f682da3ae6e8e9d6c92d709225871c168a3f9464
[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 = 600;
66   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
67     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
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 + 512) / 1024 + (!i && r > 1024)) * 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 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
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   template <NodeType NT>
106   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
107
108   template <NodeType NT>
109   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
110
111   Value value_to_tt(Value v, int ply);
112   Value value_from_tt(Value v, int ply);
113   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
114   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
115   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
116   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
117
118   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
119   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
120   template<bool Root>
121   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
122
123     StateInfo st;
124     uint64_t cnt, nodes = 0;
125     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
126
127     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
128     {
129         if (Root && depth <= ONE_PLY)
130             cnt = 1, nodes++;
131         else
132         {
133             pos.do_move(m, st);
134             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
135             nodes += cnt;
136             pos.undo_move(m);
137         }
138         if (Root)
139             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
140     }
141     return nodes;
142   }
143
144 } // namespace
145
146
147 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
148
149 void Search::init() {
150
151   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
152       Reductions[i] = int(22.9 * std::log(i));
153 }
154
155
156 /// Search::clear() resets search state to its initial value
157
158 void Search::clear() {
159
160   Threads.main()->wait_for_search_finished();
161
162   Time.availableNodes = 0;
163   TT.clear();
164   Threads.clear();
165   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
166 }
167
168
169 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
170 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
171
172 void MainThread::search() {
173
174   if (Limits.perft)
175   {
176       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
177       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
178       return;
179   }
180
181   Color us = rootPos.side_to_move();
182   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
183   TT.new_search();
184
185   if (rootMoves.empty())
186   {
187       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
188       sync_cout << "info depth 0 score "
189                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
190                 << sync_endl;
191   }
192   else
193   {
194       for (Thread* th : Threads)
195       {
196           th->bestMoveChanges = 0;
197           if (th != this)
198               th->start_searching();
199       }
200
201       Thread::search(); // Let's start searching!
202   }
203
204   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
205   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
206   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
207   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
208   // until the GUI sends one of those commands.
209
210   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
211   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
212
213   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
214   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
215   Threads.stop = true;
216
217   // Wait until all threads have finished
218   for (Thread* th : Threads)
219       if (th != this)
220           th->wait_for_search_finished();
221
222   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
223   // the available ones before exiting.
224   if (Limits.npmsec)
225       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
226
227   Thread* bestThread = this;
228
229   // Check if there are threads with a better score than main thread
230   if (    Options["MultiPV"] == 1
231       && !Limits.depth
232       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
233       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
234   {
235       std::map<Move, int64_t> votes;
236       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
237
238       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
239       for (Thread* th: Threads)
240           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
241
242       // Vote according to score and depth, and select the best thread
243       for (Thread* th : Threads)
244       {
245           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
246               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
247
248           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
249               bestThread = th;
250       }
251   }
252
253   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
254
255   // Send again PV info if we have a new best thread
256   if (bestThread != this)
257       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
258
259   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
260
261   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
262       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
263
264   std::cout << sync_endl;
265 }
266
267
268 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
269 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
270 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
271
272 void Thread::search() {
273
274   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
275   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
276   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
277   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
278   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
279   Move  pv[MAX_PLY+1];
280   Value bestValue, alpha, beta, delta;
281   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
282   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
283   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
284   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
285   Color us = rootPos.side_to_move();
286
287   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
288   for (int i = 7; i > 0; i--)
289      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
290   ss->pv = pv;
291
292   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
293   beta = VALUE_INFINITE;
294
295   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
296   Skill skill(Options["Skill Level"]);
297
298   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
299   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
300   if (skill.enabled())
301       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
302
303   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
304
305   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
306
307   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
308   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
309       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
310           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
311           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
312           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
313           : ct;
314
315   // Evaluation score is from the white point of view
316   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
317                           : -make_score(ct, ct / 2));
318
319   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
320   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
321          && !Threads.stop
322          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
323   {
324       // Age out PV variability metric
325       if (mainThread)
326           totBestMoveChanges /= 2;
327
328       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
329       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
330       for (RootMove& rm : rootMoves)
331           rm.previousScore = rm.score;
332
333       size_t pvFirst = 0;
334       pvLast = 0;
335
336       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
337       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
338       {
339           if (pvIdx == pvLast)
340           {
341               pvFirst = pvLast;
342               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
343                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
344                       break;
345           }
346
347           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
348           selDepth = 0;
349
350           // Reset aspiration window starting size
351           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
352           {
353               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
354               delta = Value(20);
355               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
356               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
357
358               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
359               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
360
361               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
362                                       : -make_score(dct, dct / 2));
363           }
364
365           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
366           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
367           // high/low anymore.
