]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Introduce asymmetric optimism
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2023 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include "search.h"
20
21 #include <algorithm>
22 #include <array>
23 #include <atomic>
24 #include <cassert>
25 #include <cmath>
26 #include <cstdlib>
27 #include <cstring>
28 #include <initializer_list>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31 #include <string>
32 #include <utility>
33
34 #include "bitboard.h"
35 #include "evaluate.h"
36 #include "misc.h"
37 #include "movegen.h"
38 #include "movepick.h"
39 #include "nnue/evaluate_nnue.h"
40 #include "nnue/nnue_common.h"
41 #include "position.h"
42 #include "syzygy/tbprobe.h"
43 #include "thread.h"
44 #include "timeman.h"
45 #include "tt.h"
46 #include "uci.h"
47
48 namespace Stockfish {
49
50 namespace Search {
51
52 LimitsType Limits;
53 }
54
55 namespace Tablebases {
56
57 int   Cardinality;
58 bool  RootInTB;
59 bool  UseRule50;
60 Depth ProbeDepth;
61 }
62
63 namespace TB = Tablebases;
64
65 using std::string;
66 using Eval::evaluate;
67 using namespace Search;
68
69 namespace {
70
71 // Different node types, used as a template parameter
72 enum NodeType {
73     NonPV,
74     PV,
75     Root
76 };
77
78 // Futility margin
79 Value futility_margin(Depth d, bool noTtCutNode, bool improving) {
80     return Value((125 - 43 * noTtCutNode) * (d - improving));
81 }
82
83 // Reductions lookup table initialized at startup
84 int Reductions[MAX_MOVES];  // [depth or moveNumber]
85
86 Depth reduction(bool i, Depth d, int mn, Value delta, Value rootDelta) {
87     int reductionScale = Reductions[d] * Reductions[mn];
88     return (reductionScale + 1487 - int(delta) * 976 / int(rootDelta)) / 1024
89          + (!i && reductionScale > 808);
90 }
91
92 constexpr int futility_move_count(bool improving, Depth depth) {
93     return improving ? (3 + depth * depth) : (3 + depth * depth) / 2;
94 }
95
96 // History and stats update bonus, based on depth
97 int stat_bonus(Depth d) { return std::min(357 * d - 483, 1511); }
98
99 // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3-fold blindness
100 Value value_draw(const Thread* thisThread) {
101     return VALUE_DRAW - 1 + Value(thisThread->nodes & 0x2);
102 }
103
104 // Skill structure is used to implement strength limit. If we have a UCI_Elo,
105 // we convert it to an appropriate skill level, anchored to the Stash engine.
106 // This method is based on a fit of the Elo results for games played between
107 // Stockfish at various skill levels and various versions of the Stash engine.
108 // Skill 0 .. 19 now covers CCRL Blitz Elo from 1320 to 3190, approximately
109 // Reference: https://github.com/vondele/Stockfish/commit/a08b8d4e9711c2
110 struct Skill {
111     Skill(int skill_level, int uci_elo) {
112         if (uci_elo)
113         {
114             double e = double(uci_elo - 1320) / (3190 - 1320);
115             level = std::clamp((((37.2473 * e - 40.8525) * e + 22.2943) * e - 0.311438), 0.0, 19.0);
116         }
117         else
118             level = double(skill_level);
119     }
120     bool enabled() const { return level < 20.0; }
121     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + int(level); }
122     Move pick_best(size_t multiPV);
123
124     double level;
125     Move   best = MOVE_NONE;
126 };
127
128 template<NodeType nodeType>
129 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
130
131 template<NodeType nodeType>
132 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = 0);
133
134 Value value_to_tt(Value v, int ply);
135 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c);
136 void  update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv);
137 void  update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
138 void  update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus);
139 void  update_all_stats(const Position& pos,
140                        Stack*          ss,
141                        Move            bestMove,
142                        Value           bestValue,
143                        Value           beta,
144                        Square          prevSq,
145                        Move*           quietsSearched,
146                        int             quietCount,
147                        Move*           capturesSearched,
148                        int             captureCount,
149                        Depth           depth);
150
151 // Utility to verify move generation. All the leaf nodes up
152 // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
153 template<bool Root>
154 uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
155
156     StateInfo st;
157     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
158
159     uint64_t   cnt, nodes = 0;
160     const bool leaf = (depth == 2);
161
162     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
163     {
164         if (Root && depth <= 1)
165             cnt = 1, nodes++;
166         else
167         {
168             pos.do_move(m, st);
169             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
170             nodes += cnt;
171             pos.undo_move(m);
172         }
173         if (Root)
174             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
175     }
176     return nodes;
177 }
178
179 }  // namespace
180
181
182 // Called at startup to initialize various lookup tables
183 void Search::init() {
184
185     for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
186         Reductions[i] = int((20.37 + std::log(Threads.size()) / 2) * std::log(i));
187 }
188
189
190 // Resets search state to its initial value
191 void Search::clear() {
192
193     Threads.main()->wait_for_search_finished();
194
195     Time.availableNodes = 0;
196     TT.clear();
197     Threads.clear();
198     Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]);  // Free mapped files
199 }
200
201
202 // Called when the program receives the UCI 'go'
203 // command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
204 void MainThread::search() {
205
206     if (Limits.perft)
207     {
208         nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
209         sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
210         return;
211     }
212
213     Color us = rootPos.side_to_move();
214     Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
215     TT.new_search();
216
217     Eval::NNUE::verify();
218
219     if (rootMoves.empty())
220     {
221         rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
222         sync_cout << "info depth 0 score "
223                   << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW) << sync_endl;
224     }
225     else
226     {
227         Threads.start_searching();  // start non-main threads
228         Thread::search();           // main thread start searching
229     }
230
231     // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
232     // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
233     // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
234     // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
235     // until the GUI sends one of those commands.
