f4c77847d25bb814956c3b110741e9229603b846
[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) 2015-2016 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 "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   StateStackPtr SetupStates;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   uint64_t Hits;
50   bool RootInTB;
51   bool UseRule50;
52   Depth ProbeDepth;
53   Value Score;
54 }
55
56 namespace TB = Tablebases;
57
58 using std::string;
59 using Eval::evaluate;
60 using namespace Search;
61
62 namespace {
63
64   // Different node types, used as a template parameter
65   enum NodeType { NonPV, PV };
66
67   // Razoring and futility margin based on depth
68   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
69   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
70
71   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
72   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
73   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Skill structure is used to implement strength limit
80   struct Skill {
81     Skill(int l) : level(l) {}
82     bool enabled() const { return level < 20; }
83     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
84     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
85     Move pick_best(size_t multiPV);
86
87     int level;
88     Move best = MOVE_NONE;
89   };
90
91   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
92   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
93   struct EasyMoveManager {
94
95     void clear() {
96       stableCnt = 0;
97       expectedPosKey = 0;
98       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
99     }
100
101     Move get(Key key) const {
102       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
103     }
104
105     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
106
107       assert(newPv.size() >= 3);
108
109       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
110       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
111
112       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
113       {
114           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
115
116           StateInfo st[2];
117           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
118           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
119           expectedPosKey = pos.key();
120           pos.undo_move(newPv[1]);
121           pos.undo_move(newPv[0]);
122       }
123     }
124
125     int stableCnt;
126     Key expectedPosKey;
127     Move pv[3];
128   };
129
130   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
131   // the search depths across the threads.
132   typedef std::vector<int> Row;
133
134   const Row HalfDensity[] = {
135     {0, 1},
136     {1, 0},
137     {0, 0, 1, 1},
138     {0, 1, 1, 0},
139     {1, 1, 0, 0},
140     {1, 0, 0, 1},
141     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
142     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
143     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
144     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
145     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
146     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
148     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
149     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
150     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
152     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
153     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
154     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
155   };
156
157   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
158
159   EasyMoveManager EasyMove;
160   Value DrawValue[COLOR_NB];
161   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
162
163   template <NodeType NT>
164   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
165
166   template <NodeType NT, bool InCheck>
167   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
168
169   Value value_to_tt(Value v, int ply);
170   Value value_from_tt(Value v, int ply);
171   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
172   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
173   void check_time();
174
175 } // namespace
176
177
178 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
179
180 void Search::init() {
181
182   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
183
184   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
185       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
186           for (int d = 1; d < 64; ++d)
187               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
188               {
189                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
190
191                   if (r >= 1.5)
192                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
193
194                   // Increase reduction when eval is not improving
195                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
196                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
197               }
198
199   for (int d = 0; d < 16; ++d)
200   {
201       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
202       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
203   }
204 }
205
206
207 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
208
209 void Search::clear() {
210
211   TT.clear();
212   CounterMoveHistory.clear();
213
214   for (Thread* th : Threads)
215   {
216       th->history.clear();
217       th->counterMoves.clear();
218   }
219
220   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
226 template<bool Root>
227 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   uint64_t cnt, nodes = 0;
231   CheckInfo ci(pos);
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   TB::Hits = 0;
267   TB::RootInTB = false;
268   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
269   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
270   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
271
272   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
273   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
274   {
275       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
276       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
277   }
278
279   if (rootMoves.empty())
280   {
281       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
282       sync_cout << "info depth 0 score "
283                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
284                 << sync_endl;
285   }
286   else
287   {
288       if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
289                                 + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
290           && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
291       {
292           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
293           // contains only moves that preserve the draw or the win.
294           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
295
296           if (TB::RootInTB)
297               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
298
299           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
300           {
301               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
302               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
303
304               // Only probe during search if winning
305               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
306                   TB::Cardinality = 0;
307           }
308
309           if (TB::RootInTB)
310           {
311               TB::Hits = rootMoves.size();
312
313               if (!TB::UseRule50)
314                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
315                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
316                                                       :  VALUE_DRAW;
317           }
318       }
319
320       for (Thread* th : Threads)
321       {
322           th->maxPly = 0;
323           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
324           if (th != this)
325           {
326               th->rootPos = Position(rootPos, th);
327               th->rootMoves = rootMoves;
328               th->start_searching();
329           }
330       }
331
332       Thread::search(); // Let's start searching!
333   }
334
335   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
336   // the available ones before exiting.
