
1020       // Step 17. Undo move
1021       pos.undo_move(move);
1022
1023       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1024
1025       // Step 18. Check for new best move
1026       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1027       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1028       // updating best move, PV and TT.
1029       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1030           return VALUE_ZERO;
1031
1032       if (RootNode)
1033       {
1034           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1035                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1036
1037           // PV move or new best move ?
1038           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1039           {
1040               rm.score = value;
1041               rm.pv.resize(1);
1042
1043               assert((ss+1)->pv);
1044
1045               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1046                   rm.pv.push_back(*m);
1047
1048               // We record how often the best move has been changed in each
1049               // iteration. This information is used for time management: When
1050               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1051               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1052                   ++BestMoveChanges;
1053           }
1054           else
1055               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1056               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1057               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1058               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1059       }
1060
1061       if (value > bestValue)
1062       {
1063           bestValue = value;
1064
1065           if (value > alpha)
1066           {
1067               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1068               if (    PvNode
1069                   &&  thisThread == Threads.main()
1070                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1071                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1072                   EasyMove.clear();
1073
1074               bestMove = move;
1075
1076               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1077                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1078
1079               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1080                   alpha = value;
1081               else
1082               {
1083                   assert(value >= beta); // Fail high
1084                   break;
1085               }
1086           }
1087       }
1088
1089       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1090           quietsSearched[quietCount++] = move;
1091     }
1092
1093     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1094     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1095     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1096     /*
1097        if (Signals.stop)
1098         return VALUE_DRAW;
1099     */
1100
1101     // Step 20. Check for mate and stalemate
1102     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1103     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1104     // return a fail low score.
1105     if (!moveCount)
1106         bestValue = excludedMove ? alpha
1107                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1108
1109     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1110     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1111         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1112
1113     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1114     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1115              && !bestMove
1116              && !inCheck
1117              && !pos.captured_piece_type()
1118              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1119              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1120     {
1121         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1122         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1123         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1124         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1125     }
1126
1127     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1128               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1129               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1130               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1131
1132     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1133
1134     return bestValue;
1135   }
1136
1137
1138   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1139   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1140   // less than ONE_PLY).
1141
1142   template <NodeType NT, bool InCheck>
1143   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1144
1145     const bool PvNode = NT == PV;
1146
1147     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1148     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1149     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1150     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1151     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1152
1153     Move pv[MAX_PLY+1];
1154     StateInfo st;
1155     TTEntry* tte;
1156     Key posKey;
1157     Move ttMove, move, bestMove;
1158     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1159     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1160     Depth ttDepth;
1161
1162     if (PvNode)
1163     {
1164         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1165         (ss+1)->pv = pv;
1166         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1167     }
1168
1169     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1170     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1171
1172     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1173     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1174         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1175                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1176
1177     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1178
1179     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1180     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1181     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1182     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1183                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1184
1185     // Transposition table lookup
1186     posKey = pos.key();
1187     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1188     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1189     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1190
1191     if (  !PvNode
1192         && ttHit
1193         && tte->depth() >= ttDepth
1194         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1195         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1196                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1197     {
1198         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1199         return ttValue;
1200     }
1201
1202     // Evaluate the position statically
1203     if (InCheck)
1204     {
1205         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1206         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1207     }
1208     else
1209     {
1210         if (ttHit)
1211         {
1212             // Never assume anything on values stored in TT
1213             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1214                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1215
1216             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1217             if (ttValue != VALUE_NONE)
1218                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1219                     bestValue = ttValue;
1220         }
1221         else
1222             ss->staticEval = bestValue =
1223             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1224                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1225
1226         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1227         if (bestValue >= beta)
1228         {
1229             if (!ttHit)
1230                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1231                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1232
1233             return bestValue;
1234         }
1235
1236         if (PvNode && bestValue > alpha)
1237             alpha = bestValue;
1238
1239         futilityBase = bestValue + 128;
1240     }
1241
1242     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1243     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1244     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1245     // be generated.