236
237     while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
238     {}  // Busy wait for a stop or a ponder reset
239
240     // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
241     // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
242     Threads.stop = true;
243
244     // Wait until all threads have finished
245     Threads.wait_for_search_finished();
246
247     // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
248     // the available ones before exiting.
249     if (Limits.npmsec)
250         Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
251
252     Thread* bestThread = this;
253     Skill   skill =
254       Skill(Options["Skill Level"], Options["UCI_LimitStrength"] ? int(Options["UCI_Elo"]) : 0);
255
256     if (int(Options["MultiPV"]) == 1 && !Limits.depth && !skill.enabled()
257         && rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
258         bestThread = Threads.get_best_thread();
259
260     bestPreviousScore        = bestThread->rootMoves[0].score;
261     bestPreviousAverageScore = bestThread->rootMoves[0].averageScore;
262
263     // Send again PV info if we have a new best thread
264     if (bestThread != this)
265         sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth) << sync_endl;
266
267     sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
268
269     if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1
270         || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
271         std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
272
273     std::cout << sync_endl;
274 }
275
276
277 // Main iterative deepening loop. It calls search()
278 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
279 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
280 void Thread::search() {
281
282     // Allocate stack with extra size to allow access from (ss - 7) to (ss + 2):
283     // (ss - 7) is needed for update_continuation_histories(ss - 1) which accesses (ss - 6),
284     // (ss + 2) is needed for initialization of cutOffCnt and killers.
285     Stack       stack[MAX_PLY + 10], *ss = stack + 7;
286     Move        pv[MAX_PLY + 1];
287     Value       alpha, beta, delta;
288     Move        lastBestMove      = MOVE_NONE;
289     Depth       lastBestMoveDepth = 0;
290     MainThread* mainThread        = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
291     double      timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
292     Color       us      = rootPos.side_to_move();
293     int         iterIdx = 0;
294
295     std::memset(ss - 7, 0, 10 * sizeof(Stack));
296     for (int i = 7; i > 0; --i)
297     {
298         (ss - i)->continuationHistory =
299           &this->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];  // Use as a sentinel
300         (ss - i)->staticEval = VALUE_NONE;
301     }
302
303     for (int i = 0; i <= MAX_PLY + 2; ++i)
304         (ss + i)->ply = i;
305
306     ss->pv = pv;
307
308     bestValue = -VALUE_INFINITE;
309
310     if (mainThread)
311     {
312         if (mainThread->bestPreviousScore == VALUE_INFINITE)
313             for (int i = 0; i < 4; ++i)
314                 mainThread->iterValue[i] = VALUE_ZERO;
315         else
316             for (int i = 0; i < 4; ++i)
317                 mainThread->iterValue[i] = mainThread->bestPreviousScore;
318     }
319
320     size_t multiPV = size_t(Options["MultiPV"]);
321     Skill skill(Options["Skill Level"], Options["UCI_LimitStrength"] ? int(Options["UCI_Elo"]) : 0);
322
323     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
324     // use behind-the-scenes to retrieve a set of possible moves.