368           int failedHighCnt = 0;
369           while (true)
370           {
371               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
372               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
373
374               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
375               // is done with a stable algorithm because all the values but the
376               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
377               // and we want to keep the same order for all the moves except the
378               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
379               // search the already searched PV lines are preserved.
380               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
381
382               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
383               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
384               // the previous iteration.
385               if (Threads.stop)
386                   break;
387
388               // When failing high/low give some update (without cluttering
389               // the UI) before a re-search.
390               if (   mainThread
391                   && multiPV == 1
392                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
393                   && Time.elapsed() > 3000)
394                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
395
396               // In case of failing low/high increase aspiration window and
397               // re-search, otherwise exit the loop.
398               if (bestValue <= alpha)
399               {
400                   beta = (alpha + beta) / 2;
401                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
402
403                   failedHighCnt = 0;
404                   if (mainThread)
405                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
406               }
407               else if (bestValue >= beta)
408               {
409                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
410                   ++failedHighCnt;
411               }
412               else
413                   break;
414
415               delta += delta / 4 + 5;
416
417               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
418           }
419
420           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
421           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
422
423           if (    mainThread
424               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
425               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
426       }
427
428       if (!Threads.stop)
429           completedDepth = rootDepth;
430
431       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
432          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
433          lastBestMoveDepth = rootDepth;
434       }
435
436       // Have we found a "mate in x"?
437       if (   Limits.mate
438           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
439           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
440           Threads.stop = true;
441
442       if (!mainThread)
443           continue;
444
445       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
446       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
447           skill.pick_best(multiPV);
448
449       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
450       if (    Limits.use_time_management()
451           && !Threads.stop
452           && !mainThread->stopOnPonderhit)
453       {
454           double fallingEval = (314 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
455           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
456
457           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
458           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
459           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
460
461           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
462           for (Thread* th : Threads)
463           {
464               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
465               th->bestMoveChanges = 0;
466           }
467           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
468
469           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
470           if (   rootMoves.size() == 1
471               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
472           {
473               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
474               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
475               if (mainThread->ponder)
476                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
477               else
478                   Threads.stop = true;
479           }
480       }
481   }
482
483   if (!mainThread)
484       return;
485
486   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
487
488   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
489   if (skill.enabled())
490       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
491                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
492 }
493
494
495 namespace {
496
497   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
498
499   template <NodeType NT>
500   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
501
502     constexpr bool PvNode = NT == PV;
503     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
504
505     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
506     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
507     if (   pos.rule50_count() >= 3
508         && alpha < VALUE_DRAW
509         && !rootNode
510         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
511     {
512         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
513         if (alpha >= beta)
514             return alpha;
515     }
516
517     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
518     if (depth < ONE_PLY)
519         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
520
521     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
522     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
523     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
524     assert(!(PvNode && cutNode));
525     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
526
527     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
528     StateInfo st;
529     TTEntry* tte;
530     Key posKey;
531     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
532     Depth extension, newDepth;
533     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
534     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
535     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
536     Piece movedPiece;
537     int moveCount, captureCount, quietCount, singularLMR;
538
539     // Step 1. Initialize node
540     Thread* thisThread = pos.this_thread();
541     inCheck = pos.checkers();
542     Color us = pos.side_to_move();
543     moveCount = captureCount = quietCount = singularLMR = ss->moveCount = 0;
544     bestValue = -VALUE_INFINITE;
545     maxValue = VALUE_INFINITE;
546
547     // Check for the available remaining time
548     if (thisThread == Threads.main())
549         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
550
551     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
552     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
553         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
554
555     if (!rootNode)
556     {
557         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
558         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
559             || pos.is_draw(ss->ply)
560             || ss->ply >= MAX_PLY)
561             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
562                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
563
564         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
565         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
566         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
567         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
568         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
569         // mate. In this case return a fail-high score.
