Refine SEE threshold for capture pruning.
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razor and futility margins
70   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
71   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
72     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
73   }
74
75   // Margin for pruning capturing moves: almost linear in depth
76   constexpr int CapturePruneMargin[] = { 0,
77                                          1 * PawnValueEg * 1055 / 1000,
78                                          2 * PawnValueEg * 1042 / 1000,
79                                          3 * PawnValueEg * 963  / 1000,
80                                          4 * PawnValueEg * 1038 / 1000,
81                                          5 * PawnValueEg * 950  / 1000,
82                                          6 * PawnValueEg * 930  / 1000
83                                        };
84
85   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
86   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
87   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
88
89   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
90     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
91   }
92
93   // History and stats update bonus, based on depth
94   int stat_bonus(Depth depth) {
95     int d = depth / ONE_PLY;
96     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
97   }
98
99   // Skill structure is used to implement strength limit
100   struct Skill {
101     explicit Skill(int l) : level(l) {}
102     bool enabled() const { return level < 20; }
103     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
104     Move pick_best(size_t multiPV);
105
106     int level;
107     Move best = MOVE_NONE;
108   };
109
110   template <NodeType NT>
111   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
112
113   template <NodeType NT>
114   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
115
116   Value value_to_tt(Value v, int ply);
117   Value value_from_tt(Value v, int ply);
118   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
119   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
120   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
121   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
122
123   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
124     Color us = pos.side_to_move();
125     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
126           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
127           : pos.gives_check(move);
128   }
129
130   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
131   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
132   template<bool Root>
133   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
134
135     StateInfo st;
136     uint64_t cnt, nodes = 0;
137     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
138
139     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
140     {
141         if (Root && depth <= ONE_PLY)
142             cnt = 1, nodes++;
143         else
144         {
145             pos.do_move(m, st);
146             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
147             nodes += cnt;
148             pos.undo_move(m);
149         }
150         if (Root)
151             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
152     }
153     return nodes;
154   }
155
156 } // namespace
157
158
159 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
160
161 void Search::init() {
162
163   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
164       for (int d = 1; d < 64; ++d)
165           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
166           {
167               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
168
169               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
170               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
171
172               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
173               if (!imp && r > 1.0)
174                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
175           }
176
177   for (int d = 0; d < 16; ++d)
178   {
179       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
180       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
181   }
182 }
183
184
185 /// Search::clear() resets search state to its initial value
186
187 void Search::clear() {
188
189   Threads.main()->wait_for_search_finished();
190
191   Time.availableNodes = 0;
192   TT.clear();
193   Threads.clear();
194 }
195
196
197 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
198 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
199
200 void MainThread::search() {
201
202   if (Limits.perft)
203   {
204       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
205       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
206       return;
207   }
208
209   Color us = rootPos.side_to_move();
210   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
211   TT.new_search();
212
213   if (rootMoves.empty())
214   {
215       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
216       sync_cout << "info depth 0 score "
217                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
218                 << sync_endl;
219   }
220   else
221   {
222       for (Thread* th : Threads)
223           if (th != this)
224               th->start_searching();
225
226       Thread::search(); // Let's start searching!
227   }
228
229   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
230   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
231   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
232   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
233   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
234   Threads.stopOnPonderhit = true;
235
236   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
237   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
238
239   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
240   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
241   Threads.stop = true;
242
243   // Wait until all threads have finished
244   for (Thread* th : Threads)
245       if (th != this)
246           th->wait_for_search_finished();
247
248   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
249   // the available ones before exiting.
