]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
NMP Tweaks
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Razor and futility margins
65   constexpr int RazorMargin = 661;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value(198 * (d / ONE_PLY - improving));
68   }
69
70   // Reductions lookup table, initialized at startup
71   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
72
73   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
74     int r = Reductions[d / ONE_PLY] * Reductions[mn];
75     return ((r + 520) / 1024 + (!i && r > 999)) * ONE_PLY;
76   }
77
78   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
79     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? -8 : 22 * d * d + 151 * d - 140;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
90     return depth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_DRAW
91                                : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
92   }
93
94   // Skill structure is used to implement strength limit
95   struct Skill {
96     explicit Skill(int l) : level(l) {}
97     bool enabled() const { return level < 20; }
98     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
99     Move pick_best(size_t multiPV);
100
101     int level;
102     Move best = MOVE_NONE;
103   };
104
105   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread
106   struct Breadcrumb {
107     std::atomic<Thread*> thread;
108     std::atomic<Key> key;
109   };
110   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
111
112   // ThreadHolding structure keeps track of which thread left breadcrumbs at the given
113   // node for potential reductions. A free node will be marked upon entering the moves
114   // loop by the constructor, and unmarked upon leaving that loop by the destructor.
115   struct ThreadHolding {
116     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
117        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
118        otherThread = false;
119        owning = false;
120        if (location)
121        {
122           // See if another already marked this location, if not, mark it ourselves
123           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
124           if (tmp == nullptr)
125           {
126               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
127               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
128               owning = true;
129           }
130           else if (   tmp != thisThread
131                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
132               otherThread = true;
133        }
134     }
135
136     ~ThreadHolding() {
137        if (owning) // Free the marked location
138            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
139     }
140
141     bool marked() { return otherThread; }
142
143     private:
144     Breadcrumb* location;
145     bool otherThread, owning;
146   };
147
148   template <NodeType NT>
149   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
150
151   template <NodeType NT>
152   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
153
154   Value value_to_tt(Value v, int ply);
155   Value value_from_tt(Value v, int ply);
156   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
157   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
158   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
159   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
160
161   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
162   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
163   template<bool Root>
164   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
165
166     StateInfo st;
167     uint64_t cnt, nodes = 0;
168     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
169
170     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
171     {
172         if (Root && depth <= ONE_PLY)
173             cnt = 1, nodes++;
174         else
175         {
176             pos.do_move(m, st);
177             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
178             nodes += cnt;
179             pos.undo_move(m);
180         }
181         if (Root)
182             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
183     }
184     return nodes;
185   }
186
187 } // namespace
188
189
190 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
191
192 void Search::init() {
193
194   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
195       Reductions[i] = int(23.4 * std::log(i));
196 }
197
198
199 /// Search::clear() resets search state to its initial value
200
201 void Search::clear() {
202
203   Threads.main()->wait_for_search_finished();
204
205   Time.availableNodes = 0;
206   TT.clear();
207   Threads.clear();
208   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
209 }
210
211
212 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
213 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
214
215 void MainThread::search() {
216
217   if (Limits.perft)
218   {
219       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
220       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
221       return;
222   }
223
224   Color us = rootPos.side_to_move();
225   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
226   TT.new_search();
227
228   if (rootMoves.empty())
229   {
230       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
231       sync_cout << "info depth 0 score "
232                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
233                 << sync_endl;
234   }
235   else
236   {
237       for (Thread* th : Threads)
238       {
239           th->bestMoveChanges = 0;
240           if (th != this)
241               th->start_searching();
242       }
243
244       Thread::search(); // Let's start searching!
245   }
246
247   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
248   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
249   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
250   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
251   // until the GUI sends one of those commands.
252
253   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
254   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
255
256   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
257   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
258   Threads.stop = true;
259
260   // Wait until all threads have finished
261   for (Thread* th : Threads)
262       if (th != this)
263           th->wait_for_search_finished();
264
265   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
266   // the available ones before exiting.
