]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Be more optimistic in aspiration window
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
91   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
92
93   struct Skill {
94     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
95                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
96                                     best(MOVE_NONE) {}
97    ~Skill() {
98       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
99           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
100                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
101     }
102
103     size_t candidates_size() const { return candidates; }
104     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
105     Move pick_move();
106
107     int level;
108     size_t candidates;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
120   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
121   int mc; // moveCount
122
123   // Init reductions array
124   for (hd = 1; hd < 64; ++hd) for (mc = 1; mc < 64; ++mc)
125   {
126       double    pvRed = 0.00 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.00;
127       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
128
129       Reductions[1][1][hd][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
130       Reductions[0][1][hd][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
131
132       Reductions[1][0][hd][mc] = Reductions[1][1][hd][mc];
133       Reductions[0][0][hd][mc] = Reductions[0][1][hd][mc];
134
135       if (Reductions[0][0][hd][mc] >= 2)
136           Reductions[0][0][hd][mc] += 1;
137   }
138
139   // Init futility move count array
140   for (d = 0; d < 32; ++d)
141   {
142       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
143       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
144   }
145 }
146
147
148 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
149 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
150 template<bool Root>
151 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
152
153   StateInfo st;
154   uint64_t cnt, nodes = 0;
155   CheckInfo ci(pos);
156   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
157
158   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
159   {
160       if (Root && depth <= ONE_PLY)
161           cnt = 1, nodes++;
162       else
163       {
164           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
165           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
166           nodes += cnt;
167           pos.undo_move(*it);
168       }
169       if (Root)
170           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
171   }
172   return nodes;
173 }
174
175 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
176
177
178 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
179 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
180 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
181
182 void Search::think() {
183
184   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
185
186   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
187   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
188   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
189
190   if (RootMoves.empty())
191   {
192       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
193       sync_cout << "info depth 0 score "
194                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
195                 << sync_endl;
196
197       goto finalize;
198   }
199
200   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
201   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
202       Threads[i]->maxPly = 0;
203
204   Threads.timer->run = true;
205   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
206
207   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
208
209   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
210
211 finalize:
212
213   // When search is stopped this info is not printed
214   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
215             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
216
217   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
218   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
219   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
220   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
221   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
222   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
223   {
224       Signals.stopOnPonderhit = true;
225       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
226   }
227
228   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
229   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
230             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
231             << sync_endl;
232 }
233
234
235 namespace {
236
237   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
238   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
239   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
240
241   void id_loop(Position& pos) {
242
243     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
244     int depth;
245     Value bestValue, alpha, beta, delta;
246
247     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
248
249     depth = 0;
250     BestMoveChanges = 0;
251     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
252     beta = VALUE_INFINITE;
253
254     TT.new_search();
255     History.clear();
256     Gains.clear();
257     Countermoves.clear();
258     Followupmoves.clear();
259
260     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
261     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
262
263     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
264     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
265     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
266
267     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
268     while (++depth < MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
269     {
270         // Age out PV variability metric
271         BestMoveChanges *= 0.5;
272
273         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
274         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
275         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
276             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
277
278         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
279         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
280         {
281             // Reset aspiration window starting size
282             if (depth >= 5)
283             {
284                 delta = Value(16);
285                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
286                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
287             }
288
289             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
290             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
291             // high/low anymore.
292             while (true)
293             {
294                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
295
296                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
297                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
298                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
299                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
300                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
301                 // search the already searched PV lines are preserved.
302                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
303
304                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
305                 // entries have been overwritten during the search.
306                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
307                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
308
309                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
310                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
311                 // valid, although it refers to previous iteration.
312                 if (Signals.stop)
313                     break;
314
315                 // When failing high/low give some update (without cluttering
316                 // the UI) before a re-search.
317                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
318                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
319                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
320
321                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
322                 // re-search, otherwise exit the loop.
323                 if (bestValue <= alpha)
324                 {
325                     beta = (alpha + beta) / 2;
326                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
327
328                     Signals.failedLowAtRoot = true;
329                     Signals.stopOnPonderhit = false;
330                 }
331                 else if (bestValue >= beta)
332                 {
333                     alpha = (alpha + beta) / 2;
334                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
335                 }
336
337                 else
338                     break;
339
340                 delta += delta / 2;
341
342                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
343             }
344
345             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
346             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
347
348             if (   !Signals.stop
349                 && (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
350                     || Time::now() - SearchTime > 3000))
351                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
352         }
353
354         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
355         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
356             skill.pick_move();
357
358         // Have we found a "mate in x"?