250   if (Limits.npmsec)
251       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
252
253   // Check if there are threads with a better score than main thread
254   Thread* bestThread = this;
255   if (    Options["MultiPV"] == 1
256       && !Limits.depth
257       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
258       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
259   {
260       for (Thread* th : Threads)
261       {
262           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
263           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
264
265           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
266           if (    scoreDiff > 0
267               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
268               bestThread = th;
269       }
270   }
271
272   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
273
274   // Send again PV info if we have a new best thread
275   if (bestThread != this)
276       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
277
278   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
279
280   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
281       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
282
283   std::cout << sync_endl;
284 }
285
286
287 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
288 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
289 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
290
291 void Thread::search() {
292
293   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
294   Value bestValue, alpha, beta, delta;
295   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
296   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
297   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
298   double timeReduction = 1.0;
299   Color us = rootPos.side_to_move();
300
301   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
302   for (int i = 4; i > 0; i--)
303      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
304
305   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
306   beta = VALUE_INFINITE;
307
308   if (mainThread)
309       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
310
311   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
312   Skill skill(Options["Skill Level"]);
313
314   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
315   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
316   if (skill.enabled())
317       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
318
319   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
320
321   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
322   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
323                           : -make_score(ct, ct / 2));
324
325   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
326   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
327          && !Threads.stop
328          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
329   {
330       // Distribute search depths across the helper threads
331       if (idx > 0)
332       {
333           int i = (idx - 1) % 20;
334           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
335               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
336       }
337
338       // Age out PV variability metric
339       if (mainThread)
340           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
341
342       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
343       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
344       for (RootMove& rm : rootMoves)
345           rm.previousScore = rm.score;
346
347       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
348       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
349       {
350           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
351           selDepth = 0;
352
353           // Reset aspiration window starting size
354           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
355           {
356               Value previousScore = rootMoves[PVIdx].previousScore;
357               delta = Value(18);
358               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
359               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
360
361               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
362
363               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
364               ct += int(std::round(48 * atan(float(previousScore) / 128)));
365
366               contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
367                                       : -make_score(ct, ct / 2));
368           }
369
370           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
371           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
372           // high/low anymore.
373           while (true)
374           {
375               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
376
377               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
378               // is done with a stable algorithm because all the values but the
379               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
380               // and we want to keep the same order for all the moves except the
381               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
382               // search the already searched PV lines are preserved.
383               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
384
385               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
386               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
387               // the previous iteration.
388               if (Threads.stop)
389                   break;
390
391               // When failing high/low give some update (without cluttering
392               // the UI) before a re-search.
393               if (   mainThread
394                   && multiPV == 1
395                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
396                   && Time.elapsed() > 3000)
397                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
398
399               // In case of failing low/high increase aspiration window and
400               // re-search, otherwise exit the loop.
401               if (bestValue <= alpha)
402               {
403                   beta = (alpha + beta) / 2;
404                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
405
406                   if (mainThread)
407                   {
408                       mainThread->failedLow = true;
409                       Threads.stopOnPonderhit = false;
410                   }
411               }
412               else if (bestValue >= beta)
413                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
414               else
415                   break;
416
417               delta += delta / 4 + 5;
418
419               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
420           }
421
422           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
423           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
424
425           if (    mainThread
426               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
427               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
428       }
429
430       if (!Threads.stop)
431           completedDepth = rootDepth;
432
433       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
434          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
435          lastBestMoveDepth = rootDepth;
436       }
437
438       // Have we found a "mate in x"?