267   if (Limits.npmsec)
268       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
269
270   Thread* bestThread = this;
271
272   // Check if there are threads with a better score than main thread
273   if (    Options["MultiPV"] == 1
274       && !Limits.depth
275       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || Options["UCI_LimitStrength"])
276       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
277   {
278       std::map<Move, int64_t> votes;
279       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
280
281       // Find out minimum score
282       for (Thread* th: Threads)
283           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
284
285       // Vote according to score and depth, and select the best thread
286       for (Thread* th : Threads)
287       {
288           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
289               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
290
291           if (bestThread->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
292           {
293               // Make sure we pick the shortest mate
294               if (th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
295                   bestThread = th;
296           }
297           else if (   th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
298                    || votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
299               bestThread = th;
300       }
301   }
302
303   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
304
305   // Send again PV info if we have a new best thread
306   if (bestThread != this)
307       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
308
309   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
310
311   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
312       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
313
314   std::cout << sync_endl;
315 }
316
317
318 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
319 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
320 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
321
322 void Thread::search() {
323
324   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
325   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
326   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
327   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
328   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
329   Move  pv[MAX_PLY+1];
330   Value bestValue, alpha, beta, delta;
331   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
332   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
333   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
334   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
335   Color us = rootPos.side_to_move();
336
337   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
338   for (int i = 7; i > 0; i--)
339      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
340   ss->pv = pv;
341
342   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
343   beta = VALUE_INFINITE;
344
345   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
346
347   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
348   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
349   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
350   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
351   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
352   PRNG rng(now());
353   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
354                         clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
355                         double(Options["Skill Level"]);
356   int intLevel = int(floatLevel) +
357                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
358   Skill skill(intLevel);
359
360   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
361   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
362   if (skill.enabled())
363       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
364
365   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
366
367   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
368
369   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
370   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
371       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
372           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
373           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
374           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
375           : ct;
376
377   // Evaluation score is from the white point of view
378   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
379                           : -make_score(ct, ct / 2));
380
381   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
382   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
383          && !Threads.stop
384          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
385   {
386       // Age out PV variability metric
387       if (mainThread)
388           totBestMoveChanges /= 2;
389
390       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
391       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
392       for (RootMove& rm : rootMoves)
393           rm.previousScore = rm.score;
394
395       size_t pvFirst = 0;
396       pvLast = 0;
397
398       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
399       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
400       {
401           if (pvIdx == pvLast)
402           {
403               pvFirst = pvLast;
404               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
405                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
406                       break;
407           }
408
409           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
410           selDepth = 0;
411
412           // Reset aspiration window starting size
413           if (rootDepth >= 4 * ONE_PLY)
414           {
415               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
416               delta = Value(23);
417               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
418               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
419
420               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
421               int dct = ct + 86 * previousScore / (abs(previousScore) + 176);
422
423               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
424                                       : -make_score(dct, dct / 2));
425           }
426
427           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
428           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
429           // high/low anymore.
430           int failedHighCnt = 0;
431           while (true)
432           {
433               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
434               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
435
436               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
437               // is done with a stable algorithm because all the values but the
438               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
439               // and we want to keep the same order for all the moves except the
440               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
441               // search the already searched PV lines are preserved.
442               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
443
444               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
445               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
446               // the previous iteration.
447               if (Threads.stop)
448                   break;
449
450               // When failing high/low give some update (without cluttering
451               // the UI) before a re-search.
452               if (   mainThread
453                   && multiPV == 1
454                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
455                   && Time.elapsed() > 3000)
456                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
457
458               // In case of failing low/high increase aspiration window and
459               // re-search, otherwise exit the loop.
