eb9a0891d697edd3d827556bbd5e1fbcf7ef1a15
[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   double BestMoveChanges;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMovesHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190 }
191
192
193 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
194 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
195 template<bool Root>
196 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
197
198   StateInfo st;
199   uint64_t cnt, nodes = 0;
200   CheckInfo ci(pos);
201   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
202
203   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
204   {
205       if (Root && depth <= ONE_PLY)
206           cnt = 1, nodes++;
207       else
208       {
209           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
210           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
211           nodes += cnt;
212           pos.undo_move(m);
213       }
214       if (Root)
215           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
216   }
217   return nodes;
218 }
219
220 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
221
222
223 /// MainThread::think() is called by the main thread when the program receives
224 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
225 /// the "bestmove" to output.
226
227 void MainThread::think() {
228
229   Color us = rootPos.side_to_move();
230   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
231
232   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
233   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
234   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
235
236   TB::Hits = 0;
237   TB::RootInTB = false;
238   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
239   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
240   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
241
242   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
243   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
244   {
245       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
246       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
247   }
248
249   if (rootMoves.empty())
250   {
251       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
252       sync_cout << "info depth 0 score "
253                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
254                 << sync_endl;
255   }
256   else
257   {
258       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
259                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
260       {
261           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
262           // contains only moves that preserve the draw or win.
263           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
264
265           if (TB::RootInTB)
266               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
267
268           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
269           {
270               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
271               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
272
273               // Only probe during search if winning
274               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
275                   TB::Cardinality = 0;
276           }
277
278           if (TB::RootInTB)
279           {
280               TB::Hits = rootMoves.size();
281
282               if (!TB::UseRule50)
283                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
284                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
285                                                       :  VALUE_DRAW;
286           }
287       }
288
289       for (Thread* th : Threads)
290       {
291           th->maxPly = 0;
292           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
293           th->searching = true;
294           if (th != this)
295           {
296               th->rootPos = Position(rootPos, th);
297               th->rootMoves = rootMoves;
298               th->notify_one(); // Wake up the thread and start searching
299           }
300       }
301
302       search(true); // Let's start searching!
303
304       // Stop the threads
305       Signals.stop = true;
306
307       // Wait until all threads have finished
308       for (Thread* th : Threads)
309           if (th != this)
310               th->wait_while(th->searching);
311   }
312
313   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
314   // the available ones before to exit.
315   if (Limits.npmsec)
316       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
317
318   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
319   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
320   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
321   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
322   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
323   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
324   {
325       Signals.stopOnPonderhit = true;
326       wait(Signals.stop);
327   }
328
329   // Check if there are threads with a better score than main thread.
330   Thread* bestThread = this;
331   for (Thread* th : Threads)
332       if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
333           && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
334         bestThread = th;
335
336   // Send new PV when needed.
337   // FIXME: Breaks multiPV, and skill levels
338   if (bestThread != this)
339       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
340
341   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
342
343   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
344       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
345
346   std::cout << sync_endl;
347 }
348
349
350 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
351 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
352 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
353
354 void Thread::search(bool isMainThread) {
355
356   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
357   Value bestValue, alpha, beta, delta;
358   Move easyMove = MOVE_NONE;
359
360   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
361
362   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
363   beta = VALUE_INFINITE;
364   completedDepth = DEPTH_ZERO;
365
366   if (isMainThread)
367   {
368       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
369       EasyMove.clear();
370       BestMoveChanges = 0;
371       TT.new_search();
372   }
373
374   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
375   Skill skill(Options["Skill Level"]);
376
377   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
378   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
379   if (skill.enabled())
380       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
381
382   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
383
384   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
385   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
386   {
387       // Set up the new depth for the helper threads
388       if (!isMainThread)
389           rootDepth = Threads.main()->rootDepth + Depth(int(2.2 * log(1 + this->idx)));
390
391       // Age out PV variability metric
392       if (isMainThread)
393           BestMoveChanges *= 0.5;
394
395       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
396       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
397       for (RootMove& rm : rootMoves)
398           rm.previousScore = rm.score;
399
400       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
401       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
402       {
403           // Reset aspiration window starting size
404           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
405           {
406               delta = Value(18);
407               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
408               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
409           }
410
411           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
412           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
413           // high/low anymore.