439       if (   Limits.mate
440           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
441           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
442           Threads.stop = true;
443
444       if (!mainThread)
445           continue;
446
447       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
448       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
449           skill.pick_best(multiPV);
450
451       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
452       if (    Limits.use_time_management()
453           && !Threads.stop
454           && !Threads.stopOnPonderhit)
455           {
456               const int F[] = { mainThread->failedLow,
457                                 bestValue - mainThread->previousScore };
458
459               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
460
461               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
462               timeReduction = 1.0;
463               for (int i : {3, 4, 5})
464                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
465                      timeReduction *= 1.25;
466
467               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
468               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
469               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
470
471               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
472               if (   rootMoves.size() == 1
473                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
474               {
475                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
476                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
477                   if (Threads.ponder)
478                       Threads.stopOnPonderhit = true;
479                   else
480                       Threads.stop = true;
481               }
482           }
483   }
484
485   if (!mainThread)
486       return;
487
488   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
489
490   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
491   if (skill.enabled())
492       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
493                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
494 }
495
496
497 namespace {
498
499   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
500
501   template <NodeType NT>
502   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
503
504     // Use quiescence search when needed
505     if (depth < ONE_PLY)
506         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
507
508     constexpr bool PvNode = NT == PV;
509     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
510
511     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
512     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
513     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
514     assert(!(PvNode && cutNode));
515     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
516
517     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
518     StateInfo st;
519     TTEntry* tte;
520     Key posKey;
521     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
522     Depth extension, newDepth;
523     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
524     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
525     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
526     Piece movedPiece;
527     int moveCount, captureCount, quietCount;
528
529     // Step 1. Initialize node
530     Thread* thisThread = pos.this_thread();
531     inCheck = pos.checkers();
532     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
533     bestValue = -VALUE_INFINITE;
534     maxValue = VALUE_INFINITE;
535
536     // Check for the available remaining time
537     if (thisThread == Threads.main())
538         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
539
540     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
541     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
542         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
543
544     if (!rootNode)
545     {
546         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
547         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
548             || pos.is_draw(ss->ply)
549             || ss->ply >= MAX_PLY)
550             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
551
552         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
553         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
554         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
555         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
556         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
557         // mate. In this case return a fail-high score.
558         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
559         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
560         if (alpha >= beta)
561             return alpha;
562     }
563
564     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
565
566     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
567     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
568     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
569     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
570     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
571
572     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
573     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
574     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
575     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
576     // LMR which are based on the statScore of parent position.
577     (ss+2)->statScore = 0;
578
579     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
580     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
581     // position key in case of an excluded move.
582     excludedMove = ss->excludedMove;
583     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
584     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
585     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
586     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
587             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
588
589     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
590     if (  !PvNode
591         && ttHit
592         && tte->depth() >= depth
593         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
594         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
595                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
596     {
597         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
598         if (ttMove)
599         {
600             if (ttValue >= beta)
601             {
602                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
603                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
604
605                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
606                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
607                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
608             }
609             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
610             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
611             {
612                 int penalty = -stat_bonus(depth);
613                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
614                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
615             }
616         }
617         return ttValue;
618     }
619
620     // Step 5. Tablebases probe
621     if (!rootNode && TB::Cardinality)
622     {
623         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
624
625         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
626             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
627             &&  pos.rule50_count() == 0
628             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
629         {
630             TB::ProbeState err;
631             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
632
633             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
634             {
635                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
636
637                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
638
639                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
640                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
641                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
642
643                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
644                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
645
646                 if (    b == BOUND_EXACT
647                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
648                 {
649                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
650                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
651                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
652
653                     return value;
654                 }
655
656                 if (PvNode)
657                 {
658                     if (b == BOUND_LOWER)
659                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
660                     else
661                         maxValue = value;
662                 }
663             }
664         }
665     }
666
667     // Step 6. Evaluate the position statically
668     if (inCheck)
669     {
670         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
671         improving = false;
672         goto moves_loop;
673     }
674     else if (ttHit)
675     {
676         // Never assume anything on values stored in TT
677         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
678             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
679
680         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
681         if (    ttValue != VALUE_NONE
682             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
683             eval = ttValue;
684     }
685     else
686     {
687         ss->staticEval = eval =
688         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
689                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
690
691         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
