Gradually relax the NMP staticEval check
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210   CounterMoveHistory.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   CheckInfo ci(pos);
230   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
231
232   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
233   {
234       if (Root && depth <= ONE_PLY)
235           cnt = 1, nodes++;
236       else
237       {
238           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
239           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
240           nodes += cnt;
241           pos.undo_move(m);
242       }
243       if (Root)
244           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
245   }
246   return nodes;
247 }
248
249 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
250
251
252 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
253 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
254
255 void MainThread::search() {
256
257   Color us = rootPos.side_to_move();
258   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
259
260   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
261   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
262   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
263
264   if (rootMoves.empty())
265   {
266       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
267       sync_cout << "info depth 0 score "
268                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
269                 << sync_endl;
270   }
271   else
272   {
273       for (Thread* th : Threads)
274           if (th != this)
275               th->start_searching();
276
277       Thread::search(); // Let's start searching!
278   }
279
280   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
281   // the available ones before exiting.
282   if (Limits.npmsec)
283       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
284
285   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
286   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
287   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
288   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
289   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
290   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
291   {
292       Signals.stopOnPonderhit = true;
293       wait(Signals.stop);
294   }
295
296   // Stop the threads if not already stopped
297   Signals.stop = true;
298
299   // Wait until all threads have finished
300   for (Thread* th : Threads)
301       if (th != this)
302           th->wait_for_search_finished();
303
304   // Check if there are threads with a better score than main thread
305   Thread* bestThread = this;
306   if (   !this->easyMovePlayed
307       &&  Options["MultiPV"] == 1
308       && !Limits.depth
309       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
310       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
311   {
312       for (Thread* th : Threads)
313           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
314               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
315               bestThread = th;
316   }
317
318   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
319
320   // Send new PV when needed
321   if (bestThread != this)
322       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
323
324   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
325
326   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
327       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
328
329   std::cout << sync_endl;
330 }
331
332
333 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
334 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
335 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
336
337 void Thread::search() {
338
339   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
340   Value bestValue, alpha, beta, delta;
341   Move easyMove = MOVE_NONE;
342   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
343
344   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
345
346   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
347   beta = VALUE_INFINITE;
348   completedDepth = DEPTH_ZERO;
349
350   if (mainThread)
351   {
352       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
353       EasyMove.clear();
354       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
355       mainThread->bestMoveChanges = 0;
356       TT.new_search();
357   }
358
359   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
360   Skill skill(Options["Skill Level"]);
361
362   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
363   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
364   if (skill.enabled())
365       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
366
367   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
368
369   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
370   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
371   {
372       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
373       // 2nd ply (using a half-density matrix).
374       if (!mainThread)
375       {
376           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
377           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
378              continue;
379       }
380
381       // Age out PV variability metric
382       if (mainThread)
383           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
384
385       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
386       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
387       for (RootMove& rm : rootMoves)
388           rm.previousScore = rm.score;
389
390       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
391       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
392       {
393           // Reset aspiration window starting size
394           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
395           {
396               delta = Value(18);
397               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
398               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
399           }
400
401           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
402           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
403           // high/low anymore.
404           while (true)
405           {
406               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
407
408               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
409               // is done with a stable algorithm because all the values but the
410               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
411               // and we want to keep the same order for all the moves except the
412               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
413               // search the already searched PV lines are preserved.
414               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
415
416               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
417               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
418               // valid, although it refers to the previous iteration.
419               if (Signals.stop)
420                   break;
421
422               // When failing high/low give some update (without cluttering
423               // the UI) before a re-search.
424               if (   mainThread
425                   && multiPV == 1
426                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
427                   && Time.elapsed() > 3000)
428                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
429
430               // In case of failing low/high increase aspiration window and
431               // re-search, otherwise exit the loop.