460               if (bestValue <= alpha)
461               {
462                   beta = (alpha + beta) / 2;
463                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
464
465                   failedHighCnt = 0;
466                   if (mainThread)
467                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
468               }
469               else if (bestValue >= beta)
470               {
471                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
472                   ++failedHighCnt;
473               }
474               else
475                   break;
476
477               delta += delta / 4 + 5;
478
479               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
480           }
481
482           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
483           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
484
485           if (    mainThread
486               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
487               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
488       }
489
490       if (!Threads.stop)
491           completedDepth = rootDepth;
492
493       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
494          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
495          lastBestMoveDepth = rootDepth;
496       }
497
498       // Have we found a "mate in x"?
499       if (   Limits.mate
500           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
501           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
502           Threads.stop = true;
503
504       if (!mainThread)
505           continue;
506
507       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
508       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
509           skill.pick_best(multiPV);
510
511       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
512       if (    Limits.use_time_management()
513           && !Threads.stop
514           && !mainThread->stopOnPonderhit)
515       {
516           double fallingEval = (354 + 10 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 692.0;
517           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
518
519           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
520           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.97 : 0.98;
521           double reduction = (1.36 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.29 * timeReduction);
522
523           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
524           for (Thread* th : Threads)
525           {
526               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
527               th->bestMoveChanges = 0;
528           }
529           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
530
531           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
532           if (   rootMoves.size() == 1
533               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
534           {
535               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
536               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
537               if (mainThread->ponder)
538                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
539               else
540                   Threads.stop = true;
541           }
542       }
543   }
544
545   if (!mainThread)
546       return;
547
548   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
549
550   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
551   if (skill.enabled())
552       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
553                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
554 }
555
556
557 namespace {
558
559   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
560
561   template <NodeType NT>
562   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
563
564     constexpr bool PvNode = NT == PV;
565     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
566
567     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
568     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
569     if (   pos.rule50_count() >= 3
570         && alpha < VALUE_DRAW
571         && !rootNode
572         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
573     {
574         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
575         if (alpha >= beta)
576             return alpha;
577     }
578
579     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
580     if (depth < ONE_PLY)
581         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
582
583     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
584     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
585     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
586     assert(!(PvNode && cutNode));
587     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
588
589     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
590     StateInfo st;
591     TTEntry* tte;
592     Key posKey;
593     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
594     Depth extension, newDepth;
595     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
596     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving, doLMR;
597     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
598     Piece movedPiece;
599     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
600
601     // Step 1. Initialize node
602     Thread* thisThread = pos.this_thread();
603     inCheck = pos.checkers();
604     Color us = pos.side_to_move();
605     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
606     bestValue = -VALUE_INFINITE;
607     maxValue = VALUE_INFINITE;
608
609     // Check for the available remaining time
610     if (thisThread == Threads.main())
611         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
612
613     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
614     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
615         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
616
617     if (!rootNode)
618     {
619         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
620         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
621             || pos.is_draw(ss->ply)
622             || ss->ply >= MAX_PLY)
623             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
624                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
625
626         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
627         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
628         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
629         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
630         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
631         // mate. In this case return a fail-high score.
632         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
633         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
634         if (alpha >= beta)
635             return alpha;
636     }
637
638     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
639
640     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
641     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
642     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
643     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
644
645     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
646     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
647     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
648     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
649     // LMR which are based on the statScore of parent position.
650     if (rootNode)
651         (ss+4)->statScore = 0;
652     else
653         (ss+2)->statScore = 0;
654
655     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
656     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
657     // position key in case of an excluded move.