570         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
571         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
572         if (alpha >= beta)
573             return alpha;
574     }
575
576     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
577
578     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
579     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
580     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
581     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
582
583     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
584     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
585     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
586     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
587     // LMR which are based on the statScore of parent position.
588     if (rootNode)
589         (ss + 4)->statScore = 0;
590     else
591         (ss + 2)->statScore = 0;
592
593     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
594     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
595     // position key in case of an excluded move.
596     excludedMove = ss->excludedMove;
597     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
598     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
599     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
600     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
601             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
602     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
603
604     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
605     if (  !PvNode
606         && ttHit
607         && tte->depth() >= depth
608         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
609         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
610                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
611     {
612         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
613         if (ttMove)
614         {
615             if (ttValue >= beta)
616             {
617                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
618                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
619
620                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
621                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !pos.captured_piece())
622                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
623             }
624             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
625             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
626             {
627                 int penalty = -stat_bonus(depth);
628                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
629                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
630             }
631         }
632         return ttValue;
633     }
634
635     // Step 5. Tablebases probe
636     if (!rootNode && TB::Cardinality)
637     {
638         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
639
640         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
641             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
642             &&  pos.rule50_count() == 0
643             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
644         {
645             TB::ProbeState err;
646             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
647
648             // Force check of time on the next occasion
649             if (thisThread == Threads.main())
650                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
651
652             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
653             {
654                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
655
656                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
657
658                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
659                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
660                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
661
662                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
663                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
664
665                 if (    b == BOUND_EXACT
666                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
667                 {
668                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
669                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
670                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
671
672                     return value;
673                 }
674
675                 if (PvNode)
676                 {
677                     if (b == BOUND_LOWER)
678                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
679                     else
680                         maxValue = value;
681                 }
682             }
683         }
684     }
685
686     // Step 6. Static evaluation of the position
687     if (inCheck)
688     {
689         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
690         improving = false;
691         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
692     }
693     else if (ttHit)
694     {
695         // Never assume anything on values stored in TT
696         ss->staticEval = eval = tte->eval();
697         if (eval == VALUE_NONE)
698             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
699
700         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
701         if (    ttValue != VALUE_NONE
702             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
703             eval = ttValue;
704     }
705     else
706     {
707         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
708         {
709             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
710
711             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
712         }
713         else
714             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
715
716         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
717     }
718
719     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
720     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
721         &&  depth < 2 * ONE_PLY
722         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
723         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
724
725     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
726                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
727
728     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
729     if (   !PvNode
730         &&  depth < 7 * ONE_PLY
731         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
732         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
733         return eval;
734
735     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
736     if (   !PvNode
737         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
738         && (ss-1)->statScore < 23200
739         &&  eval >= beta
740         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
741         && !excludedMove
742         &&  pos.non_pawn_material(us)
743         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
744     {
745         assert(eval - beta >= 0);
746
747         // Null move dynamic reduction based on depth and value
748         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
749
750         ss->currentMove = MOVE_NULL;
751         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
752
753         pos.do_null_move(st);
754
755         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
756
757         pos.undo_null_move();
758
759         if (nullValue >= beta)
760         {
761             // Do not return unproven mate scores
762             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
763                 nullValue = beta;
764
765             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
766                 return nullValue;
767
768             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
769
770             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
771             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
772             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / (4 * ONE_PLY);
773             thisThread->nmpColor = us;
774
775             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
776
777             thisThread->nmpMinPly = 0;
778
779             if (v >= beta)
780                 return nullValue;
781         }
782     }
783
784     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
785     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
786     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
787     if (   !PvNode
788         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
789         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
790     {
791         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
792         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
793         int probCutCount = 0;
794
795         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
796                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
797             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
798             {
799                 probCutCount++;
800
801                 ss->currentMove = move;
802                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
803
804                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
805
806                 pos.do_move(move, st);
807
808                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
809                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
810
811                 // If the qsearch held, perform the regular search
812                 if (value >= raisedBeta)
813                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
814
815                 pos.undo_move(move);
816
817                 if (value >= raisedBeta)
818                     return value;
819             }
820     }
821
822     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
823     if (depth >= 8 * ONE_PLY && !ttMove)
824     {
825         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
826
827         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
828         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
829         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
830     }
831
832 moves_loop: // When in check, search starts from here
833
834     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
835                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
836                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
837
838     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
839
840     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
841                                       &thisThread->captureHistory,
842                                       contHist,
843                                       countermove,
844                                       ss->killers);
845
846     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
847     moveCountPruning = false;
848     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
849
850     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
851     // or a beta cutoff occurs.