432               if (bestValue <= alpha)
433               {
434                   beta = (alpha + beta) / 2;
435                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
436
437                   if (mainThread)
438                   {
439                       mainThread->failedLow = true;
440                       Signals.stopOnPonderhit = false;
441                   }
442               }
443               else if (bestValue >= beta)
444               {
445                   alpha = (alpha + beta) / 2;
446                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
447               }
448               else
449                   break;
450
451               delta += delta / 4 + 5;
452
453               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
454           }
455
456           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
457           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
458
459           if (!mainThread)
460               continue;
461
462           if (Signals.stop)
463               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
464                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
465
466           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
467               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
468       }
469
470       if (!Signals.stop)
471           completedDepth = rootDepth;
472
473       if (!mainThread)
474           continue;
475
476       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
477       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
478           skill.pick_best(multiPV);
479
480       // Have we found a "mate in x"?
481       if (   Limits.mate
482           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
483           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
484           Signals.stop = true;
485
486       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
487       if (Limits.use_time_management())
488       {
489           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
490           {
491               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
492               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
493               // from the previous search and just did a fast verification.
494               const int F[] = { mainThread->failedLow,
495                                 bestValue - mainThread->previousScore };
496
497               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
498               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
499
500               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
501                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
502                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
503
504               if (   rootMoves.size() == 1
505                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
506                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
507               {
508                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
509                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
510                   if (Limits.ponder)
511                       Signals.stopOnPonderhit = true;
512                   else
513                       Signals.stop = true;
514               }
515           }
516
517           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
518               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
519           else
520               EasyMove.clear();
521       }
522   }
523
524   if (!mainThread)
525       return;
526
527   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
528   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
529   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
530       EasyMove.clear();
531
532   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
533   if (skill.enabled())
534       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
535                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
536 }
537
538
539 namespace {
540
541   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
542
543   template <NodeType NT>
544   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
545
546     const bool PvNode = NT == PV;
547     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
548
549     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
550     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
551     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
552     assert(!(PvNode && cutNode));
553
554     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
555     StateInfo st;
556     TTEntry* tte;
557     Key posKey;
558     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
559     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
560     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
561     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
562     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
563     Piece moved_piece;
564     int moveCount, quietCount;
565
566     // Step 1. Initialize node
567     Thread* thisThread = pos.this_thread();
568     inCheck = pos.checkers();
569     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
570     bestValue = -VALUE_INFINITE;
571     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
572
573     // Check for the available remaining time
574     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
575     {
576         thisThread->resetCalls = false;
577         thisThread->callsCnt = 0;
578     }
579     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
580     {
581         for (Thread* th : Threads)
582             th->resetCalls = true;
583
584         check_time();
585     }
586
587     // Used to send selDepth info to GUI
588     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
589         thisThread->maxPly = ss->ply;
590
591     if (!rootNode)
592     {
593         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
594         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
595             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
596                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
597
598         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
599         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
600         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
601         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
602         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
603         // mate. In this case return a fail-high score.
604         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
605         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
606         if (alpha >= beta)
607             return alpha;
608     }
609
610     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
611
612     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
613     ss->counterMoves = nullptr;
614     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
615     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
616
617     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
618     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
619     // position key in case of an excluded move.