658     excludedMove = ss->excludedMove;
659     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
660     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
661     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
662     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
663             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
664     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
665
666     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
667     if (  !PvNode
668         && ttHit
669         && tte->depth() >= depth
670         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
671         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
672                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
673     {
674         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
675         if (ttMove)
676         {
677             if (ttValue >= beta)
678             {
679                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
680                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
681
682                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
683                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
684                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
685             }
686             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
687             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
688             {
689                 int penalty = -stat_bonus(depth);
690                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
691                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
692             }
693         }
694         return ttValue;
695     }
696
697     // Step 5. Tablebases probe
698     if (!rootNode && TB::Cardinality)
699     {
700         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
701
702         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
703             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
704             &&  pos.rule50_count() == 0
705             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
706         {
707             TB::ProbeState err;
708             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
709
710             // Force check of time on the next occasion
711             if (thisThread == Threads.main())
712                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
713
714             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
715             {
716                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
717
718                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
719
720                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
721                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
722                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
723
724                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
725                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
726
727                 if (    b == BOUND_EXACT
728                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
729                 {
730                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
731                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
732                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
733
734                     return value;
735                 }
736
737                 if (PvNode)
738                 {
739                     if (b == BOUND_LOWER)
740                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
741                     else
742                         maxValue = value;
743                 }
744             }
745         }
746     }
747
748     // Step 6. Static evaluation of the position
749     if (inCheck)
750     {
751         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
752         improving = false;
753         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
754     }
755     else if (ttHit)
756     {
757         // Never assume anything about values stored in TT
758         ss->staticEval = eval = tte->eval();
759         if (eval == VALUE_NONE)
760             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
761
762         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
763         if (    ttValue != VALUE_NONE
764             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
765             eval = ttValue;
766     }
767     else
768     {
769         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
770         {
771             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
772
773             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
774         }
775         else
776             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
777
778         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
779     }
780
781     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
782     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
783         &&  depth < 2 * ONE_PLY
784         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
785         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
786
787     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
788                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
789
790     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
791     if (   !PvNode
792         &&  depth < 7 * ONE_PLY
793         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
794         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
795         return eval;
796
797     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
798     if (   !PvNode
799         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
800         && (ss-1)->statScore < 22661
801         &&  eval >= beta
802         &&  eval >= ss->staticEval
803         &&  ss->staticEval >= beta - 33 * depth / ONE_PLY + 299 - improving * 30
804         && !excludedMove
805         &&  pos.non_pawn_material(us)
806         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
807     {
808         assert(eval - beta >= 0);
809
810         // Null move dynamic reduction based on depth and value
811         Depth R = ((835 + 70 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 185, 3)) * ONE_PLY;
812
813         ss->currentMove = MOVE_NULL;
814         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
815
816         pos.do_null_move(st);
817
818         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
819
820         pos.undo_null_move();
821
822         if (nullValue >= beta)
823         {
824             // Do not return unproven mate scores
825             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
826                 nullValue = beta;
827
828             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 13 * ONE_PLY))
829                 return nullValue;
830
831             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
832
833             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
834             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
835             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
836             thisThread->nmpColor = us;
837
838             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
839
840             thisThread->nmpMinPly = 0;
841
842             if (v >= beta)
843                 return nullValue;
844         }
845     }
846
847     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
848     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
849     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
850     if (   !PvNode
851         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
852         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
853     {
854         Value raisedBeta = std::min(beta + 191 - 46 * improving, VALUE_INFINITE);
855         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
856         int probCutCount = 0;
857
858         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
859                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
860             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
861             {
862                 probCutCount++;
863
864                 ss->currentMove = move;
865                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
866
867                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
868
869                 pos.do_move(move, st);
870
871                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
872                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
873
874                 // If the qsearch held, perform the regular search
875                 if (value >= raisedBeta)
876                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
877
878                 pos.undo_move(move);
879
880                 if (value >= raisedBeta)
881                     return value;
882             }
883     }
884
885     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
886     if (depth >= 7 * ONE_PLY && !ttMove)
887     {
888         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
889
890         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
891         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
892         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
893     }
894
895 moves_loop: // When in check, search starts from here
896
897     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
898                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
899                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
900
901     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
902
903     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
904                                       &thisThread->captureHistory,
905                                       contHist,
906                                       countermove,
907                                       ss->killers);
908
909     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
910     moveCountPruning = false;
911     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
912
913     // Mark this node as being searched
914     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
915
916     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
917     // or a beta cutoff occurs.