852     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
853     {
854       assert(is_ok(move));
855
856       if (move == excludedMove)
857           continue;
858
859       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
860       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
861       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
862       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
863       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
864                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
865           continue;
866
867       ss->moveCount = ++moveCount;
868
869       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
870           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
871                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
872                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
873       if (PvNode)
874           (ss+1)->pv = nullptr;
875
876       extension = DEPTH_ZERO;
877       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
878       movedPiece = pos.moved_piece(move);
879       givesCheck = pos.gives_check(move);
880
881       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
882
883       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
884       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
885       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
886       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
887       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
888       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
889           &&  move == ttMove
890           && !rootNode
891           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
892        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
893           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
894           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
895           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
896           &&  pos.legal(move))
897       {
898           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
899           Depth halfDepth = depth / (2 * ONE_PLY) * ONE_PLY; // ONE_PLY invariant
900           ss->excludedMove = move;
901           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
902           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
903
904           if (value < singularBeta)
905           {
906               extension = ONE_PLY;
907               singularLMR++;
908
909               if (value < singularBeta - std::min(3 * depth / ONE_PLY, 39))
910                   singularLMR++;
911           }
912
913           // Multi-cut pruning
914           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
915           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
916           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
917           // a soft bound.
918           else if (   eval >= beta
919                    && singularBeta >= beta)
920               return singularBeta;
921       }
922
923       // Check extension (~2 Elo)
924       else if (    givesCheck
925                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
926           extension = ONE_PLY;
927
928       // Castling extension
929       else if (type_of(move) == CASTLING)
930           extension = ONE_PLY;
931
932       // Shuffle extension
933       else if (   PvNode
934                && pos.rule50_count() > 18
935                && depth < 3 * ONE_PLY
936                && ++thisThread->shuffleExts < thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) / 4)  // To avoid too many extensions
937           extension = ONE_PLY;
938
939       // Passed pawn extension
940       else if (   move == ss->killers[0]
941                && pos.advanced_pawn_push(move)
942                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
943           extension = ONE_PLY;
944
945       // Calculate new depth for this move
946       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
947
948       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
949       if (  !rootNode
950           && pos.non_pawn_material(us)
951           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
952       {
953           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
954           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth / ONE_PLY);
955
956           if (   !captureOrPromotion
957               && !givesCheck
958               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(~us) > BishopValueMg))
959           {
960               // Move count based pruning (~30 Elo)
961               if (moveCountPruning)
962                   continue;
963
964               // Reduced depth of the next LMR search
965               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
966               lmrDepth /= ONE_PLY;
967
968               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
969               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
970                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
971                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
972                   continue;
973
974               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
975               if (   lmrDepth < 7
976                   && !inCheck
977                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
978                   continue;
979
980               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
981               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
982                   continue;
983           }
984           else if ((!givesCheck || !extension)
985                   && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY))) // (~20 Elo)
986                   continue;
987       }
988
989       // Speculative prefetch as early as possible
990       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
991
992       // Check for legality just before making the move
993       if (!rootNode && !pos.legal(move))
994       {
995           ss->moveCount = --moveCount;
996           continue;
997       }
998
999       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1000       ss->currentMove = move;
1001       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1002
1003       // Step 15. Make the move
1004       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1005