1246     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1247     CheckInfo ci(pos);
1248
1249     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1250     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1251     {
1252       assert(is_ok(move));
1253
1254       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1255                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1256                   : pos.gives_check(move, ci);
1257
1258       // Futility pruning
1259       if (   !InCheck
1260           && !givesCheck
1261           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1262           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1263       {
1264           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1265
1266           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1267
1268           if (futilityValue <= alpha)
1269           {
1270               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1271               continue;
1272           }
1273
1274           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1275           {
1276               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1277               continue;
1278           }
1279       }
1280
1281       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1282       evasionPrunable =    InCheck
1283                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1284                        && !pos.capture(move);
1285
1286       // Don't search moves with negative SEE values
1287       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1288           &&  type_of(move) != PROMOTION
1289           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1290           continue;
1291
1292       // Speculative prefetch as early as possible
1293       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1294
1295       // Check for legality just before making the move
1296       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1297           continue;
1298
1299       ss->currentMove = move;
1300
1301       // Make and search the move
1302       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1303       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1304                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1305       pos.undo_move(move);
1306
1307       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1308
1309       // Check for new best move
1310       if (value > bestValue)
1311       {
1312           bestValue = value;
1313
1314           if (value > alpha)
1315           {
1316               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1317                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1318
1319               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1320               {
1321                   alpha = value;
1322                   bestMove = move;
1323               }
1324               else // Fail high
1325               {
1326                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1327                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1328
1329                   return value;
1330               }
1331           }
1332        }
1333     }
1334
1335     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1336     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1337     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1338         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1339
1340     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1341               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1342               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1343
1344     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1345
1346     return bestValue;
1347   }
1348
1349
1350   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1351   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1352   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1353
1354   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1355
1356     assert(v != VALUE_NONE);
1357
1358     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1359           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1360   }
1361
1362
1363   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1364   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1365   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1366
1367   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1368
1369     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1370           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1371           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1372   }
1373
1374
1375   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1376
1377   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1378
1379     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1380         *pv++ = *childPv++;
1381     *pv = MOVE_NONE;
1382   }
1383
1384
1385   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1386   // history when a new quiet best move is found.
1387
1388   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1389                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1390
1391     if (ss->killers[0] != move)
1392     {
1393         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1394         ss->killers[0] = move;
1395     }
1396
1397     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1398
1399     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1400     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1401     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1402
1403     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1404
1405     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1406     {
1407         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1408         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1409     }
1410
1411     // Decrease all the other played quiet moves
1412     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1413     {
1414         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1415
1416         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1417             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1418     }
1419
1420     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1421     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1422         && !pos.captured_piece_type()
1423         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1424     {
1425         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1426         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1427         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1428     }
1429   }
1430
1431
1432   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1433   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1434
1435   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1436
1437     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1438     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1439
1440     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1441     Value topScore = rootMoves[0].score;
1442     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1443     int weakness = 120 - 2 * level;
1444     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1445
1446     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1447     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1448     // then we choose the move with the resulting highest score.
1449     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1450     {
1451         // This is our magic formula
1452         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1453                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1454
1455         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1456         {
1457             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1458             best = rootMoves[i].pv[0];
1459         }
1460     }
1461
1462     return best;
1463   }
1464
1465
1466   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1467   // when we are out of available time and thus stop the search.
1468
1469   void check_time() {
1470
1471     static TimePoint lastInfoTime = now();
1472
1473     int elapsed = Time.elapsed();
1474     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1475
1476     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1477     {
1478         lastInfoTime = tick;
1479         dbg_print();
1480     }
1481
1482     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1483     if (Limits.ponder)
1484         return;
1485
1486     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1487         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1488         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1489             Signals.stop = true;
1490   }
1491
1492 } // namespace
1493
1494
1495 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1496 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1497
1498 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1499
1500   std::stringstream ss;
1501   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1502   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1503   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1504   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1505   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1506
1507   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1508   {
1509       bool updated = (i <= PVIdx);
1510
1511       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1512           continue;
1513
1514       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1515       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1516
1517       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1518       v = tb ? TB::Score : v;
1519
1520       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1521           ss << "\n";
1522
1523       ss << "info"
1524          << " depth "    << d / ONE_PLY
1525          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1526          << " multipv "  << i + 1
1527          << " score "    << UCI::value(v);
1528
1529       if (!tb && i == PVIdx)
1530           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1531
1532       ss << " nodes "    << nodes_searched
1533          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1534
1535       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1536           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1537
1538       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1539          << " time "     << elapsed
1540          << " pv";
1541
1542       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1543           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1544   }
1545
1546   return ss.str();
1547 }
1548
1549
1550 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1551 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1552 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1553
1554 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1555
1556   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1557   bool ttHit;
1558
1559   for (Move m : pv)
1560   {
1561       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1562
1563       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1564
1565       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1566           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1567                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1568
1569       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1570   }
1571
1572   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1573       pos.undo_move(pv[--i]);
1574 }
1575
1576
1577 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1578 /// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
1579 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1580 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1581
1582 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1583 {
1584     StateInfo st;
1585     bool ttHit;
1586
1587     assert(pv.size() == 1);
1588
1589     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1590     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1591     pos.undo_move(pv[0]);
1592
1593     if (ttHit)
1594     {
1595         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1596         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1597            return pv.push_back(m), true;
1598     }
1599
1600     return false;
1601 }