918     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
919     {
920       assert(is_ok(move));
921
922       if (move == excludedMove)
923           continue;
924
925       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
926       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
927       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
928       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
929       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
930                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
931           continue;
932
933       ss->moveCount = ++moveCount;
934
935       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
936           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
937                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
938                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
939       if (PvNode)
940           (ss+1)->pv = nullptr;
941
942       extension = DEPTH_ZERO;
943       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
944       movedPiece = pos.moved_piece(move);
945       givesCheck = pos.gives_check(move);
946
947       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
948
949       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
950       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
951       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
952       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
953       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
954       if (    depth >= 6 * ONE_PLY
955           &&  move == ttMove
956           && !rootNode
957           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
958        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
959           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
960           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
961           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
962           &&  pos.legal(move))
963       {
964           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
965           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
966           ss->excludedMove = move;
967           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
968           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
969
970           if (value < singularBeta)
971           {
972               extension = ONE_PLY;
973               singularLMR++;
974
975               if (value < singularBeta - std::min(4 * depth / ONE_PLY, 36))
976                   singularLMR++;
977           }
978
979           // Multi-cut pruning
980           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
981           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
982           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
983           // a soft bound.
984           else if (   eval >= beta
985                    && singularBeta >= beta)
986               return singularBeta;
987       }
988
989       // Check extension (~2 Elo)
990       else if (    givesCheck
991                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
992           extension = ONE_PLY;
993
994       // Castling extension
995       else if (type_of(move) == CASTLING)
996           extension = ONE_PLY;
997
998       // Shuffle extension
999       else if (   PvNode
1000                && pos.rule50_count() > 18
1001                && depth < 3 * ONE_PLY
1002                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
1003           extension = ONE_PLY;
1004
1005       // Passed pawn extension
1006       else if (   move == ss->killers[0]
1007                && pos.advanced_pawn_push(move)
1008                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
1009           extension = ONE_PLY;
1010
1011       // Calculate new depth for this move
1012       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
1013
1014       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
1015       if (  !rootNode
1016           && pos.non_pawn_material(us)
1017           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
1018       {
1019           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1020           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
1021
1022           if (   !captureOrPromotion
1023               && !givesCheck
1024               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
1025           {
1026               // Move count based pruning
1027               if (moveCountPruning)
1028                   continue;
1029
1030               // Reduced depth of the next LMR search
1031               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
1032               lmrDepth /= ONE_PLY;
1033
1034               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1035               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1036                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1037                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1038                   continue;
1039
1040               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1041               if (   lmrDepth < 6
1042                   && !inCheck
1043                   && ss->staticEval + 250 + 211 * lmrDepth <= alpha)
1044                   continue;
1045
1046               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1047               if (!pos.see_ge(move, Value(-(31 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1048                   continue;
1049           }
1050           else if (  (!givesCheck || !extension)
1051                    && !pos.see_ge(move, Value(-199) * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
1052                   continue;
1053       }
1054
1055       // Speculative prefetch as early as possible
1056       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1057
1058       // Check for legality just before making the move
1059       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1060       {
1061           ss->moveCount = --moveCount;
1062           continue;
1063       }
1064
1065       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1066       ss->currentMove = move;
1067       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1068
1069       // Step 15. Make the move
1070       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1071
1072       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1073       // re-searched at full depth.
1074       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1075           &&  moveCount > 1 + 3 * rootNode
1076           && (  !captureOrPromotion
1077               || moveCountPruning
1078               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha
1079               || cutNode))
1080       {
1081           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1082
1083           // Reduction if other threads are searching this position.