1006       // Step 16. 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 + 3 * rootNode
1010           && (  !captureOrPromotion
1011               || moveCountPruning
1012               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha))
1013       {
1014           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1015
1016           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1017           if (ttPv)
1018               r -= 2 * ONE_PLY;
1019
1020           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1021           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1022               r -= ONE_PLY;
1023
1024           // Decrease reduction if move has been singularly extended
1025           r -= singularLMR * ONE_PLY;
1026
1027           if (!captureOrPromotion)
1028           {
1029               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1030               if (ttCapture)
1031                   r += ONE_PLY;
1032
1033               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1034               if (cutNode)
1035                   r += 2 * ONE_PLY;
1036
1037               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1038               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1039               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1040               else if (    type_of(move) == NORMAL
1041                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1042                   r -= 2 * ONE_PLY;
1043
1044               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1045                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1046                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1047                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1048                              - 4000;
1049
1050               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1051               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1052                   r -= ONE_PLY;
1053
1054               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1055                   r += ONE_PLY;
1056
1057               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1058               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1059           }
1060
1061           Depth d = clamp(newDepth - r, ONE_PLY, newDepth);
1062
1063           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1064
1065           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1066       }
1067       else
1068           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1069
1070       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1071       if (doFullDepthSearch)
1072           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1073
1074       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1075       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1076       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1077       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1078       {
1079           (ss+1)->pv = pv;
1080           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1081
1082           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1083       }
1084
1085       // Step 18. Undo move
1086       pos.undo_move(move);
1087
1088       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1089
1090       // Step 19. Check for a new best move
1091       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1092       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1093       // updating best move, PV and TT.
1094       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1095           return VALUE_ZERO;
1096
1097       if (rootNode)
1098       {
1099           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1100                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1101
1102           // PV move or new best move?
1103           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1104           {
1105               rm.score = value;
1106               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1107               rm.pv.resize(1);
1108
1109               assert((ss+1)->pv);
1110
1111               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1112                   rm.pv.push_back(*m);
1113
1114               // We record how often the best move has been changed in each
1115               // iteration. This information is used for time management: When
1116               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1117               if (moveCount > 1)
1118                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1119           }
1120           else
1121               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1122               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1123               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1124               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1125       }
1126
1127       if (value > bestValue)
1128       {
1129           bestValue = value;
1130
1131           if (value > alpha)
1132           {
1133               bestMove = move;
1134
1135               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1136                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1137
1138               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1139                   alpha = value;
1140               else
1141               {
1142                   assert(value >= beta); // Fail high
1143                   ss->statScore = 0;
1144                   break;
1145               }
1146           }
1147       }
1148
1149       if (move != bestMove)
1150       {
1151           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1152               capturesSearched[captureCount++] = move;
1153
1154           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1155               quietsSearched[quietCount++] = move;
1156       }
1157     }
1158
1159     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1160     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1161     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1162     /*
1163        if (Threads.stop)
1164         return VALUE_DRAW;
1165     */
1166
1167     // Step 20. Check for mate and stalemate
1168     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1169     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1170     // return a fail low score.