620     excludedMove = ss->excludedMove;
621     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
622     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
623     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
624     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
625             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
626
627     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
628     if (  !PvNode
629         && ttHit
630         && tte->depth() >= depth
631         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
632         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
633                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
634     {
635         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
636
637         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
638         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
639             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
640
641         return ttValue;
642     }
643
644     // Step 4a. Tablebase probe
645     if (!rootNode && TB::Cardinality)
646     {
647         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
648
649         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
650             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
651             &&  pos.rule50_count() == 0
652             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
653         {
654             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
655
656             if (found)
657             {
658                 TB::Hits++;
659
660                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
661
662                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
663                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
664                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
665
666                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
667                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
668                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
669
670                 return value;
671             }
672         }
673     }
674
675     // Step 5. Evaluate the position statically
676     if (inCheck)
677     {
678         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
679         goto moves_loop;
680     }
681
682     else if (ttHit)
683     {
684         // Never assume anything on values stored in TT
685         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
686             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
687
688         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
689         if (ttValue != VALUE_NONE)
690             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
691                 eval = ttValue;
692     }
693     else
694     {
695         eval = ss->staticEval =
696         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
697                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
698
699         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
700                   ss->staticEval, TT.generation());
701     }
702
703     if (ss->skipEarlyPruning)
704         goto moves_loop;
705
706     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
707     if (   !PvNode
708         &&  depth < 4 * ONE_PLY
709         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
710         &&  ttMove == MOVE_NONE)
711     {
712         if (   depth <= ONE_PLY
713             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
714             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
715
716         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
717         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
718         if (v <= ralpha)
719             return v;
720     }
721
722     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
723     if (   !rootNode
724         &&  depth < 7 * ONE_PLY
725         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
726         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
727         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
728         return eval - futility_margin(depth);
729
730     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
731     if (   !PvNode
732         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
733         &&  eval >= beta
734         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
735         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
736     {
737         ss->currentMove = MOVE_NULL;
738         ss->counterMoves = nullptr;
739
740         assert(eval - beta >= 0);
741
742         // Null move dynamic reduction based on depth and value
743         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
744
745         pos.do_null_move(st);
746         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
747         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
748                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
749         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
750         pos.undo_null_move();
751
752         if (nullValue >= beta)
753         {
754             // Do not return unproven mate scores
755             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
756                 nullValue = beta;
757
758             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
759                 return nullValue;
760
761             // Do verification search at high depths
762             ss->skipEarlyPruning = true;
763             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
764                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
765             ss->skipEarlyPruning = false;
766
767             if (v >= beta)
768                 return nullValue;
769         }
770     }
771
772     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
773     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
774     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
775     // safely prune the previous move.
776     if (   !PvNode
777         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
778         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
779     {
780         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
781         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
782
783         assert(rdepth >= ONE_PLY);
784         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
785         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
786
787         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
788         CheckInfo ci(pos);
789
790         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
791             if (pos.legal(move, ci.pinned))
792             {
793                 ss->currentMove = move;
794                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
795                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
796                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
797                 pos.undo_move(move);
798                 if (value >= rbeta)
799                     return value;
800             }
801     }
802
803     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
804     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
805         && !ttMove
806         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
807     {
808         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
809         ss->skipEarlyPruning = true;
810         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
811         ss->skipEarlyPruning = false;
812
813         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
814         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
815     }
816
817 moves_loop: // When in check search starts from here
818
819     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
820     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
821     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
822
823     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
824     CheckInfo ci(pos);
825     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
826     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
827             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
828                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
829
830     singularExtensionNode =   !rootNode
831                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
832                            &&  ttMove != MOVE_NONE
833                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
834                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
835                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
836                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
837                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
838
839     // Step 11. Loop through moves
840     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
841     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
842     {
843       assert(is_ok(move));
844
845       if (move == excludedMove)
846           continue;
847
848       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
849       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
850       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
851       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
852                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
853           continue;
854
855       ss->moveCount = ++moveCount;
856
857       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
858           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
859                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
860                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
861
862       if (PvNode)
863           (ss+1)->pv = nullptr;
864
865       extension = DEPTH_ZERO;
866       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
867       moved_piece = pos.moved_piece(move);
868
869       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
870                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
871                   : pos.gives_check(move, ci);
872
873       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
874                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth];
875
876       // Step 12. Extend checks
877       if (    givesCheck
878           && !moveCountPruning
879           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
880           extension = ONE_PLY;
881
882       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
883       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
884       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
885       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
886       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
887       if (    singularExtensionNode
888           &&  move == ttMove
889           && !extension
890           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
891       {
892           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
893           ss->excludedMove = move;
894           ss->skipEarlyPruning = true;
895           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
896           ss->skipEarlyPruning = false;
897           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
898
899           if (value < rBeta)
900               extension = ONE_PLY;
901       }
902
903       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
904       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
905
906       // Step 13. Pruning at shallow depth
907       if (   !rootNode
908           && !captureOrPromotion
909           && !inCheck
910           && !givesCheck
911           && !pos.advanced_pawn_push(move)
912           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
913       {
914           // Move count based pruning
915           if (moveCountPruning)
916               continue;
917
918           // Countermoves based pruning
919           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
920               && move != ss->killers[0]
921               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
922               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
923               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
924               continue;
925
926           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
927
928           // Futility pruning: parent node
929           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
930               && ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256 <= alpha)
931               continue;
932
933           // Prune moves with negative SEE at low depths
934           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
935               continue;
936       }
937
938       // Speculative prefetch as early as possible
939       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
940
941       // Check for legality just before making the move
942       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
943       {
944           ss->moveCount = --moveCount;
945           continue;
946       }
947
948       ss->currentMove = move;
949       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
950
951       // Step 14. Make the move
952       pos.do_move(move, st, givesCheck);
953
954       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
955       // re-searched at full depth.