1084           if (th.marked())
1085               r += ONE_PLY;
1086
1087           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1088           if (ttPv)
1089               r -= 2 * ONE_PLY;
1090
1091           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1092           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1093               r -= ONE_PLY;
1094
1095           // Decrease reduction if move has been singularly extended
1096           r -= singularLMR * ONE_PLY;
1097
1098           if (!captureOrPromotion)
1099           {
1100               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1101               if (ttCapture)
1102                   r += ONE_PLY;
1103
1104               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1105               if (cutNode)
1106                   r += 2 * ONE_PLY;
1107
1108               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1109               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1110               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1111               else if (    type_of(move) == NORMAL
1112                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1113                   r -= 2 * ONE_PLY;
1114
1115               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1116                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1117                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1118                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1119                              - 4729;
1120
1121               // Reset statScore to zero if negative and most stats shows >= 0
1122               if (    ss->statScore < 0
1123                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1124                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1125                   && thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] >= 0)
1126                   ss->statScore = 0;
1127
1128               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1129               if (ss->statScore >= -99 && (ss-1)->statScore < -116)
1130                   r -= ONE_PLY;
1131
1132               else if ((ss-1)->statScore >= -117 && ss->statScore < -144)
1133                   r += ONE_PLY;
1134
1135               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1136               r -= ss->statScore / 16384 * ONE_PLY;
1137           }
1138
1139           Depth d = clamp(newDepth - r, ONE_PLY, newDepth);
1140
1141           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1142
1143           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth), doLMR = true;
1144       }
1145       else
1146           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1, doLMR = false;
1147
1148       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1149       if (doFullDepthSearch)
1150       {
1151           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1152
1153           if (doLMR && !captureOrPromotion)
1154           {
1155               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1156                                         : -stat_bonus(newDepth);
1157
1158               if (move == ss->killers[0])
1159                   bonus += bonus / 4;
1160
1161               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1162           }
1163       }
1164
1165       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1166       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1167       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1168       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1169       {
1170           (ss+1)->pv = pv;
1171           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1172
1173           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1174       }
1175
1176       // Step 18. Undo move
1177       pos.undo_move(move);
1178
1179       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1180
1181       // Step 19. Check for a new best move
1182       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1183       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1184       // updating best move, PV and TT.
1185       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1186           return VALUE_ZERO;
1187
1188       if (rootNode)
1189       {
1190           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1191                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1192
1193           // PV move or new best move?
1194           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1195           {
1196               rm.score = value;
1197               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1198               rm.pv.resize(1);
1199
1200               assert((ss+1)->pv);
1201
1202               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1203                   rm.pv.push_back(*m);
1204
1205               // We record how often the best move has been changed in each
1206               // iteration. This information is used for time management: When
1207               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1208               if (moveCount > 1)
1209                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1210           }
1211           else
1212               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1213               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1214               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1215               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1216       }
1217
1218       if (value > bestValue)
1219       {
1220           bestValue = value;
1221
1222           if (value > alpha)
1223           {
1224               bestMove = move;
1225
1226               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1227                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1228
1229               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1230                   alpha = value;
1231               else
1232               {
1233                   assert(value >= beta); // Fail high
1234                   ss->statScore = 0;
1235                   break;
1236               }
1237           }
1238       }
1239
1240       if (move != bestMove)
1241       {
1242           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1243               capturesSearched[captureCount++] = move;
1244
1245           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1246               quietsSearched[quietCount++] = move;
1247       }
1248     }
1249
1250     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1251     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1252     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1253     /*
1254        if (Threads.stop)
1255         return VALUE_DRAW;
1256     */
1257
1258     // Step 20. Check for mate and stalemate
1259     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1260     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1261     // return a fail low score.