414           while (true)
415           {
416               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
417
418               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
419               // is done with a stable algorithm because all the values but the
420               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
421               // and we want to keep the same order for all the moves except the
422               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
423               // search the already searched PV lines are preserved.
424               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
425
426               // Write PV back to transposition table in case the relevant
427               // entries have been overwritten during the search.
428               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
429                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
430
431               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
432               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
433               // valid, although it refers to previous iteration.
434               if (Signals.stop)
435                   break;
436
437               // When failing high/low give some update (without cluttering
438               // the UI) before a re-search.
439               if (   isMainThread
440                   && multiPV == 1
441                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
442                   && Time.elapsed() > 3000)
443                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
444
445               // In case of failing low/high increase aspiration window and
446               // re-search, otherwise exit the loop.
447               if (bestValue <= alpha)
448               {
449                   beta = (alpha + beta) / 2;
450                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
451
452                   if (isMainThread)
453                   {
454                       Signals.failedLowAtRoot = true;
455                       Signals.stopOnPonderhit = false;
456                   }
457               }
458               else if (bestValue >= beta)
459               {
460                   alpha = (alpha + beta) / 2;
461                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
462               }
463               else
464                   break;
465
466               delta += delta / 4 + 5;
467
468               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
469           }
470
471           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
472           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
473
474           if (!isMainThread)
475               break;
476
477           if (Signals.stop)
478               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
479                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
480
481           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
482               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
483       }
484
485       if (!Signals.stop)
486           completedDepth = rootDepth;
487
488       if (!isMainThread)
489           continue;
490
491       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
492       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
493           skill.pick_best(multiPV);
494
495       // Have we found a "mate in x"?
496       if (   Limits.mate
497           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
498           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
499           Signals.stop = true;
500
501       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
502       if (Limits.use_time_management())
503       {
504           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
505           {
506               // Take some extra time if the best move has changed
507               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
508                   Time.pv_instability(BestMoveChanges);
509
510               // Stop the search if only one legal move is available or all
511               // of the available time has been used or we matched an easyMove
512               // from the previous search and just did a fast verification.
513               if (   rootMoves.size() == 1
514                   || Time.elapsed() > Time.available()
515                   || (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
516                       && BestMoveChanges < 0.03
517                       && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
518               {
519                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
520                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
521                   if (Limits.ponder)
522                       Signals.stopOnPonderhit = true;
523                   else
524                       Signals.stop = true;
525               }
526           }
527
528           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
529               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
530           else
531               EasyMove.clear();
532       }
533   }
534
535   searching = false;
536   notify_one(); // Wake up main thread if is sleeping waiting for us
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 || Time.elapsed() < Time.available())
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 > DEPTH_ZERO);
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->resetCallsCnt.load(std::memory_order_relaxed))
587     {
588         thisThread->resetCallsCnt = false;
589         thisThread->callsCnt = 0;
590     }
591     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
592     {
593         for (Thread* th : Threads)
594             th->resetCallsCnt = 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())
865       {
866           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
867
868           if (Time.elapsed() > 3000)
869               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
870                         << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
871                         << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
872       }
873
874       if (PvNode)
875           (ss+1)->pv = nullptr;
876
877       extension = DEPTH_ZERO;
878       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
879
880       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
881                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
882                   : pos.gives_check(move, ci);
883
884       // Step 12. Extend checks
885       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
886           extension = ONE_PLY;
887
888       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
889       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
890       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
891       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
892       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
893       if (    singularExtensionNode
894           &&  move == ttMove
895           && !extension
896           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
897       {
898           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
899           ss->excludedMove = move;
900           ss->skipEarlyPruning = true;
901           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
902           ss->skipEarlyPruning = false;
903           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
904
905           if (value < rBeta)
906               extension = ONE_PLY;
907       }
908
909       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
910       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
911
912       // Step 13. Pruning at shallow depth
913       if (   !RootNode