337   if (Limits.npmsec)
338       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
339
340   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
341   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
342   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
343   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
344   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
345   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
346   {
347       Signals.stopOnPonderhit = true;
348       wait(Signals.stop);
349   }
350
351   // Stop the threads if not already stopped
352   Signals.stop = true;
353
354   // Wait until all threads have finished
355   for (Thread* th : Threads)
356       if (th != this)
357           th->wait_for_search_finished();
358
359   // Check if there are threads with a better score than main thread
360   Thread* bestThread = this;
361   if (   !this->easyMovePlayed
362       &&  Options["MultiPV"] == 1
363       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
364   {
365       for (Thread* th : Threads)
366           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
367               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
368               bestThread = th;
369   }
370
371   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
372
373   // Send new PV when needed
374   if (bestThread != this)
375       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
376
377   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
378
379   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
380       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
381
382   std::cout << sync_endl;
383 }
384
385
386 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
387 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
388 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
389
390 void Thread::search() {
391
392   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
393   Value bestValue, alpha, beta, delta;
394   Move easyMove = MOVE_NONE;
395   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
396
397   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
398
399   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
400   beta = VALUE_INFINITE;
401   completedDepth = DEPTH_ZERO;
402
403   if (mainThread)
404   {
405       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
406       EasyMove.clear();
407       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
408       mainThread->bestMoveChanges = 0;
409       TT.new_search();
410   }
411
412   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
413   Skill skill(Options["Skill Level"]);
414
415   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
416   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
417   if (skill.enabled())
418       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
419
420   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
421
422   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
423   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
424   {
425       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
426       // 2nd ply (using a half-density matrix).
427       if (!mainThread)
428       {
429           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
430           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
431              continue;
432       }
433
434       // Age out PV variability metric
435       if (mainThread)
436           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
437
438       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
439       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
440       for (RootMove& rm : rootMoves)
441           rm.previousScore = rm.score;
442
443       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
444       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
445       {
446           // Reset aspiration window starting size
447           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
448           {
449               delta = Value(18);
450               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
451               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
452           }
453
454           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
455           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
456           // high/low anymore.
457           while (true)
458           {
459               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
460
461               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
462               // is done with a stable algorithm because all the values but the
463               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
464               // and we want to keep the same order for all the moves except the
465               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
466               // search the already searched PV lines are preserved.
467               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
468
469               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
470               // entries have been overwritten during the search.
471               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
472                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
473
474               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
475               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
476               // valid, although it refers to the previous iteration.
477               if (Signals.stop)
478                   break;
479
480               // When failing high/low give some update (without cluttering
481               // the UI) before a re-search.
482               if (   mainThread
483                   && multiPV == 1
484                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
485                   && Time.elapsed() > 3000)
486                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
487
488               // In case of failing low/high increase aspiration window and
489               // re-search, otherwise exit the loop.
490               if (bestValue <= alpha)
491               {
492                   beta = (alpha + beta) / 2;
493                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
494
495                   if (mainThread)
496                   {
497                       mainThread->failedLow = true;
498                       Signals.stopOnPonderhit = false;
499                   }
500               }
501               else if (bestValue >= beta)
502               {
503                   alpha = (alpha + beta) / 2;
504                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
505               }
506               else
507                   break;
508
509               delta += delta / 4 + 5;
510
511               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
512           }
513
514           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
515           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
516
517           if (!mainThread)
518               break;
519
520           if (Signals.stop)
521               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
522                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
523
524           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
525               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
526       }
527
528       if (!Signals.stop)
529           completedDepth = rootDepth;
530
531       if (!mainThread)
532           continue;
533
534       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
535       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
536           skill.pick_best(multiPV);
537
538       // Have we found a "mate in x"?
539       if (   Limits.mate
540           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
541           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
542           Signals.stop = true;
543
544       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
545       if (Limits.use_time_management())
546       {
547           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
548           {
549               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
550               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
551               // from the previous search and just did a fast verification.