359         if (   Limits.mate
360             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
361             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
362             Signals.stop = true;
363
364         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
365         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
366         {
367             // Take some extra time if the best move has changed
368             if (depth > 4 && multiPV == 1)
369                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
370
371             // Stop the search if only one legal move is available or all
372             // of the available time has been used.
373             if (   RootMoves.size() == 1
374                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
375             {
376                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
377                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
378                 if (Limits.ponder)
379                     Signals.stopOnPonderhit = true;
380                 else
381                     Signals.stop = true;
382             }
383         }
384     }
385   }
386
387
388   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
389   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
390   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
391   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
392   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
393   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
394
395   template <NodeType NT, bool SpNode>
396   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
397
398     const bool RootNode = NT == Root;
399     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
400
401     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
402     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
403     assert(depth > DEPTH_ZERO);
404
405     Move quietsSearched[64];
406     StateInfo st;
407     const TTEntry *tte;
408     SplitPoint* splitPoint;
409     Key posKey;
410     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
411     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
412     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
413     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
414     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
415     int moveCount, quietCount;
416
417     // Step 1. Initialize node
418     Thread* thisThread = pos.this_thread();
419     inCheck = pos.checkers();
420
421     if (SpNode)
422     {
423         splitPoint = ss->splitPoint;
424         bestMove   = splitPoint->bestMove;
425         bestValue  = splitPoint->bestValue;
426         tte = NULL;
427         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
428         ttValue = VALUE_NONE;
429
430         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
431
432         goto moves_loop;
433     }
434
435     moveCount = quietCount = 0;
436     bestValue = -VALUE_INFINITE;
437     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
438
439     // Used to send selDepth info to GUI
440     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
441         thisThread->maxPly = ss->ply;
442
443     if (!RootNode)
444     {
445         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
446         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
447             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
448
449         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
450         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
451         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
452         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
453         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
454         // mate. In this case return a fail-high score.
455         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
456         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
457         if (alpha >= beta)
458             return alpha;
459     }
460
461     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
462
463     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
464     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
465     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
466
467     // Step 4. Transposition table lookup
468     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
469     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
470     excludedMove = ss->excludedMove;
471     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
472     tte = TT.probe(posKey);
473     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
474     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
475
476     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
477     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
478     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
479     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
480     if (   !RootNode
481         && tte
482         && tte->depth() >= depth
483         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
484         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
485             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
486                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
487     {
488         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
489
490         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
491         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
492             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
493
494         return ttValue;
495     }
496
497     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
498     if (inCheck)
499     {
500         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
501         goto moves_loop;
502     }
503
504     else if (tte)
505     {
506         // Never assume anything on values stored in TT
507         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
508             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
509
510         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
511         if (ttValue != VALUE_NONE)
512             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
513                 eval = ttValue;
514     }
515     else
516     {
517         eval = ss->staticEval =
518         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
519
520         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
521     }
522
523     if (   !pos.captured_piece_type()
524         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
525         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
526         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
527         &&  move != MOVE_NONE
528         &&  type_of(move) == NORMAL)
529     {
530         Square to = to_sq(move);
531         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
532     }
533
534     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
535     if (   !PvNode
536         &&  depth < 4 * ONE_PLY
537         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
538         &&  ttMove == MOVE_NONE
539         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
540     {
541         if (   depth <= ONE_PLY
542             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
543             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
544
545         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
546         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
547         if (v <= ralpha)
548             return v;
549     }
550
551     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
552     if (   !PvNode
553         && !ss->skipNullMove
554         &&  depth < 7 * ONE_PLY
555         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
556         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
557         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
558         return eval - futility_margin(depth);
559
560     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
561     if (   !PvNode
562         && !ss->skipNullMove
563         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
564         &&  eval >= beta
565         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
566     {
567         ss->currentMove = MOVE_NULL;
568
569         assert(eval - beta >= 0);
570
571         // Null move dynamic reduction based on depth and value
572         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
573
574         pos.do_null_move(st);
575         (ss+1)->skipNullMove = true;
576         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
577                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
578         (ss+1)->skipNullMove = false;
579         pos.undo_null_move();
580
581         if (nullValue >= beta)
582         {
583             // Do not return unproven mate scores
584             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
585                 nullValue = beta;
586
587             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
588                 return nullValue;
589
590             // Do verification search at high depths
591             ss->skipNullMove = true;
592             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
593                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
594             ss->skipNullMove = false;
595
596             if (v >= beta)
597                 return nullValue;
598         }
599     }
600
601     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
602     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
603     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
604     // prune the previous move.