914           && !captureOrPromotion
915           && !inCheck
916           && !givesCheck
917           && !pos.advanced_pawn_push(move)
918           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
919       {
920           // Move count based pruning
921           if (   depth < 16 * ONE_PLY
922               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
923               continue;
924
925           // History based pruning
926           if (   depth <= 3 * ONE_PLY
927               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
928               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
929               continue;
930
931           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
932
933           // Futility pruning: parent node
934           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
935           {
936               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
937
938               if (futilityValue <= alpha)
939               {
940                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
941                   continue;
942               }
943           }
944
945           // Prune moves with negative SEE at low depths
946           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
947               continue;
948       }
949
950       // Speculative prefetch as early as possible
951       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
952
953       // Check for legality just before making the move
954       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
955       {
956           ss->moveCount = --moveCount;
957           continue;
958       }
959
960       ss->currentMove = move;
961
962       // Step 14. Make the move
963       pos.do_move(move, st, givesCheck);
964
965       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
966       // re-searched at full depth.
967       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
968           &&  moveCount > 1
969           && !captureOrPromotion
970           &&  move != ss->killers[0]
971           &&  move != ss->killers[1])
972       {
973           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
974
975           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
976           if (   (!PvNode && cutNode)
977               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
978                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
979               ss->reduction += ONE_PLY;
980
981           // Decrease reduction for moves with a good history
982           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
983               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
984               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
985
986           // Decrease reduction for moves that escape a capture
987           if (   ss->reduction
988               && type_of(move) == NORMAL
989               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
990               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
991               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
992
993           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
994
995           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
996
997           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
998           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
999       }
1000       else
1001           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1002
1003       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1004       if (doFullDepthSearch)
1005           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1006                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1007                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1008                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1009
1010       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1011       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1012       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1013       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1014       {
1015           (ss+1)->pv = pv;
1016           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1017
1018           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1019                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1020                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1021                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1022       }
1023
1024       // Step 17. Undo move
1025       pos.undo_move(move);
1026
1027       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1028
1029       // Step 18. Check for new best move
1030       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1031       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1032       // updating best move, PV and TT.
1033       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1034           return VALUE_ZERO;
1035
1036       if (RootNode)
1037       {
1038           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1039                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1040
1041           // PV move or new best move ?
1042           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1043           {
1044               rm.score = value;
1045               rm.pv.resize(1);
1046
1047               assert((ss+1)->pv);
1048
1049               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1050                   rm.pv.push_back(*m);
1051
1052               // We record how often the best move has been changed in each
1053               // iteration. This information is used for time management: When
1054               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1055               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1056                   ++BestMoveChanges;
1057           }
1058           else
1059               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1060               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1061               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1062               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1063       }
1064
1065       if (value > bestValue)
1066       {
1067           bestValue = value;
1068
1069           if (value > alpha)
1070           {
1071               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1072               if (    PvNode
1073                   &&  thisThread == Threads.main()
1074                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1075                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1076                   EasyMove.clear();
1077
1078               bestMove = move;
1079
1080               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1081                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1082
1083               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1084                   alpha = value;
1085               else
1086               {
1087                   assert(value >= beta); // Fail high
1088                   break;
1089               }
1090           }
1091       }
1092
1093       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1094           quietsSearched[quietCount++] = move;
1095     }
1096
1097     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1098     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1099     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1100     /*
1101        if (Signals.stop)
1102         return VALUE_DRAW;
1103     */
1104
1105     // Step 20. Check for mate and stalemate
1106     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1107     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1108     // return a fail low score.