1171
1172     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1173
1174     if (!moveCount)
1175         bestValue = excludedMove ? alpha
1176                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1177     else if (bestMove)
1178     {
1179         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1180         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1181             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1182                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1183
1184         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1185
1186         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1187         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1188             && !pos.captured_piece())
1189                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1190
1191     }
1192     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1193     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1194              && !pos.captured_piece())
1195         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1196
1197     if (PvNode)
1198         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1199
1200     if (!excludedMove)
1201         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1202                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1203                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1204                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1205
1206     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1207
1208     return bestValue;
1209   }
1210
1211
1212   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1213   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1214   template <NodeType NT>
1215   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1216
1217     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1218
1219     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1220     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1221     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1222     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1223
1224     Move pv[MAX_PLY+1];
1225     StateInfo st;
1226     TTEntry* tte;
1227     Key posKey;
1228     Move ttMove, move, bestMove;
1229     Depth ttDepth;
1230     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1231     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1232     int moveCount;
1233
1234     if (PvNode)
1235     {
1236         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1237         (ss+1)->pv = pv;
1238         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1239     }
1240
1241     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1242     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1243     bestMove = MOVE_NONE;
1244     inCheck = pos.checkers();
1245     moveCount = 0;
1246
1247     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1248     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1249         || ss->ply >= MAX_PLY)
1250         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1251
1252     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1253
1254     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1255     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1256     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1257     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1258                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1259     // Transposition table lookup
1260     posKey = pos.key();
1261     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1262     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1263     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1264     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1265
1266     if (  !PvNode
1267         && ttHit
1268         && tte->depth() >= ttDepth
1269         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1270         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1271                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1272         return ttValue;
1273
1274     // Evaluate the position statically
1275     if (inCheck)
1276     {
1277         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1278         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1279     }
1280     else
1281     {
1282         if (ttHit)
1283         {
1284             // Never assume anything on values stored in TT
1285             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1286                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1287
1288             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1289             if (    ttValue != VALUE_NONE
1290                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1291                 bestValue = ttValue;
1292         }
1293         else
1294             ss->staticEval = bestValue =
1295             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1296                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1297
1298         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1299         if (bestValue >= beta)
1300         {
1301             if (!ttHit)
1302                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1303                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1304
1305             return bestValue;
1306         }
1307
1308         if (PvNode && bestValue > alpha)
1309             alpha = bestValue;
1310
1311         futilityBase = bestValue + 128;
1312     }
1313
1314     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1315                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1316                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1317
1318     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1319     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1320     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1321     // be generated.
1322     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1323                                       &thisThread->captureHistory,
1324                                       contHist,
1325                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1326
1327     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1328     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1329     {
1330       assert(is_ok(move));
1331
1332       givesCheck = pos.gives_check(move);
1333
1334       moveCount++;
1335
1336       // Futility pruning
1337       if (   !inCheck
1338           && !givesCheck
1339           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1340           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1341       {
1342           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1343
1344           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1345
1346           if (futilityValue <= alpha)
1347           {
1348               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1349               continue;
1350           }
1351
1352           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1353           {
1354               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1355               continue;
1356           }
1357       }
1358
1359       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1360       evasionPrunable =    inCheck
1361                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1362                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1363                        && !pos.capture(move);
1364
1365       // Don't search moves with negative SEE values
1366       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1367           && (!givesCheck || !(pos.blockers_for_king(~pos.side_to_move()) & from_sq(move)))
1368           && !pos.see_ge(move))
1369           continue;
1370
1371       // Speculative prefetch as early as possible
1372       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1373
1374       // Check for legality just before making the move
1375       if (!pos.legal(move))
1376       {
1377           moveCount--;
1378           continue;
1379       }
1380
1381       ss->currentMove = move;
1382       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1383
1384       // Make and search the move
1385       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1386       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1387       pos.undo_move(move);
1388
1389       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1390
1391       // Check for a new best move
1392       if (value > bestValue)
1393       {
1394           bestValue = value;
1395
1396           if (value > alpha)
1397           {
1398               bestMove = move;
1399
1400               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1401                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1402
1403               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1404                   alpha = value;
1405               else
1406                   break; // Fail high
1407           }
1408        }
1409     }
1410
1411     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1412     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1413     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1414         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1415
1416     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1417               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1418               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1419               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1420
1421     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1422
1423     return bestValue;
1424   }
1425
1426
1427   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1428   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1429   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1430
1431   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1432
1433     assert(v != VALUE_NONE);
1434