692                   ss->staticEval, TT.generation());
693     }
694
695     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
696                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
697
698     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
699         goto moves_loop;
700
701     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
702     if (  !PvNode
703         && depth < 3 * ONE_PLY
704         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
705     {
706         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
707         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
708         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
709             return v;
710     }
711
712     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
713     if (   !rootNode
714         &&  depth < 7 * ONE_PLY
715         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
716         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
717         return eval;
718
719     // Step 9. Null move search with verification search
720     if (   !PvNode
721         &&  eval >= beta
722         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
723         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
724     {
725         assert(eval - beta >= 0);
726
727         // Null move dynamic reduction based on depth and value
728         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
729
730         ss->currentMove = MOVE_NULL;
731         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
732
733         pos.do_null_move(st);
734
735         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
736
737         pos.undo_null_move();
738
739         if (nullValue >= beta)
740         {
741             // Do not return unproven mate scores
742             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
743                 nullValue = beta;
744
745             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
746                 return nullValue;
747
748             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
749             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
750             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
751             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
752
753             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
754
755             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
756
757             if (v >= beta)
758                 return nullValue;
759         }
760     }
761
762     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
763     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
764     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
765     if (   !PvNode
766         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
767         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
768     {
769         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
770
771         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
772         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
773         int probCutCount = 0;
774
775         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
776                && probCutCount < 3)
777             if (pos.legal(move))
778             {
779                 probCutCount++;
780
781                 ss->currentMove = move;
782                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
783
784                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
785
786                 pos.do_move(move, st);
787
788                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
789                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
790
791                 // If the qsearch held perform the regular search
792                 if (value >= rbeta)
793                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
794
795                 pos.undo_move(move);
796
797                 if (value >= rbeta)
798                     return value;
799             }
800     }
801
802     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
803     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
804         && !ttMove
805         && (PvNode || ss->staticEval + 128 >= beta))
806     {
807         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
808         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
809
810         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
811         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
812         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
813     }
814
815 moves_loop: // When in check, search starts from here
816
817     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
818     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
819
820     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
821     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
822
823     singularExtensionNode =   !rootNode
824                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
825                            &&  ttMove != MOVE_NONE
826                            &&  ttValue != VALUE_NONE
827                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
828                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
829                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
830     skipQuiets = false;
831     ttCapture = false;
832     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
833
834     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
835     // or a beta cutoff occurs.
836     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
837     {
838       assert(is_ok(move));
839
840       if (move == excludedMove)
841           continue;
842
843       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
844       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
845       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
846       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
847                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
848           continue;
849
850       ss->moveCount = ++moveCount;
851
852       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
853           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
854                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
855                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
856       if (PvNode)
857           (ss+1)->pv = nullptr;
858
859       extension = DEPTH_ZERO;
860       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
861       movedPiece = pos.moved_piece(move);
862       givesCheck = gives_check(pos, move);
863
864       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
865                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
866
867       // Step 13. Extensions
868
869       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
870       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
871       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
872       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
873       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
874       if (    singularExtensionNode
875           &&  move == ttMove
876           &&  pos.legal(move))
877       {
878           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
879           ss->excludedMove = move;
880           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
881           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
882
883           if (value < rBeta)
884               extension = ONE_PLY;
885       }
886       else if (    givesCheck // Check extension
887                && !moveCountPruning
888                &&  pos.see_ge(move))
889           extension = ONE_PLY;
890
891       // Calculate new depth for this move
892       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
893
894       // Step 14. Pruning at shallow depth
895       if (  !rootNode
896           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
897           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
898       {
899           if (   !captureOrPromotion
900               && !givesCheck
901               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
902           {
903               // Move count based pruning
904               if (moveCountPruning)
905               {
906                   skipQuiets = true;
907                   continue;
908               }
909
910               // Reduced depth of the next LMR search
911               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
912
913               // Countermoves based pruning
914               if (   lmrDepth < 3
915                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
916                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
917                   continue;
918
919               // Futility pruning: parent node
920               if (   lmrDepth < 7
921                   && !inCheck
922                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
923                   continue;
924
925               // Prune moves with negative SEE
926               if (   lmrDepth < 8
927                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
928                   continue;
929           }
930           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
931                    && !extension
932                    && !pos.see_ge(move, -Value(CapturePruneMargin[depth / ONE_PLY])))
933                   continue;
934       }
935
936       // Speculative prefetch as early as possible
937       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
938
939       // Check for legality just before making the move
940       if (!rootNode && !pos.legal(move))
941       {
942           ss->moveCount = --moveCount;
943           continue;
944       }
945
946       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
947           ttCapture = true;
948
949       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
950       ss->currentMove = move;
951       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
952
953       // Step 15. Make the move
954       pos.do_move(move, st, givesCheck);
955
956       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
957       // re-searched at full depth.