325     if (skill.enabled())
326         multiPV = std::max(multiPV, size_t(4));
327
328     multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
329
330     int searchAgainCounter = 0;
331
332     // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
333     while (++rootDepth < MAX_PLY && !Threads.stop
334            && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
335     {
336         // Age out PV variability metric
337         if (mainThread)
338             totBestMoveChanges /= 2;
339
340         // Save the last iteration's scores before the first PV line is searched and
341         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
342         for (RootMove& rm : rootMoves)
343             rm.previousScore = rm.score;
344
345         size_t pvFirst = 0;
346         pvLast         = 0;
347
348         if (!Threads.increaseDepth)
349             searchAgainCounter++;
350
351         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
352         for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
353         {
354             if (pvIdx == pvLast)
355             {
356                 pvFirst = pvLast;
357                 for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
358                     if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
359                         break;
360             }
361
362             // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
363             selDepth = 0;
364
365             // Reset aspiration window starting size
366             Value avg = rootMoves[pvIdx].averageScore;
367             delta     = Value(10) + int(avg) * avg / 15335;
368             alpha     = std::max(avg - delta, -VALUE_INFINITE);
369             beta      = std::min(avg + delta, VALUE_INFINITE);
370
371             // Adjust optimism based on root move's averageScore (~4 Elo)
372             optimism[us]  = 103 * (avg + 33) / (std::abs(avg + 34) + 119);
373             optimism[~us] = -116 * (avg + 40) / (std::abs(avg + 12) + 123);
374
375             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
376             // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
377             // high/low anymore.
378             int failedHighCnt = 0;
379             while (true)
380             {
381                 // Adjust the effective depth searched, but ensure at least one effective increment
382                 // for every four searchAgain steps (see issue #2717).
383                 Depth adjustedDepth =
384                   std::max(1, rootDepth - failedHighCnt - 3 * (searchAgainCounter + 1) / 4);
385                 bestValue = Stockfish::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
386
387                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
388                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
389                 // first and eventually the new best one is set to -VALUE_INFINITE
390                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
391                 // new PV that goes to the front. Note that in the case of MultiPV
392                 // search the already searched PV lines are preserved.
393                 std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
394
395                 // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
396                 // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
397                 // the previous iteration.
398                 if (Threads.stop)
399                     break;
400
401                 // When failing high/low give some update (without cluttering
402                 // the UI) before a re-search.
403                 if (mainThread && multiPV == 1 && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
404                     && Time.elapsed() > 3000)
405                     sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
406
407                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
408                 // re-search, otherwise exit the loop.
409                 if (bestValue <= alpha)
410                 {
411                     beta  = (alpha + beta) / 2;
412                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
413
414                     failedHighCnt = 0;
415                     if (mainThread)
416                         mainThread->stopOnPonderhit = false;
417                 }
418                 else if (bestValue >= beta)
419                 {
420                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
421                     ++failedHighCnt;
422                 }
423                 else
424                     break;
425
426                 delta += delta / 3;
427
428                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
429             }
430
431             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
432             std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
433
434             if (mainThread && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
435                 sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
436         }
437
438         if (!Threads.stop)
439             completedDepth = rootDepth;
440
441         if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove)
442         {
443             lastBestMove      = rootMoves[0].pv[0];
444             lastBestMoveDepth = rootDepth;
445         }
446
447         // Have we found a "mate in x"?
448         if (Limits.mate && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
449             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
450             Threads.stop = true;
451
452         if (!mainThread)
453             continue;
454
455         // If the skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
456         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
457             skill.pick_best(multiPV);
458
459         // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
460         for (Thread* th : Threads)
461         {
462             totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
463             th->bestMoveChanges = 0;
464         }
465
466         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
467         if (Limits.use_time_management() && !Threads.stop && !mainThread->stopOnPonderhit)
468         {
469             double fallingEval = (66 + 14 * (mainThread->bestPreviousAverageScore - bestValue)
470                                   + 6 * (mainThread->iterValue[iterIdx] - bestValue))
471                                / 583.0;
472             fallingEval = std::clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
473
474             // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
475             timeReduction    = lastBestMoveDepth + 8 < completedDepth ? 1.56 : 0.69;
476             double reduction = (1.4 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.03 * timeReduction);
477             double bestMoveInstability = 1 + 1.79 * totBestMoveChanges / Threads.size();
478
479             double totalTime = Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability;
480
481             // Cap used time in case of a single legal move for a better viewer experience
482             if (rootMoves.size() == 1)
483                 totalTime = std::min(500.0, totalTime);
484
485             // Stop the search if we have exceeded the totalTime
486             if (Time.elapsed() > totalTime)