1109     if (!moveCount)
1110         bestValue = excludedMove ? alpha
1111                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1112
1113     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1114     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1115         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1116
1117     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1118     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1119              && !bestMove
1120              && !inCheck
1121              && !pos.captured_piece_type()
1122              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1123              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1124     {
1125         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1126         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1127         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1128         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1129     }
1130
1131     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1132               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1133               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1134               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1135
1136     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1137
1138     return bestValue;
1139   }
1140
1141
1142   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1143   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1144   // less than ONE_PLY).
1145
1146   template <NodeType NT, bool InCheck>
1147   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1148
1149     const bool PvNode = NT == PV;
1150
1151     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1152     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1153     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1154     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1155     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1156
1157     Move pv[MAX_PLY+1];
1158     StateInfo st;
1159     TTEntry* tte;
1160     Key posKey;
1161     Move ttMove, move, bestMove;
1162     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1163     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1164     Depth ttDepth;
1165
1166     if (PvNode)
1167     {
1168         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1169         (ss+1)->pv = pv;
1170         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1171     }
1172
1173     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1174     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1175
1176     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1177     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1178         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1179                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1180
1181     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1182
1183     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1184     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1185     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1186     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1187                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1188
1189     // Transposition table lookup
1190     posKey = pos.key();
1191     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1192     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1193     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1194
1195     if (  !PvNode
1196         && ttHit
1197         && tte->depth() >= ttDepth
1198         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1199         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1200                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1201     {
1202         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1203         return ttValue;
1204     }
1205
1206     // Evaluate the position statically
1207     if (InCheck)
1208     {
1209         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1210         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1211     }
1212     else
1213     {
1214         if (ttHit)
1215         {
1216             // Never assume anything on values stored in TT
1217             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1218                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1219
1220             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1221             if (ttValue != VALUE_NONE)
1222                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1223                     bestValue = ttValue;
1224         }
1225         else
1226             ss->staticEval = bestValue =
1227             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1228                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1229
1230         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1231         if (bestValue >= beta)
1232         {
1233             if (!ttHit)
1234                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1235                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1236
1237             return bestValue;
1238         }
1239
1240         if (PvNode && bestValue > alpha)
1241             alpha = bestValue;
1242
1243         futilityBase = bestValue + 128;
1244     }
1245
1246     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1247     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1248     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1249     // be generated.
1250     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1251     CheckInfo ci(pos);
1252
1253     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1254     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1255     {
1256       assert(is_ok(move));
1257
1258       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1259                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1260                   : pos.gives_check(move, ci);
1261
1262       // Futility pruning
1263       if (   !InCheck
1264           && !givesCheck
1265           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1266           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1267       {
1268           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1269
1270           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1271
1272           if (futilityValue <= alpha)
1273           {
1274               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1275               continue;
1276           }
1277
1278           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1279           {
1280               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1281               continue;
1282           }
1283       }
1284
1285       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1286       evasionPrunable =    InCheck
1287                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1288                        && !pos.capture(move);
1289
1290       // Don't search moves with negative SEE values
1291       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1292           &&  type_of(move) != PROMOTION
1293           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1294           continue;
1295
1296       // Speculative prefetch as early as possible
1297       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1298
1299       // Check for legality just before making the move
1300       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1301           continue;
1302
1303       ss->currentMove = move;
1304
1305       // Make and search the move
1306       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1307       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1308                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1309       pos.undo_move(move);
1310
1311       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1312
1313       // Check for new best move
1314       if (value > bestValue)
1315       {
1316           bestValue = value;
1317
1318           if (value > alpha)
1319           {
1320               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1321                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1322
1323               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1324               {
1325                   alpha = value;
1326                   bestMove = move;
1327               }
1328               else // Fail high
1329               {
1330                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1331                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1332
1333                   return value;
1334               }
1335           }
1336        }
1337     }
1338
1339     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1340     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1341     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1342         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1343
1344     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1345               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1346               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1347
1348     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1349
1350     return bestValue;
1351   }
1352
1353
1354   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1355   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1356   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1357
1358   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1359
1360     assert(v != VALUE_NONE);
1361
1362     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1363           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1364   }
1365
1366
1367   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1368   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1369   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1370
1371   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1372
1373     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1374           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1375           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1376   }
1377
1378
1379   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1380
1381   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1382
1383     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1384         *pv++ = *childPv++;
1385     *pv = MOVE_NONE;
1386   }
1387
1388
1389   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1390   // history when a new quiet best move is found.