605     if (   !PvNode
606         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
607         && !ss->skipNullMove
608         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
609     {
610         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
611         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
612
613         assert(rdepth >= ONE_PLY);
614         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
615         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
616
617         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
618         CheckInfo ci(pos);
619
620         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
621             if (pos.legal(move, ci.pinned))
622             {
623                 ss->currentMove = move;
624                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
625                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
626                 pos.undo_move(move);
627                 if (value >= rbeta)
628                     return value;
629             }
630     }
631
632     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
633     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
634         && !ttMove
635         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
636     {
637         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
638         ss->skipNullMove = true;
639         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
640         ss->skipNullMove = false;
641
642         tte = TT.probe(posKey);
643         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
644     }
645
646 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
647
648     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
649     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
650                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
651
652     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
653     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
654                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
655
656     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
657     CheckInfo ci(pos);
658     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
659     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
660                || ss->staticEval == VALUE_NONE
661                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
662
663     singularExtensionNode =   !RootNode
664                            && !SpNode
665                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
666                            &&  ttMove != MOVE_NONE
667                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
668                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
669                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
670                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
671                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
672
673     // Step 11. Loop through moves
674     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
675     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
676     {
677       assert(is_ok(move));
678
679       if (move == excludedMove)
680           continue;
681
682       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
683       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
684       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
685       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
686           continue;
687
688       if (SpNode)
689       {
690           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
691           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
692               continue;
693
694           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
695           splitPoint->mutex.unlock();
696       }
697       else
698           ++moveCount;
699
700       if (RootNode)
701       {
702           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
703
704           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
705               sync_cout << "info depth " << depth
706                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
707                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
708       }
709
710       ext = DEPTH_ZERO;
711       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
712
713       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
714                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
715                   : pos.gives_check(move, ci);
716
717       dangerous =   givesCheck
718                  || type_of(move) != NORMAL
719                  || pos.advanced_pawn_push(move);
720
721       // Step 12. Extend checks
722       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
723           ext = ONE_PLY;
724
725       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
726       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
727       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
728       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
729       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
730       if (    singularExtensionNode
731           &&  move == ttMove
732           && !ext
733           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
734       {
735           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
736           ss->excludedMove = move;
737           ss->skipNullMove = true;
738           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
739           ss->skipNullMove = false;
740           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
741
742           if (value < rBeta)
743               ext = ONE_PLY;
744       }
745
746       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
747       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
748
749       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
750       if (   !PvNode
751           && !captureOrPromotion
752           && !inCheck
753           && !dangerous
754           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
755       {
756           // Move count based pruning
757           if (   depth < 16 * ONE_PLY
758               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
759           {
760               if (SpNode)
761                   splitPoint->mutex.lock();
762
763               continue;
764           }
765
766           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
767
768           // Futility pruning: parent node
769           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
770           {
771               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
772                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
773
774               if (futilityValue <= alpha)
775               {
776                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
777
778                   if (SpNode)
779                   {
780                       splitPoint->mutex.lock();
781                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
782                           splitPoint->bestValue = bestValue;
783                   }
784                   continue;
785               }
786           }
787
788           // Prune moves with negative SEE at low depths
789           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
790           {
791               if (SpNode)
792                   splitPoint->mutex.lock();
793
794               continue;
795           }
796       }
797
798       // Speculative prefetch as early as possible
799       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
800
801       // Check for legality just before making the move
802       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
803       {
804           moveCount--;
805           continue;
806       }
807
808       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
809       ss->currentMove = move;
810       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
811           quietsSearched[quietCount++] = move;
812
813       // Step 14. Make the move
814       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
815
816       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
817       // re-searched at full depth.