487             {
488                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
489                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
490                 if (mainThread->ponder)
491                     mainThread->stopOnPonderhit = true;
492                 else
493                     Threads.stop = true;
494             }
495             else if (!mainThread->ponder && Time.elapsed() > totalTime * 0.50)
496                 Threads.increaseDepth = false;
497             else
498                 Threads.increaseDepth = true;
499         }
500
501         mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
502         iterIdx                        = (iterIdx + 1) & 3;
503     }
504
505     if (!mainThread)
506         return;
507
508     mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
509
510     // If the skill level is enabled, swap the best PV line with the sub-optimal one
511     if (skill.enabled())
512         std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
513                                            skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
514 }
515
516
517 namespace {
518
519 // Main search function for both PV and non-PV nodes
520 template<NodeType nodeType>
521 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
522
523     constexpr bool PvNode   = nodeType != NonPV;
524     constexpr bool rootNode = nodeType == Root;
525
526     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
527     if (depth <= 0)
528         return qsearch < PvNode ? PV : NonPV > (pos, ss, alpha, beta);
529
530     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
531     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
532     if (!rootNode && alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
533     {
534         alpha = value_draw(pos.this_thread());
535         if (alpha >= beta)
536             return alpha;
537     }
538
539     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
540     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
541     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
542     assert(!(PvNode && cutNode));
543
544     Move      pv[MAX_PLY + 1], capturesSearched[32], quietsSearched[32];
545     StateInfo st;
546     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
547
548     TTEntry* tte;
549     Key      posKey;
550     Move     ttMove, move, excludedMove, bestMove;
551     Depth    extension, newDepth;
552     Value    bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, probCutBeta;
553     bool     givesCheck, improving, priorCapture, singularQuietLMR;
554     bool     capture, moveCountPruning, ttCapture;
555     Piece    movedPiece;
556     int      moveCount, captureCount, quietCount;
557
558     // Step 1. Initialize node
559     Thread* thisThread = pos.this_thread();
560     ss->inCheck        = pos.checkers();
561     priorCapture       = pos.captured_piece();
562     Color us           = pos.side_to_move();
563     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
564     bestValue                                             = -VALUE_INFINITE;
565     maxValue                                              = VALUE_INFINITE;
566
567     // Check for the available remaining time
568     if (thisThread == Threads.main())
569         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
570
571     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
572     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
573         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
574
575     if (!rootNode)
576     {
577         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
578         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply)
579             || ss->ply >= MAX_PLY)
580             return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos)
581                                                         : value_draw(pos.this_thread());
582
583         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
584         // would be at best mate_in(ss->ply + 1), but if alpha is already bigger because
585         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
586         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
587         // signs apply also in the opposite condition of being mated instead of giving
588         // mate. In this case, return a fail-high score.
589         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
590         beta  = std::min(mate_in(ss->ply + 1), beta);
591         if (alpha >= beta)
592             return alpha;
593     }
594     else
595         thisThread->rootDelta = beta - alpha;
596
597     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
598
599     (ss + 1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
600     (ss + 2)->killers[0] = (ss + 2)->killers[1] = MOVE_NONE;
601     (ss + 2)->cutoffCnt                         = 0;
602     ss->doubleExtensions                        = (ss - 1)->doubleExtensions;
603     Square prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
604     ss->statScore = 0;
605
606     // Step 4. Transposition table lookup.
607     excludedMove = ss->excludedMove;
608     posKey       = pos.key();
609     tte          = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
610     ttValue   = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
611     ttMove    = rootNode  ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
612               : ss->ttHit ? tte->move()
613                           : MOVE_NONE;
614     ttCapture = ttMove && pos.capture_stage(ttMove);
615
616     // At this point, if excluded, skip straight to step 6, static eval. However,
617     // to save indentation, we list the condition in all code between here and there.
618     if (!excludedMove)
619         ss->ttPv = PvNode || (ss->ttHit && tte->is_pv());
620
621     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
622     if (!PvNode && !excludedMove && tte->depth() > depth
623         && ttValue != VALUE_NONE  // Possible in case of TT access race or if !ttHit
624         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
625     {
626         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit (~2 Elo)
627         if (ttMove)
628         {
629             if (ttValue >= beta)
630             {
631                 // Bonus for a quiet ttMove that fails high (~2 Elo)
632                 if (!ttCapture)
633                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth));
634
635                 // Extra penalty for early quiet moves of
636                 // the previous ply (~0 Elo on STC, ~2 Elo on LTC).
637                 if (prevSq != SQ_NONE && (ss - 1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
638                     update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
639                                                   -stat_bonus(depth + 1));
640             }
641             // Penalty for a quiet ttMove that fails low (~1 Elo)
642             else if (!ttCapture)
643             {
644                 int penalty = -stat_bonus(depth);
645                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
646                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
647             }
648         }
649
650         // Partial workaround for the graph history interaction problem
651         // For high rule50 counts don't produce transposition table cutoffs.