1262
1263     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1264
1265     if (!moveCount)
1266         bestValue = excludedMove ? alpha
1267                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1268     else if (bestMove)
1269     {
1270         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1271         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1272             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1273                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1274
1275         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1276
1277         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1278         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1279             && !pos.captured_piece())
1280                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1281
1282     }
1283     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1284     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1285              && !pos.captured_piece())
1286         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1287
1288     if (PvNode)
1289         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1290
1291     if (!excludedMove)
1292         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1293                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1294                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1295                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1296
1297     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1298
1299     return bestValue;
1300   }
1301
1302
1303   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1304   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1305   template <NodeType NT>
1306   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1307
1308     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1309
1310     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1311     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1312     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1313     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1314
1315     Move pv[MAX_PLY+1];
1316     StateInfo st;
1317     TTEntry* tte;
1318     Key posKey;
1319     Move ttMove, move, bestMove;
1320     Depth ttDepth;
1321     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1322     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1323     int moveCount;
1324
1325     if (PvNode)
1326     {
1327         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1328         (ss+1)->pv = pv;
1329         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1330     }
1331
1332     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1333     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1334     bestMove = MOVE_NONE;
1335     inCheck = pos.checkers();
1336     moveCount = 0;
1337
1338     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1339     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1340         || ss->ply >= MAX_PLY)
1341         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1342
1343     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1344
1345     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1346     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1347     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1348     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1349                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1350     // Transposition table lookup
1351     posKey = pos.key();
1352     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1353     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1354     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1355     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1356
1357     if (  !PvNode
1358         && ttHit
1359         && tte->depth() >= ttDepth
1360         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1361         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1362                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1363         return ttValue;
1364
1365     // Evaluate the position statically
1366     if (inCheck)
1367     {
1368         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1369         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1370     }
1371     else
1372     {
1373         if (ttHit)
1374         {
1375             // Never assume anything about values stored in TT
1376             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1377                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1378
1379             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1380             if (    ttValue != VALUE_NONE
1381                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1382                 bestValue = ttValue;
1383         }
1384         else
1385             ss->staticEval = bestValue =
1386             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1387                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1388
1389         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1390         if (bestValue >= beta)
1391         {
1392             if (!ttHit)
1393                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1394                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1395
1396             return bestValue;
1397         }
1398
1399         if (PvNode && bestValue > alpha)
1400             alpha = bestValue;
1401
1402         futilityBase = bestValue + 153;
1403     }
1404
1405     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1406                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1407                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1408
1409     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1410     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1411     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1412     // be generated.
1413     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1414                                       &thisThread->captureHistory,
1415                                       contHist,
1416                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1417
1418     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1419     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1420     {
1421       assert(is_ok(move));
1422
1423       givesCheck = pos.gives_check(move);
1424
1425       moveCount++;
1426
1427       // Futility pruning
1428       if (   !inCheck
1429           && !givesCheck
1430           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1431           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1432       {
1433           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1434
1435           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1436
1437           if (futilityValue <= alpha)
1438           {
1439               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1440               continue;
1441           }
1442
1443           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1444           {
1445               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1446               continue;
1447           }
1448       }
1449
1450       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1451       evasionPrunable =    inCheck
1452                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1453                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1454                        && !pos.capture(move);
1455
1456       // Don't search moves with negative SEE values
1457       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1458           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1459           && !pos.see_ge(move))
1460           continue;
1461
1462       // Speculative prefetch as early as possible
1463       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1464
1465       // Check for legality just before making the move
1466       if (!pos.legal(move))
1467       {
1468           moveCount--;
1469           continue;
1470       }
1471
1472       ss->currentMove = move;
1473       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1474
1475       // Make and search the move
1476       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1477       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1478       pos.undo_move(move);
1479
1480       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1481
1482       // Check for a new best move
1483       if (value > bestValue)
1484       {
1485           bestValue = value;
1486
1487           if (value > alpha)
1488           {
1489               bestMove = move;
1490
1491               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1492                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1493
1494               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1495                   alpha = value;
1496               else
1497                   break; // Fail high
1498           }
1499        }
1500     }
1501
1502     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1503     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1504     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1505         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1506
1507     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1508               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1509               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1510               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1511
1512     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1513
1514     return bestValue;
1515   }
1516
1517
1518   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1519   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1520   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1521
1522   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1523
1524     assert(v != VALUE_NONE);
1525