956       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
957           &&  moveCount > 1
958           && !captureOrPromotion)
959       {
960           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
961           Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
962                      +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
963                      +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
964                      +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
965
966           // Increase reduction for cut nodes
967           if (cutNode)
968               r += 2 * ONE_PLY;
969
970           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
971           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
972           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
973           // because the destination square is empty.
974           else if (   type_of(move) == NORMAL
975                    && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
976                    && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
977               r -= 2 * ONE_PLY;
978
979           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
980           int rHist = (val - 10000) / 20000;
981           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
982
983           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
984
985           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
986
987           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
988       }
989       else
990           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
991
992       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
993       if (doFullDepthSearch)
994           value = newDepth <   ONE_PLY ?
995                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
996                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
997                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
998
999       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1000       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1001       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1002       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1003       {
1004           (ss+1)->pv = pv;
1005           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1006
1007           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1008                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1009                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1010                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1011       }
1012
1013       // Step 17. Undo move
1014       pos.undo_move(move);
1015
1016       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1017
1018       // Step 18. Check for a new best move
1019       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1020       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1021       // updating best move, PV and TT.
1022       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1023           return VALUE_ZERO;
1024
1025       if (rootNode)
1026       {
1027           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1028                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1029
1030           // PV move or new best move ?
1031           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1032           {
1033               rm.score = value;
1034               rm.pv.resize(1);
1035
1036               assert((ss+1)->pv);
1037
1038               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1039                   rm.pv.push_back(*m);
1040
1041               // We record how often the best move has been changed in each
1042               // iteration. This information is used for time management: When
1043               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1044               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1045                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1046           }
1047           else
1048               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1049               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1050               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1051               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1052       }
1053
1054       if (value > bestValue)
1055       {
1056           bestValue = value;
1057
1058           if (value > alpha)
1059           {
1060               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1061               if (    PvNode
1062                   &&  thisThread == Threads.main()
1063                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1064                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1065                   EasyMove.clear();
1066
1067               bestMove = move;
1068
1069               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1070                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1071
1072               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1073                   alpha = value;
1074               else
1075               {
1076                   assert(value >= beta); // Fail high
1077                   break;
1078               }
1079           }
1080       }
1081
1082       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1083           quietsSearched[quietCount++] = move;
1084     }
1085
1086     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1087     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1088     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1089     /*
1090        if (Signals.stop)
1091         return VALUE_DRAW;
1092     */
1093
1094     // Step 20. Check for mate and stalemate
1095     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1096     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1097     // return a fail low score.
1098     if (!moveCount)
1099         bestValue = excludedMove ? alpha
1100                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1101
1102     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1103     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1104         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1105
1106     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1107     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1108              && !bestMove
1109              && !pos.captured_piece_type()
1110              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1111     {
1112         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1113         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1114         if ((ss-2)->counterMoves)
1115             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1116
1117         if ((ss-3)->counterMoves)
1118             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1119
1120         if ((ss-5)->counterMoves)
1121             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1122     }
1123
1124     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1125               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1126               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1127               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1128
1129     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1130
1131     return bestValue;
1132   }
1133
1134
1135   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1136   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1137   // less than ONE_PLY).