652         if (pos.rule50_count() < 90)
653             return ttValue;
654     }
655
656     // Step 5. Tablebases probe
657     if (!rootNode && !excludedMove && TB::Cardinality)
658     {
659         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
660
661         if (piecesCount <= TB::Cardinality
662             && (piecesCount < TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth) && pos.rule50_count() == 0
663             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
664         {
665             TB::ProbeState err;
666             TB::WDLScore   wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
667
668             // Force check of time on the next occasion
669             if (thisThread == Threads.main())
670                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
671
672             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
673             {
674                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
675
676                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
677
678                 // use the range VALUE_MATE_IN_MAX_PLY to VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY to score
679                 value = wdl < -drawScore ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + ss->ply + 1
680                       : wdl > drawScore  ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - ss->ply - 1
681                                          : VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
682
683                 Bound b = wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
684                         : wdl > drawScore  ? BOUND_LOWER
685                                            : BOUND_EXACT;
686
687                 if (b == BOUND_EXACT || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
688                 {
689                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, b,
690                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6), MOVE_NONE, VALUE_NONE);
691
692                     return value;
693                 }
694
695                 if (PvNode)
696                 {
697                     if (b == BOUND_LOWER)
698                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
699                     else
700                         maxValue = value;
701                 }
702             }
703         }
704     }
705
706     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
707
708     // Step 6. Static evaluation of the position
709     if (ss->inCheck)
710     {
711         // Skip early pruning when in check
712         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
713         improving             = false;
714         goto moves_loop;
715     }
716     else if (excludedMove)
717     {
718         // Providing the hint that this node's accumulator will be used often
719         // brings significant Elo gain (~13 Elo).
720         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
721         eval = ss->staticEval;
722     }
723     else if (ss->ttHit)
724     {
725         // Never assume anything about values stored in TT
726         ss->staticEval = eval = tte->eval();
727         if (eval == VALUE_NONE)
728             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
729         else if (PvNode)
730             Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
731
732         // ttValue can be used as a better position evaluation (~7 Elo)
733         if (ttValue != VALUE_NONE && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
734             eval = ttValue;
735     }
736     else
737     {
738         ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
739         // Save static evaluation into the transposition table
740         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ss->ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
741     }
742
743     // Use static evaluation difference to improve quiet move ordering (~4 Elo)
744     if (is_ok((ss - 1)->currentMove) && !(ss - 1)->inCheck && !priorCapture)
745     {
746         int bonus = std::clamp(-18 * int((ss - 1)->staticEval + ss->staticEval), -1812, 1812);
747         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)] << bonus;
748     }
749
750     // Set up the improving flag, which is true if current static evaluation is
751     // bigger than the previous static evaluation at our turn (if we were in
752     // check at our previous move we look at static evaluation at move prior to it
753     // and if we were in check at move prior to it flag is set to true) and is
754     // false otherwise. The improving flag is used in various pruning heuristics.
755     improving = (ss - 2)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 2)->staticEval
756               : (ss - 4)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 4)->staticEval
757                                                    : true;
758
759     // Step 7. Razoring (~1 Elo)
760     // If eval is really low check with qsearch if it can exceed alpha, if it can't,
761     // return a fail low.
762     // Adjust razor margin according to cutoffCnt. (~1 Elo)
763     if (eval < alpha - 474 - (270 - 174 * ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)) * depth * depth)
764     {
765         value = qsearch<NonPV>(pos, ss, alpha - 1, alpha);
766         if (value < alpha)
767         {
768             if (!priorCapture && prevSq != SQ_NONE)
769             {
770                 int bonus = (depth > 6) + (PvNode || cutNode) + (value < alpha - 658)
771                           + ((ss - 1)->moveCount > 11);
772                 update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
773                                               stat_bonus(depth) * bonus);
774                 thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)]
775                   << stat_bonus(depth) * bonus * 57 / 100;
776             }
777             return value;
778         }
779     }
780
781     // Step 8. Futility pruning: child node (~40 Elo)
782     // The depth condition is important for mate finding.
783     if (!ss->ttPv && depth < 9
784         && eval - futility_margin(depth, cutNode && !ss->ttHit, improving)
785                - (ss - 1)->statScore / 321
786              >= beta
787         && eval >= beta && eval < 29462  // smaller than TB wins
788         && (!ttMove || ttCapture))
789         return eval;
790
791     // Step 9. Null move search with verification search (~35 Elo)
792     if (!PvNode && (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL && (ss - 1)->statScore < 17257 && eval >= beta
793         && eval >= ss->staticEval && ss->staticEval >= beta - 24 * depth + 281 && !excludedMove
794         && pos.non_pawn_material(us) && ss->ply >= thisThread->nmpMinPly
795         && beta > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
796     {
797         assert(eval - beta >= 0);
798
799         // Null move dynamic reduction based on depth and eval
800         Depth R = std::min(int(eval - beta) / 152, 6) + depth / 3 + 4;
801
802         ss->currentMove         = MOVE_NULL;
803         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
804
805         pos.do_null_move(st);
806
807         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -beta, -beta + 1, depth - R, !cutNode);
808
809         pos.undo_null_move();
810
811         // Do not return unproven mate or TB scores
812         if (nullValue >= beta && nullValue < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
813         {
814             if (thisThread->nmpMinPly || depth < 14)
815                 return nullValue;
816
817             assert(!thisThread->nmpMinPly);  // Recursive verification is not allowed
818
819             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
820             // until ply exceeds nmpMinPly.