552               const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
553                                  bestValue >= mainThread->previousScore };
554
555               int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
556               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
557
558               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
559                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
560                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 25 / 204;
561
562               if (   rootMoves.size() == 1
563                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 634
564                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
565               {
566                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
567                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
568                   if (Limits.ponder)
569                       Signals.stopOnPonderhit = true;
570                   else
571                       Signals.stop = true;
572               }
573           }
574
575           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
576               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
577           else
578               EasyMove.clear();
579       }
580   }
581
582   if (!mainThread)
583       return;
584
585   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
586   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
587   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
588       EasyMove.clear();
589
590   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
591   if (skill.enabled())
592       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
593                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
594 }
595
596
597 namespace {
598
599   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
600
601   template <NodeType NT>
602   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
603
604     const bool PvNode = NT == PV;
605     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
606
607     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
608     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
609     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
610
611     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
612     StateInfo st;
613     TTEntry* tte;
614     Key posKey;
615     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
616     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
617     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
618     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
619     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
620     int moveCount, quietCount;
621
622     // Step 1. Initialize node
623     Thread* thisThread = pos.this_thread();
624     inCheck = pos.checkers();
625     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
626     bestValue = -VALUE_INFINITE;
627     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
628
629     // Check for the available remaining time
630     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
631     {
632         thisThread->resetCalls = false;
633         thisThread->callsCnt = 0;
634     }
635     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
636     {
637         for (Thread* th : Threads)
638             th->resetCalls = true;
639
640         check_time();
641     }
642
643     // Used to send selDepth info to GUI
644     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
645         thisThread->maxPly = ss->ply;
646
647     if (!rootNode)
648     {
649         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
650         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
651             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
652                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
653
654         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
655         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
656         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
657         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
658         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
659         // mate. In this case return a fail-high score.
660         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
661         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
662         if (alpha >= beta)
663             return alpha;
664     }
665
666     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
667
668     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
669     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
670     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
671
672     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
673     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
674     // position key in case of an excluded move.
675     excludedMove = ss->excludedMove;
676     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
677     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
678     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
679     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
680             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
681
682     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
683     if (  !PvNode
684         && ttHit
685         && tte->depth() >= depth
686         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
687         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
688                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
689     {
690         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
691
692         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
693         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
694             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
695
696         return ttValue;
697     }
698
699     // Step 4a. Tablebase probe
700     if (!rootNode && TB::Cardinality)
701     {
702         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
703
704         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
705             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
706             &&  pos.rule50_count() == 0
707             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
708         {
709             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
710
711             if (found)
712             {
713                 TB::Hits++;
714
715                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
716
717                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
718                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
719                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
720
721                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
722                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
723                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
724
725                 return value;
726             }
727         }
728     }
729
730     // Step 5. Evaluate the position statically
731     if (inCheck)
732     {
733         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
734         goto moves_loop;
735     }
736
737     else if (ttHit)
738     {
739         // Never assume anything on values stored in TT
740         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
741             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
742
743         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
744         if (ttValue != VALUE_NONE)
745             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
746                 eval = ttValue;
747     }
748     else
749     {
750         eval = ss->staticEval =
751         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
752                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
753
754         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
755                   ss->staticEval, TT.generation());
756     }
757
758     if (ss->skipEarlyPruning)
759         goto moves_loop;
760
761     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
762     if (   !PvNode
763         &&  depth < 4 * ONE_PLY
764         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
765         &&  ttMove == MOVE_NONE)
766     {
767         if (   depth <= ONE_PLY
768             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
769             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
770
771         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
772         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
773         if (v <= ralpha)
774             return v;
775     }
776
777     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
778     if (   !rootNode
779         &&  depth < 7 * ONE_PLY
780         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
781         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
782         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
783         return eval - futility_margin(depth);
784
785     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
786     if (   !PvNode
787         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
788         &&  eval >= beta
789         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
790     {
791         ss->currentMove = MOVE_NULL;
792
793         assert(eval - beta >= 0);
794
795         // Null move dynamic reduction based on depth and value
796         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
797
798         pos.do_null_move(st);
799         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
800         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
801                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
802         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
803         pos.undo_null_move();
804
805         if (nullValue >= beta)
806         {
807             // Do not return unproven mate scores
808             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
809                 nullValue = beta;
810
811             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
812                 return nullValue;
813
814             // Do verification search at high depths
815             ss->skipEarlyPruning = true;
816             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
817                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
818             ss->skipEarlyPruning = false;
819
820             if (v >= beta)
821                 return nullValue;
822         }
823     }
824
825     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
826     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
827     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
828     // safely prune the previous move.