1138
1139   template <NodeType NT, bool InCheck>
1140   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1141
1142     const bool PvNode = NT == PV;
1143
1144     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1145     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1146     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1147     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1148
1149     Move pv[MAX_PLY+1];
1150     StateInfo st;
1151     TTEntry* tte;
1152     Key posKey;
1153     Move ttMove, move, bestMove;
1154     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1155     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1156     Depth ttDepth;
1157
1158     if (PvNode)
1159     {
1160         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1161         (ss+1)->pv = pv;
1162         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1163     }
1164
1165     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1166     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1167
1168     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1169     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1170         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1171                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1172
1173     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1174
1175     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1176     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1177     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1178     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1179                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1180
1181     // Transposition table lookup
1182     posKey = pos.key();
1183     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1184     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1185     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1186
1187     if (  !PvNode
1188         && ttHit
1189         && tte->depth() >= ttDepth
1190         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1191         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1192                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1193     {
1194         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1195         return ttValue;
1196     }
1197
1198     // Evaluate the position statically
1199     if (InCheck)
1200     {
1201         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1202         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1203     }
1204     else
1205     {
1206         if (ttHit)
1207         {
1208             // Never assume anything on values stored in TT
1209             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1210                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1211
1212             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1213             if (ttValue != VALUE_NONE)
1214                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1215                     bestValue = ttValue;
1216         }
1217         else
1218             ss->staticEval = bestValue =
1219             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1220                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1221
1222         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1223         if (bestValue >= beta)
1224         {
1225             if (!ttHit)
1226                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1227                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1228
1229             return bestValue;
1230         }
1231
1232         if (PvNode && bestValue > alpha)
1233             alpha = bestValue;
1234
1235         futilityBase = bestValue + 128;
1236     }
1237
1238     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1239     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1240     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1241     // be generated.
1242     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1243     CheckInfo ci(pos);
1244
1245     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1246     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1247     {
1248       assert(is_ok(move));
1249
1250       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1251                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1252                   : pos.gives_check(move, ci);
1253
1254       // Futility pruning
1255       if (   !InCheck
1256           && !givesCheck
1257           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1258           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1259       {
1260           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1261
1262           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1263
1264           if (futilityValue <= alpha)
1265           {
1266               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1267               continue;
1268           }
1269
1270           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1271           {
1272               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1273               continue;
1274           }
1275       }
1276
1277       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1278       evasionPrunable =    InCheck
1279                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1280                        && !pos.capture(move);
1281
1282       // Don't search moves with negative SEE values
1283       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1284           &&  type_of(move) != PROMOTION
1285           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1286           continue;
1287
1288       // Speculative prefetch as early as possible
1289       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1290
1291       // Check for legality just before making the move
1292       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1293           continue;
1294
1295       ss->currentMove = move;
1296
1297       // Make and search the move
1298       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1299       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1300                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1301       pos.undo_move(move);
1302
1303       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1304
1305       // Check for a new best move
1306       if (value > bestValue)
1307       {
1308           bestValue = value;
1309
1310           if (value > alpha)
1311           {
1312               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1313                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1314
1315               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1316               {
1317                   alpha = value;
1318                   bestMove = move;
1319               }
1320               else // Fail high
1321               {
1322                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1323                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1324
1325                   return value;
1326               }
1327           }
1328        }
1329     }
1330
1331     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1332     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1333     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1334         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1335
1336     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1337               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1338               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1339
1340     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1341
1342     return bestValue;
1343   }
1344
1345
1346   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1347   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1348   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1349
1350   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1351
1352     assert(v != VALUE_NONE);
1353
1354     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1355           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1356   }
1357
1358
1359   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1360   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1361   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1362
1363   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1364
1365     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1366           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1367           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1368   }
1369
1370
1371   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1372
1373   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1374