1526     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1527           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1528   }
1529
1530
1531   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1532   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1533   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1534
1535   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1536
1537     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1538           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1539           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1540   }
1541
1542
1543   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1544
1545   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1546
1547     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1548         *pv++ = *childPv++;
1549     *pv = MOVE_NONE;
1550   }
1551
1552
1553   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1554   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1555
1556   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1557
1558     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1559         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1560             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1561   }
1562
1563
1564   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1565
1566   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1567                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1568
1569       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1570       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1571       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1572
1573       if (pos.capture_or_promotion(move))
1574           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1575
1576       // Decrease all the other played capture moves
1577       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1578       {
1579           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1580           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1581           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1582       }
1583   }
1584
1585
1586   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1587
1588   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1589                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1590
1591     if (ss->killers[0] != move)
1592     {
1593         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1594         ss->killers[0] = move;
1595     }
1596
1597     Color us = pos.side_to_move();
1598     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1599     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1600     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1601
1602     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1603     {
1604         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1605         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1606     }
1607
1608     // Decrease all the other played quiet moves
1609     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1610     {
1611         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1612         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1613     }
1614   }
1615
1616   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1617   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1618
1619   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1620
1621     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1622     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1623
1624     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1625     Value topScore = rootMoves[0].score;
1626     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1627     int weakness = 120 - 2 * level;
1628     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1629
1630     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1631     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1632     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1633     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1634     {
1635         // This is our magic formula
1636         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1637                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1638
1639         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1640         {
1641             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1642             best = rootMoves[i].pv[0];
1643         }
1644     }
1645
1646     return best;
1647   }
1648
1649 } // namespace
1650
1651 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1652 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1653
1654 void MainThread::check_time() {
1655
1656   if (--callsCnt > 0)
1657       return;
1658
1659   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1660   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1661
1662   static TimePoint lastInfoTime = now();
1663
1664   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1665   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1666
1667   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1668   {
1669       lastInfoTime = tick;
1670       dbg_print();
1671   }
1672
1673   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1674   if (ponder)
1675       return;
1676
1677   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1678       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1679       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1680       Threads.stop = true;
1681 }
1682
1683
1684 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1685 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1686
1687 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1688
1689   std::stringstream ss;
1690   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1691   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1692   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1693   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1694   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1695   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1696
1697   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1698   {
1699       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1700
1701       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1702           continue;
1703
1704       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1705       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1706
1707       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1708       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1709
1710       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1711           ss << "\n";
1712
1713       ss << "info"
1714          << " depth "    << d / ONE_PLY
1715          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1716          << " multipv "  << i + 1
1717          << " score "    << UCI::value(v);
1718
1719       if (!tb && i == pvIdx)
1720           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1721
1722       ss << " nodes "    << nodesSearched
1723          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1724
1725       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1726           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1727
1728       ss << " tbhits "   << tbHits
1729          << " time "     << elapsed
1730          << " pv";
1731
1732       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1733           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1734   }
1735
1736   return ss.str();
1737 }
1738
1739
1740 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1741 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1742 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1743 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1744
1745 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1746
1747     StateInfo st;
1748     bool ttHit;
1749
1750     assert(pv.size() == 1);
1751
1752     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1753         return false;
1754
1755     pos.do_move(pv[0], st);
1756     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1757
1758     if (ttHit)
1759     {
1760         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1761         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1762             pv.push_back(m);
1763     }
1764
1765     pos.undo_move(pv[0]);
1766     return pv.size() > 1;
1767 }
1768
1769 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1770
1771     RootInTB = false;
1772     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1773     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1774     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1775     bool dtz_available = true;
1776
1777     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1778     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1779     if (Cardinality > MaxCardinality)
1780     {
1781         Cardinality = MaxCardinality;
1782         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1783     }
1784
1785     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1786     {
1787         // Rank moves using DTZ tables
1788         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1789
1790         if (!RootInTB)
1791         {
1792             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1793             dtz_available = false;
1794             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1795         }
1796     }
1797
1798     if (RootInTB)
1799     {
1800         // Sort moves according to TB rank
1801         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1802                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1803
1804         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1805         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1806             Cardinality = 0;
1807     }
1808     else
1809     {
1810         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1811         for (auto& m : rootMoves)
1812             m.tbRank = 0;
1813     }
1814 }