829     if (   !PvNode
830         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
831         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
832     {
833         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
834         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
835
836         assert(rdepth >= ONE_PLY);
837         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
838         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
839
840         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
841         CheckInfo ci(pos);
842
843         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
844             if (pos.legal(move, ci.pinned))
845             {
846                 ss->currentMove = move;
847                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
848                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
849                 pos.undo_move(move);
850                 if (value >= rbeta)
851                     return value;
852             }
853     }
854
855     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
856     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
857         && !ttMove
858         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
859     {
860         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
861         ss->skipEarlyPruning = true;
862         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
863         ss->skipEarlyPruning = false;
864
865         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
866         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
867     }
868
869 moves_loop: // When in check search starts from here
870
871     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
872     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
873     const CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
874
875     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
876     CheckInfo ci(pos);
877     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
878     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
879                || ss->staticEval == VALUE_NONE
880                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
881
882     singularExtensionNode =   !rootNode
883                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
884                            &&  ttMove != MOVE_NONE
885                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
886                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
887                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
888                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
889                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
890
891     // Step 11. Loop through moves
892     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
893     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
894     {
895       assert(is_ok(move));
896
897       if (move == excludedMove)
898           continue;
899
900       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
901       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
902       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
903       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
904                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
905           continue;
906
907       ss->moveCount = ++moveCount;
908
909       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
910           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
911                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
912                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
913
914       if (PvNode)
915           (ss+1)->pv = nullptr;
916
917       extension = DEPTH_ZERO;
918       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
919
920       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
921                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
922                   : pos.gives_check(move, ci);
923
924       // Step 12. Extend checks
925       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
926           extension = ONE_PLY;
927
928       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
929       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
930       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
931       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
932       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
933       if (    singularExtensionNode
934           &&  move == ttMove
935           && !extension
936           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
937       {
938           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
939           ss->excludedMove = move;
940           ss->skipEarlyPruning = true;
941           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
942           ss->skipEarlyPruning = false;
943           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
944
945           if (value < rBeta)
946               extension = ONE_PLY;
947       }
948
949       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
950       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
951
952       // Step 13. Pruning at shallow depth
953       if (   !rootNode
954           && !captureOrPromotion
955           && !inCheck
956           && !givesCheck
957           && !pos.advanced_pawn_push(move)
958           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
959       {
960           // Move count based pruning
961           if (   depth < 16 * ONE_PLY
962               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
963               continue;
964
965           // History based pruning
966           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
967               && move != ss->killers[0]
968               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
969               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
970               continue;
971
972           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
973
974           // Futility pruning: parent node
975           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
976           {
977               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
978
979               if (futilityValue <= alpha)
980               {
981                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
982                   continue;
983               }
984           }
985
986           // Prune moves with negative SEE at low depths
987           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
988               continue;
989       }
990
991       // Speculative prefetch as early as possible
992       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
993
994       // Check for legality just before making the move
995       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
996       {
997           ss->moveCount = --moveCount;
998           continue;
999       }
1000
1001       ss->currentMove = move;
1002
1003       // Step 14. Make the move
1004       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1005
1006       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1007       // re-searched at full depth.
1008       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1009           &&  moveCount > 1
1010           && !captureOrPromotion)
1011       {
1012           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1013
1014           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
1015           if (   (!PvNode && cutNode)
1016               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
1017                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
1018               r += ONE_PLY;
1019
1020           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1021           int rHist = (  thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
1022                        + cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]) / 14980;
1023           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1024
1025           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1026           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1027           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1028           // because the destination square is empty.
1029           if (   r
1030               && type_of(move) == NORMAL
1031               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1032               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1033               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1034
1035           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1036
1037           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1038
1039           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1040       }
1041       else
1042           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1043
1044       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1045       if (doFullDepthSearch)
1046           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1047                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1048                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1049                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1050
1051       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1052       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1053       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1054       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1055       {
1056           (ss+1)->pv = pv;
1057           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1058
1059           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1060                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1061                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1062                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1063       }
1064
1065       // Step 17. Undo move
1066       pos.undo_move(move);
1067
1068       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1069
1070       // Step 18. Check for a new best move
1071       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1072       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1073       // updating best move, PV and TT.
1074       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1075           return VALUE_ZERO;
1076
1077       if (rootNode)
1078       {
1079           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1080                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1081
1082           // PV move or new best move ?