821             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth - R) / 4;
822
823             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta - 1, beta, depth - R, false);
824
825             thisThread->nmpMinPly = 0;
826
827             if (v >= beta)
828                 return nullValue;
829         }
830     }
831
832     // Step 10. Internal iterative reductions (~9 Elo)
833     // For PV nodes without a ttMove, we decrease depth by 2,
834     // or by 4 if the current position is present in the TT and
835     // the stored depth is greater than or equal to the current depth.
836     // Use qsearch if depth <= 0.
837     if (PvNode && !ttMove)
838         depth -= 2 + 2 * (ss->ttHit && tte->depth() >= depth);
839
840     if (depth <= 0)
841         return qsearch<PV>(pos, ss, alpha, beta);
842
843     // For cutNodes without a ttMove, we decrease depth by 2
844     // if current depth >= 8.
845     if (cutNode && depth >= 8 && !ttMove)
846         depth -= 2;
847
848     probCutBeta = beta + 168 - 70 * improving;
849
850     // Step 11. ProbCut (~10 Elo)
851     // If we have a good enough capture (or queen promotion) and a reduced search returns a value
852     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
853     if (
854       !PvNode && depth > 3
855       && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY
856       // If value from transposition table is lower than probCutBeta, don't attempt probCut
857       // there and in further interactions with transposition table cutoff depth is set to depth - 3
858       // because probCut search has depth set to depth - 4 but we also do a move before it
859       // So effective depth is equal to depth - 3
860       && !(tte->depth() >= depth - 3 && ttValue != VALUE_NONE && ttValue < probCutBeta))
861     {
862         assert(probCutBeta < VALUE_INFINITE);
863
864         MovePicker mp(pos, ttMove, probCutBeta - ss->staticEval, &captureHistory,
865                       thisThread->pawnHistory);
866
867         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
868             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
869             {
870                 assert(pos.capture_stage(move));
871
872                 ss->currentMove = move;
873                 ss->continuationHistory =
874                   &thisThread
875                      ->continuationHistory[ss->inCheck][true][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
876
877                 pos.do_move(move, st);
878
879                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
880                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1);
881
882                 // If the qsearch held, perform the regular search
883                 if (value >= probCutBeta)
884                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1, depth - 4,
885                                            !cutNode);
886
887                 pos.undo_move(move);
888
889                 if (value >= probCutBeta)
890                 {
891                     // Save ProbCut data into transposition table
892                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, BOUND_LOWER, depth - 3,
893                               move, ss->staticEval);
894                     return value - (probCutBeta - beta);
895                 }
896             }
897
898         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
899     }
900
901 moves_loop:  // When in check, search starts here
902
903     // Step 12. A small Probcut idea, when we are in check (~4 Elo)
904     probCutBeta = beta + 416;
905     if (ss->inCheck && !PvNode && ttCapture && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
906         && tte->depth() >= depth - 4 && ttValue >= probCutBeta
907         && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
908         return probCutBeta;
909
910     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
911                                         (ss - 2)->continuationHistory,
912                                         (ss - 3)->continuationHistory,
913                                         (ss - 4)->continuationHistory,
914                                         nullptr,
915                                         (ss - 6)->continuationHistory};
916
917     Move countermove =
918       prevSq != SQ_NONE ? thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] : MOVE_NONE;
919
920     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &captureHistory, contHist,
921                   thisThread->pawnHistory, countermove, ss->killers);
922
923     value            = bestValue;
924     moveCountPruning = singularQuietLMR = false;
925
926     // Indicate PvNodes that will probably fail low if the node was searched
927     // at a depth equal to or greater than the current depth, and the result
928     // of this search was a fail low.
929     bool likelyFailLow = PvNode && ttMove && (tte->bound() & BOUND_UPPER) && tte->depth() >= depth;
930
931     // Step 13. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
932     // or a beta cutoff occurs.
933     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
934     {
935         assert(is_ok(move));
936
937         if (move == excludedMove)
938             continue;
939
940         // Check for legality
941         if (!pos.legal(move))
942             continue;
943
944         // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
945         // Move List. In MultiPV mode we also skip PV moves that have been already
946         // searched and those of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
947         if (rootNode
948             && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
949                            thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
950             continue;
951
952         ss->moveCount = ++moveCount;
953
954         if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
955             sync_cout << "info depth " << depth << " currmove "
956                       << UCI::move(move, pos.is_chess960()) << " currmovenumber "
957                       << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
958         if (PvNode)
959             (ss + 1)->pv = nullptr;
960
961         extension  = 0;
962         capture    = pos.capture_stage(move);
963         movedPiece = pos.moved_piece(move);
964         givesCheck = pos.gives_check(move);
965
966         // Calculate new depth for this move
967         newDepth = depth - 1;
968
969         Value delta = beta - alpha;
970
971         Depth r = reduction(improving, depth, moveCount, delta, thisThread->rootDelta);
972
973         // Step 14. Pruning at shallow depth (~120 Elo).