958       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
959           &&  moveCount > 1
960           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
961       {
962           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
963
964           if (captureOrPromotion)
965               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
966           else
967           {
968               // Decrease reduction if opponent's move count is high
969               if ((ss-1)->moveCount > 15)
970                   r -= ONE_PLY;
971
972               // Decrease reduction for exact PV nodes
973               if (pvExact)
974                   r -= ONE_PLY;
975
976               // Increase reduction if ttMove is a capture
977               if (ttCapture)
978                   r += ONE_PLY;
979
980               // Increase reduction for cut nodes
981               if (cutNode)
982                   r += 2 * ONE_PLY;
983
984               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
985               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
986               // hence break make_move().
987               else if (    type_of(move) == NORMAL
988                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
989                   r -= 2 * ONE_PLY;
990
991               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
992                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
993                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
994                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
995                              - 4000;
996
997               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
998               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
999                   r -= ONE_PLY;
1000
1001               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1002                   r += ONE_PLY;
1003
1004               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1005               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1006           }
1007
1008           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1009
1010           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1011
1012           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1013       }
1014       else
1015           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1016
1017       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1018       if (doFullDepthSearch)
1019           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1020
1021       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1022       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1023       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1024       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1025       {
1026           (ss+1)->pv = pv;
1027           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1028
1029           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1030       }
1031
1032       // Step 18. Undo move
1033       pos.undo_move(move);
1034
1035       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1036
1037       // Step 19. Check for a new best move
1038       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1039       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1040       // updating best move, PV and TT.
1041       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1042           return VALUE_ZERO;
1043
1044       if (rootNode)
1045       {
1046           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1047                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1048
1049           // PV move or new best move?
1050           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1051           {
1052               rm.score = value;
1053               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1054               rm.pv.resize(1);
1055
1056               assert((ss+1)->pv);
1057
1058               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1059                   rm.pv.push_back(*m);
1060
1061               // We record how often the best move has been changed in each
1062               // iteration. This information is used for time management: When
1063               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1064               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1065                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1066           }
1067           else
1068               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1069               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1070               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1071               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1072       }
1073
1074       if (value > bestValue)
1075       {
1076           bestValue = value;
1077
1078           if (value > alpha)
1079           {
1080               bestMove = move;
1081
1082               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1083                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1084
1085               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1086                   alpha = value;
1087               else
1088               {
1089                   assert(value >= beta); // Fail high
1090                   break;
1091               }
1092           }
1093       }
1094
1095       if (move != bestMove)
1096       {
1097           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1098               capturesSearched[captureCount++] = move;
1099
1100           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1101               quietsSearched[quietCount++] = move;
1102       }
1103     }
1104
1105     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1106     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1107     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1108     /*
1109        if (Threads.stop)
1110         return VALUE_DRAW;
1111     */
1112
1113     // Step 20. Check for mate and stalemate
1114     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1115     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1116     // return a fail low score.