818       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
819           &&  moveCount > 1
820           && !captureOrPromotion
821           &&  move != ss->killers[0]
822           &&  move != ss->killers[1])
823       {
824           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
825
826           if (   (!PvNode && cutNode)
827               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
828               ss->reduction += ONE_PLY;
829
830           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
831               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
832
833           // Decrease reduction for moves that escape a capture
834           if (   ss->reduction
835               && type_of(move) == NORMAL
836               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
837               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
838               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
839
840           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
841           if (SpNode)
842               alpha = splitPoint->alpha;
843
844           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
845
846           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
847           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
848           {
849               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
850               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
851           }
852
853           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
854           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
855       }
856       else
857           doFullDepthSearch = !pvMove;
858
859       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
860       if (doFullDepthSearch)
861       {
862           if (SpNode)
863               alpha = splitPoint->alpha;
864
865           value = newDepth <   ONE_PLY ?
866                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
867                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
868                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
869       }
870
871       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
872       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
873       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
874       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
875           value = newDepth <   ONE_PLY ?
876                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
877                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
878                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
879       // Step 17. Undo move
880       pos.undo_move(move);
881
882       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
883
884       // Step 18. Check for new best move
885       if (SpNode)
886       {
887           splitPoint->mutex.lock();
888           bestValue = splitPoint->bestValue;
889           alpha = splitPoint->alpha;
890       }
891
892       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
893       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
894       // updating best move, PV and TT.
895       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
896           return VALUE_ZERO;
897
898       if (RootNode)
899       {
900           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
901
902           // PV move or new best move ?
903           if (pvMove || value > alpha)
904           {
905               rm.score = value;
906               rm.extract_pv_from_tt(pos);
907
908               // We record how often the best move has been changed in each
909               // iteration. This information is used for time management: When
910               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
911               if (!pvMove)
912                   ++BestMoveChanges;
913           }
914           else
915               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
916               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
917               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
918               rm.score = -VALUE_INFINITE;
919       }
920
921       if (value > bestValue)
922       {
923           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
924
925           if (value > alpha)
926           {
927               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
928
929               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
930                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
931               else
932               {
933                   assert(value >= beta); // Fail high
934
935                   if (SpNode)
936                       splitPoint->cutoff = true;
937
938                   break;
939               }
940           }
941       }
942
943       // Step 19. Check for splitting the search
944       if (   !SpNode
945           &&  Threads.size() >= 2
946           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
947           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
948                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
949           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
950       {
951           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
952
953           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
954                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
955
956           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
957               return VALUE_ZERO;
958
959           if (bestValue >= beta)
960               break;
961       }
962     }
963
964     if (SpNode)
965         return bestValue;
966
967     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
968     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
969     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
970     /*
971        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
972         return VALUE_DRAW;
973     */
974
975     // Step 20. Check for mate and stalemate
976     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
977     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
978     // return a fail low score.
979     if (!moveCount)
980         bestValue = excludedMove ? alpha
981                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
982
983     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
984     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
985         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
986
987     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
988              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
989              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
990              depth, bestMove, ss->staticEval);
991
992     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
993
994     return bestValue;
995   }
996
997
998   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
999   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1000   // less than ONE_PLY).
1001
1002   template <NodeType NT, bool InCheck>
1003   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1004
1005     const bool PvNode = NT == PV;
1006
1007     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1008     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1009     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1010     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1011     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1012
1013     StateInfo st;
1014     const TTEntry* tte;
1015     Key posKey;
1016     Move ttMove, move, bestMove;
1017     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1018     bool givesCheck, evasionPrunable;
1019     Depth ttDepth;
1020
1021     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1022     if (PvNode)
1023         oldAlpha = alpha;
1024
1025     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1026     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1027
1028     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1029     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1030         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1031
1032     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1033
1034     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1035     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1036     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1037     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1038                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1039
1040     // Transposition table lookup
1041     posKey = pos.key();
1042     tte = TT.probe(posKey);
1043     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1044     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1045
1046     if (   tte
1047         && tte->depth() >= ttDepth
1048         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1049         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1050             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1051                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1052     {
1053         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1054         return ttValue;
1055     }
1056
1057     // Evaluate the position statically
1058     if (InCheck)
1059     {
1060         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1061         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1062     }
1063     else
1064     {
1065         if (tte)
1066         {
1067             // Never assume anything on values stored in TT
1068             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1069                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1070
1071             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1072             if (ttValue != VALUE_NONE)
1073                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1074                     bestValue = ttValue;
1075         }
1076         else
1077             ss->staticEval = bestValue =
1078             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1079
1080         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1081         if (bestValue >= beta)
1082         {
1083             if (!tte)
1084                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1085                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1086
1087             return bestValue;
1088         }
1089
1090         if (PvNode && bestValue > alpha)
1091             alpha = bestValue;
1092
1093         futilityBase = bestValue + 128;
1094     }
1095
1096     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1097     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1098     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1099     // be generated.