1083           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1084           {
1085               rm.score = value;
1086               rm.pv.resize(1);
1087
1088               assert((ss+1)->pv);
1089
1090               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1091                   rm.pv.push_back(*m);
1092
1093               // We record how often the best move has been changed in each
1094               // iteration. This information is used for time management: When
1095               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1096               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1097                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1098           }
1099           else
1100               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1101               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1102               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1103               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1104       }
1105
1106       if (value > bestValue)
1107       {
1108           bestValue = value;
1109
1110           if (value > alpha)
1111           {
1112               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1113               if (    PvNode
1114                   &&  thisThread == Threads.main()
1115                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1116                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1117                   EasyMove.clear();
1118
1119               bestMove = move;
1120
1121               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1122                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1123
1124               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1125                   alpha = value;
1126               else
1127               {
1128                   assert(value >= beta); // Fail high
1129                   break;
1130               }
1131           }
1132       }
1133
1134       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1135           quietsSearched[quietCount++] = move;
1136     }
1137
1138     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1139     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1140     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1141     /*
1142        if (Signals.stop)
1143         return VALUE_DRAW;
1144     */
1145
1146     // Step 20. Check for mate and stalemate
1147     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1148     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1149     // return a fail low score.
1150     if (!moveCount)
1151         bestValue = excludedMove ? alpha
1152                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1153
1154     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1155     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1156         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1157
1158     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1159     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1160              && !bestMove
1161              && !inCheck
1162              && !pos.captured_piece_type()
1163              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1164              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1165     {
1166         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1167         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1168         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1169         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1170     }
1171
1172     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1173               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1174               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1175               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1176
1177     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1178
1179     return bestValue;
1180   }
1181
1182
1183   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1184   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1185   // less than ONE_PLY).
1186
1187   template <NodeType NT, bool InCheck>
1188   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1189
1190     const bool PvNode = NT == PV;
1191
1192     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1193     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1194     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1195     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1196
1197     Move pv[MAX_PLY+1];
1198     StateInfo st;
1199     TTEntry* tte;
1200     Key posKey;
1201     Move ttMove, move, bestMove;
1202     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1203     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1204     Depth ttDepth;
1205
1206     if (PvNode)
1207     {
1208         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1209         (ss+1)->pv = pv;
1210         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1211     }
1212
1213     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1214     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1215
1216     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1217     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1218         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1219                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1220
1221     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1222
1223     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1224     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1225     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1226     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1227                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1228
1229     // Transposition table lookup
1230     posKey = pos.key();
1231     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1232     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1233     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1234
1235     if (  !PvNode
1236         && ttHit
1237         && tte->depth() >= ttDepth
1238         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1239         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1240                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1241     {
1242         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1243         return ttValue;
1244     }
1245
1246     // Evaluate the position statically
1247     if (InCheck)
1248     {
1249         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1250         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1251     }
1252     else
1253     {
1254         if (ttHit)
1255         {
1256             // Never assume anything on values stored in TT
1257             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1258                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1259
1260             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1261             if (ttValue != VALUE_NONE)
1262                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1263                     bestValue = ttValue;
1264         }
1265         else
1266             ss->staticEval = bestValue =
1267             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1268                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1269
1270         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1271         if (bestValue >= beta)
1272         {
1273             if (!ttHit)
1274                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1275                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1276
1277             return bestValue;
1278         }
1279
1280         if (PvNode && bestValue > alpha)
1281             alpha = bestValue;
1282
1283         futilityBase = bestValue + 128;
1284     }
1285
1286     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1287     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1288     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1289     // be generated.