974         // Depth conditions are important for mate finding.
975         if (!rootNode && pos.non_pawn_material(us) && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
976         {
977             // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold (~8 Elo)
978             if (!moveCountPruning)
979                 moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
980
981             // Reduced depth of the next LMR search
982             int lmrDepth = newDepth - r;
983
984             if (capture || givesCheck)
985             {
986                 // Futility pruning for captures (~2 Elo)
987                 if (!givesCheck && lmrDepth < 7 && !ss->inCheck)
988                 {
989                     Piece capturedPiece = pos.piece_on(to_sq(move));
990                     int   futilityEval =
991                       ss->staticEval + 239 + 291 * lmrDepth + PieceValue[capturedPiece]
992                       + captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(capturedPiece)] / 7;
993                     if (futilityEval < alpha)
994                         continue;
995                 }
996
997                 // SEE based pruning for captures and checks (~11 Elo)
998                 if (!pos.see_ge(move, Value(-185) * depth))
999                     continue;
1000             }
1001             else
1002             {
1003                 int history = (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1004                             + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1005                             + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1006                             + thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][movedPiece][to_sq(move)];
1007
1008                 // Continuation history based pruning (~2 Elo)
1009                 if (lmrDepth < 6 && history < -3645 * depth)
1010                     continue;
1011
1012                 history += 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)];
1013
1014                 lmrDepth += history / 7836;
1015                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, -1);
1016
1017                 // Futility pruning: parent node (~13 Elo)
1018                 if (!ss->inCheck && lmrDepth < 13 && ss->staticEval + 77 + 124 * lmrDepth <= alpha)
1019                     continue;
1020
1021                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, 0);
1022
1023                 // Prune moves with negative SEE (~4 Elo)
1024                 if (!pos.see_ge(move, Value(-26 * lmrDepth * lmrDepth)))
1025                     continue;
1026             }
1027         }
1028
1029         // Step 15. Extensions (~100 Elo)
1030         // We take care to not overdo to avoid search getting stuck.
1031         if (ss->ply < thisThread->rootDepth * 2)
1032         {
1033             // Singular extension search (~94 Elo). If all moves but one fail low on a
1034             // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1035             // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1036             // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the result
1037             // is lower than ttValue minus a margin, then we will extend the ttMove. Note
1038             // that depth margin and singularBeta margin are known for having non-linear
1039             // scaling. Their values are optimized to time controls of 180+1.8 and longer
1040             // so changing them requires tests at this type of time controls.
1041             // Recursive singular search is avoided.
1042             if (!rootNode && move == ttMove && !excludedMove
1043                 && depth >= 4 - (thisThread->completedDepth > 24) + 2 * (PvNode && tte->is_pv())
1044                 && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1045                 && tte->depth() >= depth - 3)
1046             {
1047                 Value singularBeta  = ttValue - (64 + 57 * (ss->ttPv && !PvNode)) * depth / 64;
1048                 Depth singularDepth = (depth - 1) / 2;
1049
1050                 ss->excludedMove = move;
1051                 value =
1052                   search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, singularDepth, cutNode);
1053                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1054
1055                 if (value < singularBeta)
1056                 {
1057                     extension        = 1;
1058                     singularQuietLMR = !ttCapture;
1059
1060                     // Avoid search explosion by limiting the number of double extensions
1061                     if (!PvNode && value < singularBeta - 18 && ss->doubleExtensions <= 11)
1062                     {
1063                         extension = 2;
1064                         depth += depth < 15;
1065                     }
1066                 }
1067
1068                 // Multi-cut pruning
1069                 // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a
1070                 // reduced search without the ttMove. So we assume this expected cut-node
1071                 // is not singular, that multiple moves fail high, and we can prune the
1072                 // whole subtree by returning a softbound.