1100     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1101     CheckInfo ci(pos);
1102
1103     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1104     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1105     {
1106       assert(is_ok(move));
1107
1108       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1109                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1110                   : pos.gives_check(move, ci);
1111
1112       // Futility pruning
1113       if (   !PvNode
1114           && !InCheck
1115           && !givesCheck
1116           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1117           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1118       {
1119           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1120
1121           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1122
1123           if (futilityValue < beta)
1124           {
1125               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1126               continue;
1127           }
1128
1129           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1130           {
1131               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1132               continue;
1133           }
1134       }
1135
1136       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1137       evasionPrunable =    InCheck
1138                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1139                        && !pos.capture(move)
1140                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1141
1142       // Don't search moves with negative SEE values
1143       if (   !PvNode
1144           && (!InCheck || evasionPrunable)
1145           &&  type_of(move) != PROMOTION
1146           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1147           continue;
1148
1149       // Speculative prefetch as early as possible
1150       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1151
1152       // Check for legality just before making the move
1153       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1154           continue;
1155
1156       ss->currentMove = move;
1157
1158       // Make and search the move
1159       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1160       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1161                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1162       pos.undo_move(move);
1163
1164       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1165
1166       // Check for new best move
1167       if (value > bestValue)
1168       {
1169           bestValue = value;
1170
1171           if (value > alpha)
1172           {
1173               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1174               {
1175                   alpha = value;
1176                   bestMove = move;
1177               }
1178               else // Fail high
1179               {
1180                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1181                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1182
1183                   return value;
1184               }
1185           }
1186        }
1187     }
1188
1189     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1190     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1191     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1192         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1193
1194     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1195              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1196              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1197
1198     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1199
1200     return bestValue;
1201   }
1202
1203
1204   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1205   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1206   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1207
1208   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1209
1210     assert(v != VALUE_NONE);
1211
1212     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1213           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1214   }
1215
1216
1217   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1218   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1219   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1220
1221   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1222
1223     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1224           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1225           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1226   }
1227
1228
1229   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1230   // of a quiet move.
1231
1232   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1233
1234     if (ss->killers[0] != move)
1235     {
1236         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1237         ss->killers[0] = move;
1238     }
1239
1240     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1241     // played quiet moves.
1242     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1243     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1244     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1245     {
1246         Move m = quiets[i];
1247         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1248     }
1249
1250     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1251     {
1252         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1253         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1254     }
1255
1256     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1257     {
1258         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1259         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1260     }
1261   }
1262
1263
1264   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1265   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1266
1267   Move Skill::pick_move() {
1268
1269     static RKISS rk;
1270
1271     // PRNG sequence should be not deterministic
1272     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1273         rk.rand<unsigned>();
1274
1275     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1276     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1277     int weakness = 120 - 2 * level;
1278     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1279     best = MOVE_NONE;
1280
1281     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1282     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1283     // then we choose the move with the resulting highest score.
1284     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1285     {
1286         int s = RootMoves[i].score;
1287
1288         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1289         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1290             break;
1291
1292         // This is our magic formula
1293         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1294               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1295
1296         if (s > max_s)
1297         {
1298             max_s = s;
1299             best = RootMoves[i].pv[0];
1300         }
1301     }
1302     return best;
1303   }
1304
1305
1306   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1307   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1308   // search score.