1290     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1291     CheckInfo ci(pos);
1292
1293     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1294     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1295     {
1296       assert(is_ok(move));
1297
1298       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1299                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1300                   : pos.gives_check(move, ci);
1301
1302       // Futility pruning
1303       if (   !InCheck
1304           && !givesCheck
1305           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1306           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1307       {
1308           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1309
1310           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1311
1312           if (futilityValue <= alpha)
1313           {
1314               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1315               continue;
1316           }
1317
1318           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1319           {
1320               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1321               continue;
1322           }
1323       }
1324
1325       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1326       evasionPrunable =    InCheck
1327                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1328                        && !pos.capture(move);
1329
1330       // Don't search moves with negative SEE values
1331       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1332           &&  type_of(move) != PROMOTION
1333           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1334           continue;
1335
1336       // Speculative prefetch as early as possible
1337       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1338
1339       // Check for legality just before making the move
1340       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1341           continue;
1342
1343       ss->currentMove = move;
1344
1345       // Make and search the move
1346       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1347       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1348                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1349       pos.undo_move(move);
1350
1351       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1352
1353       // Check for a new best move
1354       if (value > bestValue)
1355       {
1356           bestValue = value;
1357
1358           if (value > alpha)
1359           {
1360               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1361                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1362
1363               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1364               {
1365                   alpha = value;
1366                   bestMove = move;
1367               }
1368               else // Fail high
1369               {
1370                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1371                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1372
1373                   return value;
1374               }
1375           }
1376        }
1377     }
1378
1379     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1380     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1381     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1382         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1383
1384     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1385               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1386               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1387
1388     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1389
1390     return bestValue;
1391   }
1392
1393
1394   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1395   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1396   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1397
1398   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1399
1400     assert(v != VALUE_NONE);
1401
1402     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1403           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1404   }
1405
1406
1407   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1408   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1409   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1410
1411   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1412
1413     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1414           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1415           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1416   }
1417
1418
1419   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1420
1421   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1422
1423     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1424         *pv++ = *childPv++;
1425     *pv = MOVE_NONE;
1426   }
1427
1428
1429   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1430   // history when a new quiet best move is found.
1431
1432   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1433                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1434
1435     if (ss->killers[0] != move)
1436     {
1437         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1438         ss->killers[0] = move;
1439     }
1440
1441     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1442
1443     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1444     CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1445     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1446
1447     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1448
1449     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1450     {
1451         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1452         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1453     }
1454
1455     // Decrease all the other played quiet moves
1456     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1457     {
1458         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1459
1460         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1461             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1462     }
1463
1464     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1465     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1466         && !pos.captured_piece_type()
1467         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1468     {
1469         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1470         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1471         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1472     }
1473   }
1474
1475
1476   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1477   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1478
1479   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1480
1481     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1482     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1483
1484     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1485     Value topScore = rootMoves[0].score;
1486     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1487     int weakness = 120 - 2 * level;
1488     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1489
1490     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1491     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1492     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1493     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1494     {
1495         // This is our magic formula
1496         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1497                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1498
1499         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1500         {
1501             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1502             best = rootMoves[i].pv[0];
1503         }
1504     }
1505
1506     return best;
1507   }
1508
1509
1510   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1511   // when we are out of available time and thus stop the search.
1512
1513   void check_time() {
1514
1515     static TimePoint lastInfoTime = now();
1516
1517     int elapsed = Time.elapsed();
1518     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1519
1520     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1521     {
1522         lastInfoTime = tick;
1523         dbg_print();
1524     }
1525
1526     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1527     if (Limits.ponder)
1528         return;
1529
1530     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1531         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1532         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1533             Signals.stop = true;
1534   }
1535
1536 } // namespace
1537
1538
1539 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1540 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1541
1542 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1543
1544   std::stringstream ss;
1545   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1546   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1547   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1548   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1549   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1550
1551   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1552   {
1553       bool updated = (i <= PVIdx);
1554
1555       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1556           continue;
1557
1558       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1559       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1560
1561       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1562       v = tb ? TB::Score : v;
1563
1564       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1565           ss << "\n";
1566
1567       ss << "info"
1568          << " depth "    << d / ONE_PLY
1569          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1570          << " multipv "  << i + 1
1571          << " score "    << UCI::value(v);
1572
1573       if (!tb && i == PVIdx)
1574           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1575
1576       ss << " nodes "    << nodes_searched
1577          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1578
1579       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1580           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1581
1582       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1583          << " time "     << elapsed
1584          << " pv";
1585
1586       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1587           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1588   }
1589
1590   return ss.str();
1591 }
1592
1593
1594 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1595 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1596 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1597
1598 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1599
1600   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1601   bool ttHit;
1602
1603   for (Move m : pv)
1604   {
1605       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1606
1607       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1608
1609       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1610           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1611                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1612
1613       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1614   }
1615
1616   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1617       pos.undo_move(pv[--i]);
1618 }
1619
1620
1621 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1622 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1623 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1624 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1625
1626 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1627 {
1628     StateInfo st;
1629     bool ttHit;
1630
1631     assert(pv.size() == 1);
1632
1633     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1634     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1635     pos.undo_move(pv[0]);
1636
1637     if (ttHit)
1638     {
1639         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1640         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1641            return pv.push_back(m), true;
1642     }
1643
1644     return false;
1645 }