1435     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1436           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1437   }
1438
1439
1440   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1441   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1442   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1443
1444   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1445
1446     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1447           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1448           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1449   }
1450
1451
1452   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1453
1454   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1455
1456     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1457         *pv++ = *childPv++;
1458     *pv = MOVE_NONE;
1459   }
1460
1461
1462   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1463   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1464
1465   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1466
1467     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1468         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1469             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1470   }
1471
1472
1473   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1474
1475   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1476                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1477
1478       CapturePieceToHistory& captureHistory = pos.this_thread()->captureHistory;
1479       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1480       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1481
1482       if (pos.capture_or_promotion(move))
1483           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1484
1485       // Decrease all the other played capture moves
1486       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1487       {
1488           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1489           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1490           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1491       }
1492   }
1493
1494
1495   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1496
1497   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1498                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1499
1500     if (ss->killers[0] != move)
1501     {
1502         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1503         ss->killers[0] = move;
1504     }
1505
1506     Color us = pos.side_to_move();
1507     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1508     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1509     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1510
1511     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1512     {
1513         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1514         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1515     }
1516
1517     // Decrease all the other played quiet moves
1518     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1519     {
1520         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1521         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1522     }
1523   }
1524
1525   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1526   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1527
1528   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1529
1530     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1531     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1532
1533     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1534     Value topScore = rootMoves[0].score;
1535     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1536     int weakness = 120 - 2 * level;
1537     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1538
1539     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1540     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1541     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1542     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1543     {
1544         // This is our magic formula
1545         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1546                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1547
1548         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1549         {
1550             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1551             best = rootMoves[i].pv[0];
1552         }
1553     }
1554
1555     return best;
1556   }
1557
1558 } // namespace
1559
1560 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1561 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1562
1563 void MainThread::check_time() {
1564
1565   if (--callsCnt > 0)
1566       return;
1567
1568   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1569   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1570
1571   static TimePoint lastInfoTime = now();
1572
1573   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1574   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1575
1576   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1577   {
1578       lastInfoTime = tick;
1579       dbg_print();
1580   }
1581
1582   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1583   if (ponder)
1584       return;
1585
1586   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1587       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1588       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1589       Threads.stop = true;
1590 }
1591
1592
1593 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1594 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1595
1596 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1597
1598   std::stringstream ss;
1599   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1600   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1601   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1602   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1603   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1604   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1605
1606   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1607   {
1608       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1609
1610       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1611           continue;
1612
1613       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1614       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1615
1616       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1617       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1618
1619       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1620           ss << "\n";
1621
1622       ss << "info"
1623          << " depth "    << d / ONE_PLY
1624          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1625          << " multipv "  << i + 1
1626          << " score "    << UCI::value(v);
1627
1628       if (!tb && i == pvIdx)
1629           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1630
1631       ss << " nodes "    << nodesSearched
1632          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1633
1634       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1635           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1636
1637       ss << " tbhits "   << tbHits
1638          << " time "     << elapsed
1639          << " pv";
1640
1641       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1642           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1643   }
1644
1645   return ss.str();
1646 }
1647
1648
1649 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1650 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1651 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1652 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1653
1654 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1655
1656     StateInfo st;
1657     bool ttHit;
1658
1659     assert(pv.size() == 1);
1660
1661     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1662         return false;
1663
1664     pos.do_move(pv[0], st);
1665     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1666
1667     if (ttHit)
1668     {
1669         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1670         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1671             pv.push_back(m);
1672     }
1673
1674     pos.undo_move(pv[0]);
1675     return pv.size() > 1;
1676 }
1677
1678 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1679
1680     RootInTB = false;
1681     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1682     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1683     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1684     bool dtz_available = true;
1685
1686     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1687     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1688     if (Cardinality > MaxCardinality)
1689     {
1690         Cardinality = MaxCardinality;
1691         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1692     }
1693
1694     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1695     {
1696         // Rank moves using DTZ tables
1697         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1698
1699         if (!RootInTB)
1700         {
1701             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1702             dtz_available = false;
1703             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1704         }
1705     }
1706
1707     if (RootInTB)
1708     {
1709         // Sort moves according to TB rank
1710         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1711                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1712
1713         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1714         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1715             Cardinality = 0;
1716     }
1717     else
1718     {
1719         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1720         for (auto& m : rootMoves)
1721             m.tbRank = 0;
1722     }
1723 }