1309
1310   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1311
1312     std::stringstream ss;
1313     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1314     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1315     int selDepth = 0;
1316
1317     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1318         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1319             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1320
1321     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1322     {
1323         bool updated = (i <= PVIdx);
1324
1325         if (depth == 1 && !updated)
1326             continue;
1327
1328         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1329         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1330
1331         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1332             ss << "\n";
1333
1334         ss << "info depth " << d
1335            << " seldepth "  << selDepth
1336            << " multipv "   << i + 1
1337            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1338            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1339            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1340            << " time "      << elapsed
1341            << " pv";
1342
1343         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1344             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1345     }
1346
1347     return ss.str();
1348   }
1349
1350 } // namespace
1351
1352
1353 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1354 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1355 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1356 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1357
1358 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1359
1360   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1361   const TTEntry* tte;
1362   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1363   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1364   Value expectedScore = score;
1365
1366   pv.clear();
1367
1368   do {
1369       pv.push_back(m);
1370
1371       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1372
1373       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1374       tte = TT.probe(pos.key());
1375       expectedScore = -expectedScore;
1376
1377   } while (   tte
1378            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1379            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1380            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1381            && ply < MAX_PLY
1382            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1383
1384   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1385
1386   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1387 }
1388
1389
1390 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1391 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1392 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1393
1394 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1395
1396   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1397   const TTEntry* tte;
1398   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1399
1400   do {
1401       tte = TT.probe(pos.key());
1402
1403       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1404           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1405
1406       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1407
1408       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1409
1410   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1411
1412   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1413 }
1414
1415
1416 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1417
1418 void Thread::idle_loop() {
1419
1420   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1421   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1422   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1423
1424   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1425
1426   while (!exit)
1427   {
1428       // If this thread has been assigned work, launch a search
1429       while (searching)
1430       {
1431           Threads.mutex.lock();
1432
1433           assert(activeSplitPoint);
1434           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1435
1436           Threads.mutex.unlock();
1437
1438           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1439           Position pos(*sp->pos, this);
1440
1441           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1442           ss->splitPoint = sp;
1443
1444           sp->mutex.lock();
1445
1446           assert(activePosition == NULL);
1447
1448           activePosition = &pos;
1449
1450           if (sp->nodeType == NonPV)
1451               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1452
1453           else if (sp->nodeType == PV)
1454               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1455
1456           else if (sp->nodeType == Root)
1457               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1458
1459           else
1460               assert(false);
1461
1462           assert(searching);
1463
1464           searching = false;
1465           activePosition = NULL;
1466           sp->slavesMask.reset(idx);
1467           sp->allSlavesSearching = false;
1468           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1469
1470           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1471           // loop in case we are the last slave of the split point.
1472           if (    this != sp->masterThread
1473               &&  sp->slavesMask.none())
1474           {
1475               assert(!sp->masterThread->searching);
1476               sp->masterThread->notify_one();
1477           }
1478
1479           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1480           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1481           // the sp master.
1482           sp->mutex.unlock();
1483
1484           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1485           // already finished.
1486           if (Threads.size() > 2)
1487               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1488               {
1489                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1490                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1491
1492                   if (   sp
1493                       && sp->allSlavesSearching
1494                       && available_to(Threads[i]))
1495                   {
1496                       // Recheck the conditions under lock protection
1497                       Threads.mutex.lock();
1498                       sp->mutex.lock();
1499
1500                       if (   sp->allSlavesSearching
1501                           && available_to(Threads[i]))
1502                       {
1503                            sp->slavesMask.set(idx);
1504                            activeSplitPoint = sp;
1505                            searching = true;
1506                       }
1507
1508                       sp->mutex.unlock();
1509                       Threads.mutex.unlock();
1510
1511                       break; // Just a single attempt
1512                   }
1513               }
1514       }
1515
1516       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1517       mutex.lock();
1518
1519       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1520       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1521       {
1522           assert(!searching);
1523           mutex.unlock();
1524           break;
1525       }
1526
1527       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1528       // wasting CPU time polling for work.
1529       if (!searching && !exit)
1530           sleepCondition.wait(mutex);
1531
1532       mutex.unlock();
1533   }
1534 }
1535
1536
1537 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1538 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1539 /// available time and thus stop the search.
1540
1541 void check_time() {
1542
1543   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1544   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1545
1546   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1547   {
1548       lastInfoTime = Time::now();
1549       dbg_print();
1550   }
1551
1552   if (Limits.use_time_management() && !Limits.ponder)
1553   {
1554       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1555                              && !Signals.failedLowAtRoot
1556                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1557
1558       if (   stillAtFirstMove
1559           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1560           Signals.stop = true;
1561   }
1562   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1563       Signals.stop = true;
1564
1565   else if (Limits.nodes)
1566   {
1567       Threads.mutex.lock();
1568
1569       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1570
1571       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1572       // all the currently active positions nodes.
1573       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1574           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1575           {
1576               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1577
1578               sp.mutex.lock();
1579
1580               nodes += sp.nodes;
1581
1582               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1583                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1584                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1585
1586               sp.mutex.unlock();
1587           }
1588
1589       Threads.mutex.unlock();
1590
1591       if (nodes >= Limits.nodes)
1592           Signals.stop = true;
1593   }
1594 }