1391
1392   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1393                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1394
1395     if (ss->killers[0] != move)
1396     {
1397         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1398         ss->killers[0] = move;
1399     }
1400
1401     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1402
1403     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1404     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1405     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1406
1407     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1408
1409     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1410     {
1411         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1412         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1413     }
1414
1415     // Decrease all the other played quiet moves
1416     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1417     {
1418         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1419
1420         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1421             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1422     }
1423
1424     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1425     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1426         && !pos.captured_piece_type()
1427         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1428     {
1429         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1430         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1431         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1432     }
1433   }
1434
1435
1436   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1437   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1438
1439   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1440
1441     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1442     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1443
1444     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1445     Value topScore = rootMoves[0].score;
1446     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1447     int weakness = 120 - 2 * level;
1448     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1449
1450     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1451     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1452     // then we choose the move with the resulting highest score.
1453     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1454     {
1455         // This is our magic formula
1456         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1457                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1458
1459         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1460         {
1461             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1462             best = rootMoves[i].pv[0];
1463         }
1464     }
1465
1466     return best;
1467   }
1468
1469
1470   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1471   // when we are out of available time and thus stop the search.
1472
1473   void check_time() {
1474
1475     static TimePoint lastInfoTime = now();
1476
1477     int elapsed = Time.elapsed();
1478     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1479
1480     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1481     {
1482         lastInfoTime = tick;
1483         dbg_print();
1484     }
1485
1486     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1487     if (Limits.ponder)
1488         return;
1489
1490     if (Limits.use_time_management())
1491     {
1492         bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove.load(std::memory_order_relaxed)
1493                                && !Signals.failedLowAtRoot.load(std::memory_order_relaxed)
1494                                &&  elapsed > Time.available() * 3 / 4;
1495
1496         if (stillAtFirstMove || elapsed > Time.maximum() - 10)
1497             Signals.stop = true;
1498     }
1499     else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1500         Signals.stop = true;
1501
1502     else if (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes)
1503             Signals.stop = true;
1504   }
1505
1506 } // namespace
1507
1508
1509 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1510 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1511
1512 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1513
1514   std::stringstream ss;
1515   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1516   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1517   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1518   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1519   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1520
1521   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1522   {
1523       bool updated = (i <= PVIdx);
1524
1525       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1526           continue;
1527
1528       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1529       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1530
1531       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1532       v = tb ? TB::Score : v;
1533
1534       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1535           ss << "\n";
1536
1537       ss << "info"
1538          << " depth "    << d / ONE_PLY
1539          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1540          << " multipv "  << i + 1
1541          << " score "    << UCI::value(v);
1542
1543       if (!tb && i == PVIdx)
1544           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1545
1546       ss << " nodes "    << nodes_searched
1547          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1548
1549       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1550           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1551
1552       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1553          << " time "     << elapsed
1554          << " pv";
1555
1556       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1557           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1558   }
1559
1560   return ss.str();
1561 }
1562
1563
1564 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1565 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1566 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1567
1568 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1569
1570   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1571   bool ttHit;
1572
1573   for (Move m : pv)
1574   {
1575       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1576
1577       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1578
1579       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1580           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1581                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1582
1583       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1584   }
1585
1586   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1587       pos.undo_move(pv[--i]);
1588 }
1589
1590
1591 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1592 /// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
1593 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1594 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1595
1596 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1597 {
1598     StateInfo st;
1599     bool ttHit;
1600
1601     assert(pv.size() == 1);
1602
1603     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1604     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1605     pos.undo_move(pv[0]);
1606
1607     if (ttHit)
1608     {
1609         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1610         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1611            return pv.push_back(m), true;
1612     }
1613
1614     return false;
1615 }