1117
1118     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1119
1120     if (!moveCount)
1121         bestValue = excludedMove ? alpha
1122                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1123     else if (bestMove)
1124     {
1125         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1126         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1127             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1128         else
1129             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1130
1131         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1132         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1133             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1134     }
1135     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1136     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1137              && !pos.captured_piece()
1138              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1139         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1140
1141     if (PvNode)
1142         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1143
1144     if (!excludedMove)
1145         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1146                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1147                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1148                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1149
1150     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1151
1152     return bestValue;
1153   }
1154
1155
1156   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1157   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1158   template <NodeType NT>
1159   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1160
1161     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1162
1163     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1164     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1165     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1166     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1167
1168     Move pv[MAX_PLY+1];
1169     StateInfo st;
1170     TTEntry* tte;
1171     Key posKey;
1172     Move ttMove, move, bestMove;
1173     Depth ttDepth;
1174     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1175     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1176     int moveCount;
1177
1178     if (PvNode)
1179     {
1180         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1181         (ss+1)->pv = pv;
1182         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1183     }
1184
1185     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1186     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1187     inCheck = pos.checkers();
1188     moveCount = 0;
1189
1190     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1191     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1192         || ss->ply >= MAX_PLY)
1193         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1194
1195     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1196
1197     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1198     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1199     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1200     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1201                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1202     // Transposition table lookup
1203     posKey = pos.key();
1204     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1205     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1206     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1207
1208     if (  !PvNode
1209         && ttHit
1210         && tte->depth() >= ttDepth
1211         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1212         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1213                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1214         return ttValue;
1215
1216     // Evaluate the position statically
1217     if (inCheck)
1218     {
1219         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1220         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1221     }
1222     else
1223     {
1224         if (ttHit)
1225         {
1226             // Never assume anything on values stored in TT
1227             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1228                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1229
1230             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1231             if (   ttValue != VALUE_NONE
1232                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1233                 bestValue = ttValue;
1234         }
1235         else
1236             ss->staticEval = bestValue =
1237             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1238                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1239
1240         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1241         if (bestValue >= beta)
1242         {
1243             if (!ttHit)
1244                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1245                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1246
1247             return bestValue;
1248         }
1249
1250         if (PvNode && bestValue > alpha)
1251             alpha = bestValue;
1252
1253         futilityBase = bestValue + 128;
1254     }
1255
1256     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1257     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1258     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1259     // be generated.
1260     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1261
1262     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1263     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1264     {
1265       assert(is_ok(move));
1266
1267       givesCheck = gives_check(pos, move);
1268
1269       moveCount++;
1270
1271       // Futility pruning
1272       if (   !inCheck
1273           && !givesCheck
1274           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1275           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1276       {
1277           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1278
1279           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1280
1281           if (futilityValue <= alpha)
1282           {
1283               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1284               continue;
1285           }
1286
1287           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1288           {
1289               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1290               continue;
1291           }
1292       }
1293
1294       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1295       evasionPrunable =    inCheck
1296                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1297                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1298                        && !pos.capture(move);
1299
1300       // Don't search moves with negative SEE values
1301       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1302           && !pos.see_ge(move))
1303           continue;
1304
1305       // Speculative prefetch as early as possible
1306       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1307
1308       // Check for legality just before making the move
1309       if (!pos.legal(move))
1310       {
1311           moveCount--;
1312           continue;
1313       }
1314
1315       ss->currentMove = move;
1316
1317       // Make and search the move
1318       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1319       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1320       pos.undo_move(move);
1321
1322       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1323
1324       // Check for a new best move
1325       if (value > bestValue)
1326       {
1327           bestValue = value;
1328
1329           if (value > alpha)
1330           {
1331               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1332                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1333
1334               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1335               {
1336                   alpha = value;
1337                   bestMove = move;
1338               }
1339               else // Fail high
1340               {
1341                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1342                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1343
1344                   return value;
1345               }
1346           }
1347        }
1348     }
1349
1350     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1351     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1352     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1353         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1354
1355     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1356               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1357               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1358
1359     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1360
1361     return bestValue;
1362   }
1363
1364
1365   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1366   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1367   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1368
1369   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1370
1371     assert(v != VALUE_NONE);
1372
1373     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1374           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1375   }
1376
1377
1378   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1379   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1380   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1381