1375     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1376         *pv++ = *childPv++;
1377     *pv = MOVE_NONE;
1378   }
1379
1380
1381   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1382   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1383
1384   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1385                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1386
1387     if (ss->killers[0] != move)
1388     {
1389         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1390         ss->killers[0] = move;
1391     }
1392
1393     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1394
1395     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1396     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1397     CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
1398     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1399     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1400
1401     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1402
1403     if (cmh)
1404     {
1405         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1406         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1407     }
1408
1409     if (fmh)
1410         fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1411
1412     if (fmh2)
1413         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1414
1415     // Decrease all the other played quiet moves
1416     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1417     {
1418         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1419
1420         if (cmh)
1421             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1422
1423         if (fmh)
1424             fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1425
1426         if (fmh2)
1427             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1428     }
1429
1430     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1431     if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1432     {
1433         if ((ss-2)->counterMoves)
1434             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1435
1436         if ((ss-3)->counterMoves)
1437             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1438
1439         if ((ss-5)->counterMoves)
1440             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1441     }
1442   }
1443
1444
1445   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1446   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1447
1448   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1449
1450     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1451     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1452
1453     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1454     Value topScore = rootMoves[0].score;
1455     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1456     int weakness = 120 - 2 * level;
1457     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1458
1459     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1460     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1461     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1462     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1463     {
1464         // This is our magic formula
1465         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1466                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1467
1468         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1469         {
1470             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1471             best = rootMoves[i].pv[0];
1472         }
1473     }
1474
1475     return best;
1476   }
1477
1478
1479   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1480   // when we are out of available time and thus stop the search.
1481
1482   void check_time() {
1483
1484     static TimePoint lastInfoTime = now();
1485
1486     int elapsed = Time.elapsed();
1487     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1488
1489     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1490     {
1491         lastInfoTime = tick;
1492         dbg_print();
1493     }
1494
1495     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1496     if (Limits.ponder)
1497         return;
1498
1499     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1500         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1501         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1502             Signals.stop = true;
1503   }
1504
1505 } // namespace
1506
1507
1508 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1509 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1510
1511 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1512
1513   std::stringstream ss;
1514   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1515   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1516   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1517   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1518   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1519
1520   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1521   {
1522       bool updated = (i <= PVIdx);
1523
1524       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1525           continue;
1526
1527       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1528       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1529
1530       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1531       v = tb ? TB::Score : v;
1532
1533       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1534           ss << "\n";
1535
1536       ss << "info"
1537          << " depth "    << d / ONE_PLY
1538          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1539          << " multipv "  << i + 1
1540          << " score "    << UCI::value(v);
1541
1542       if (!tb && i == PVIdx)
1543           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1544
1545       ss << " nodes "    << nodes_searched
1546          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1547
1548       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1549           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1550
1551       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1552          << " time "     << elapsed
1553          << " pv";
1554
1555       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1556           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1557   }
1558
1559   return ss.str();
1560 }
1561
1562
1563 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1564 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1565 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1566 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1567
1568 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1569 {
1570     StateInfo st;
1571     bool ttHit;
1572
1573     assert(pv.size() == 1);
1574
1575     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1576     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1577
1578     if (ttHit)
1579     {
1580         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1581         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1582             pv.push_back(m);
1583     }
1584
1585     pos.undo_move(pv[0]);
1586     return pv.size() > 1;
1587 }
1588
1589 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1590
1591     Hits = 0;
1592     RootInTB = false;
1593     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1594     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1595     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1596
1597     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1598     if (Cardinality > MaxCardinality)
1599     {
1600         Cardinality = MaxCardinality;
1601         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1602     }
1603
1604     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1605         return;
1606
1607     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1608     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1609     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1610
1611     if (RootInTB)
1612         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1613
1614     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1615     {
1616         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1617         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1618
1619         // Only probe during search if winning
1620         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1621             Cardinality = 0;
1622     }
1623
1624     if (RootInTB)
1625     {
1626         Hits = rootMoves.size();
1627
1628         if (!UseRule50)
1629             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1630                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1631                                                 :  VALUE_DRAW;
1632     }
1633 }