1382   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1383
1384     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1385           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1386           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1387   }
1388
1389
1390   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1391
1392   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1393
1394     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1395         *pv++ = *childPv++;
1396     *pv = MOVE_NONE;
1397   }
1398
1399
1400   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1401   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1402
1403   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1404
1405     for (int i : {1, 2, 4})
1406         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1407             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1408   }
1409
1410
1411   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1412
1413   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1414                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1415
1416       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1417       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1418       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1419       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1420
1421       // Decrease all the other played capture moves
1422       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1423       {
1424           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1425           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1426           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1427       }
1428   }
1429
1430
1431   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1432
1433   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1434                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1435
1436     if (ss->killers[0] != move)
1437     {
1438         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1439         ss->killers[0] = move;
1440     }
1441
1442     Color us = pos.side_to_move();
1443     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1444     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1445     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1446
1447     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1448     {
1449         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1450         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1451     }
1452
1453     // Decrease all the other played quiet moves
1454     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1455     {
1456         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1457         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1458     }
1459   }
1460
1461   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1462   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1463
1464   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1465
1466     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1467     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1468
1469     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1470     Value topScore = rootMoves[0].score;
1471     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1472     int weakness = 120 - 2 * level;
1473     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1474
1475     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1476     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1477     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1478     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1479     {
1480         // This is our magic formula
1481         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1482                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1483
1484         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1485         {
1486             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1487             best = rootMoves[i].pv[0];
1488         }
1489     }
1490
1491     return best;
1492   }
1493
1494 } // namespace
1495
1496 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1497 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1498
1499 void MainThread::check_time() {
1500
1501   if (--callsCnt > 0)
1502       return;
1503
1504   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1505   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1506
1507   static TimePoint lastInfoTime = now();
1508
1509   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1510   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1511
1512   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1513   {
1514       lastInfoTime = tick;
1515       dbg_print();
1516   }
1517
1518   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1519   if (Threads.ponder)
1520       return;
1521
1522   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1523       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1524       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1525       Threads.stop = true;
1526 }
1527
1528
1529 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1530 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1531
1532 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1533
1534   std::stringstream ss;
1535   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1536   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1537   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1538   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1539   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1540   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1541
1542   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1543   {
1544       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1545
1546       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1547           continue;
1548
1549       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1550       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1551
1552       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1553       v = tb ? TB::Score : v;
1554
1555       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1556           ss << "\n";
1557
1558       ss << "info"
1559          << " depth "    << d / ONE_PLY
1560          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1561          << " multipv "  << i + 1
1562          << " score "    << UCI::value(v);
1563
1564       if (!tb && i == PVIdx)
1565           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1566
1567       ss << " nodes "    << nodesSearched
1568          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1569
1570       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1571           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1572
1573       ss << " tbhits "   << tbHits
1574          << " time "     << elapsed
1575          << " pv";
1576
1577       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1578           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1579   }
1580
1581   return ss.str();
1582 }
1583
1584
1585 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1586 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1587 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1588 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1589
1590 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1591
1592     StateInfo st;
1593     bool ttHit;
1594
1595     assert(pv.size() == 1);
1596
1597     if (!pv[0])
1598         return false;
1599
1600     pos.do_move(pv[0], st);
1601     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1602
1603     if (ttHit)
1604     {
1605         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1606         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1607             pv.push_back(m);
1608     }
1609
1610     pos.undo_move(pv[0]);
1611     return pv.size() > 1;
1612 }
1613
1614
1615 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1616
1617     RootInTB = false;
1618     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1619     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1620     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1621
1622     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1623     if (Cardinality > MaxCardinality)
1624     {
1625         Cardinality = MaxCardinality;
1626         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1627     }
1628
1629     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1630         return;
1631
1632     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1633     if (Options["MultiPV"] != 1)
1634         return;
1635
1636     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1637     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1638     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1639
1640     if (RootInTB)
1641         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1642
1643     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1644     {
1645         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1646         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1647
1648         // Only probe during search if winning
1649         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1650             Cardinality = 0;
1651     }
1652
1653     if (RootInTB && !UseRule50)
1654         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1655                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1656                                             :  VALUE_DRAW;
1657
1658     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1659     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1660     for (RootMove& rm : rootMoves)
1661         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1662 }