1073                 else if (singularBeta >= beta)
1074                     return singularBeta;
1075
1076                 // If the eval of ttMove is greater than beta, reduce it (negative extension) (~7 Elo)
1077                 else if (ttValue >= beta)
1078                     extension = -2 - !PvNode;
1079
1080                 // If we are on a cutNode, reduce it based on depth (negative extension) (~1 Elo)
1081                 else if (cutNode)
1082                     extension = depth < 19 ? -2 : -1;
1083
1084                 // If the eval of ttMove is less than value, reduce it (negative extension) (~1 Elo)
1085                 else if (ttValue <= value)
1086                     extension = -1;
1087             }
1088
1089             // Check extensions (~1 Elo)
1090             else if (givesCheck && depth > 9)
1091                 extension = 1;
1092
1093             // Quiet ttMove extensions (~1 Elo)
1094             else if (PvNode && move == ttMove && move == ss->killers[0]
1095                      && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 4194)
1096                 extension = 1;
1097         }
1098
1099         // Add extension to new depth
1100         newDepth += extension;
1101         ss->doubleExtensions = (ss - 1)->doubleExtensions + (extension == 2);
1102
1103         // Speculative prefetch as early as possible
1104         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1105
1106         // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1107         ss->currentMove = move;
1108         ss->continuationHistory =
1109           &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck][capture][movedPiece][to_sq(move)];
1110
1111         // Step 16. Make the move
1112         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1113
1114         // Decrease reduction if position is or has been on the PV (~4 Elo)
1115         if (ss->ttPv && !likelyFailLow)
1116             r -= cutNode && tte->depth() >= depth ? 3 : 2;
1117
1118         // Decrease reduction if opponent's move count is high (~1 Elo)
1119         if ((ss - 1)->moveCount > 7)
1120             r--;
1121
1122         // Increase reduction for cut nodes (~3 Elo)
1123         if (cutNode)
1124             r += 2;
1125
1126         // Increase reduction if ttMove is a capture (~3 Elo)
1127         if (ttCapture)
1128             r++;
1129
1130         // Decrease reduction for PvNodes (~2 Elo)
1131         if (PvNode)
1132             r--;
1133
1134         // Decrease reduction if a quiet ttMove has been singularly extended (~1 Elo)
1135         if (singularQuietLMR)
1136             r--;
1137
1138         // Increase reduction on repetition (~1 Elo)
1139         if (move == (ss - 4)->currentMove && pos.has_repeated())
1140             r += 2;
1141
1142         // Increase reduction if next ply has a lot of fail high (~5 Elo)
1143         if ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)
1144             r++;
1145
1146         // Decrease reduction for first generated move (ttMove)
1147         else if (move == ttMove)
1148             r--;
1149
1150         ss->statScore = 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1151                       + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1152                       + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1153                       + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)] - 3848;
1154
1155         // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~25 Elo)
1156         r -= ss->statScore / (10216 + 3855 * (depth > 5 && depth < 23));
1157
1158         // Step 17. Late moves reduction / extension (LMR, ~117 Elo)
1159         // We use various heuristics for the sons of a node after the first son has
1160         // been searched. In general, we would like to reduce them, but there are many
1161         // cases where we extend a son if it has good chances to be "interesting".
1162         if (depth >= 2 && moveCount > 1 + (PvNode && ss->ply <= 1)
1163             && (!ss->ttPv || !capture || (cutNode && (ss - 1)->moveCount > 1)))
1164         {
1165             // In general we want to cap the LMR depth search at newDepth, but when
1166             // reduction is negative, we allow this move a limited search extension
1167             // beyond the first move depth. This may lead to hidden double extensions.
1168             Depth d = std::clamp(newDepth - r, 1, newDepth + 1);
1169
1170             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, d, true);
1171
1172             // Do a full-depth search when reduced LMR search fails high
1173             if (value > alpha && d < newDepth)
1174             {
1175                 // Adjust full-depth search based on LMR results - if the result
1176                 // was good enough search deeper, if it was bad enough search shallower.
1177                 const bool doDeeperSearch     = value > (bestValue + 51 + 10 * (newDepth - d));
1178                 const bool doEvenDeeperSearch = value > alpha + 700 && ss->doubleExtensions <= 6;
1179                 const bool doShallowerSearch  = value < bestValue + newDepth;
1180
1181                 ss->doubleExtensions = ss->doubleExtensions + doEvenDeeperSearch;
1182
1183                 newDepth += doDeeperSearch - doShallowerSearch + doEvenDeeperSearch;
1184
1185                 if (newDepth > d)
1186                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1187
1188                 int bonus = value <= alpha ? -stat_bonus(newDepth)
1189                           : value >= beta  ? stat_bonus(newDepth)
1190                                            : 0;
1191
1192                 update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1193             }
1194         }
1195
1196         // Step 18. Full-depth search when LMR is skipped
1197         else if (!PvNode || moveCount > 1)
1198         {
1199             // Increase reduction for cut nodes without ttMove (~1 Elo)
1200             if (!ttMove && cutNode)
1201                 r += 2;
1202
1203             // Note that if expected reduction is high, we reduce search depth by 1 here
1204             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth - (r > 3), !cutNode);
1205         }
1206
1207         // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail high,
1208         // otherwise let the parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1209         if (PvNode && (moveCount == 1 || value > alpha))
1210         {
1211             (ss + 1)->pv    = pv;
1212             (ss + 1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1213
1214             value = -search<PV>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1215         }
1216
1217         // Step 19. Undo move
1218         pos.undo_move(move);
1219
1220         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1221
1222         // Step 20. Check for a new best move
1223         // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1224         // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1225         // updating best move, PV and TT.
1226         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1227             return VALUE_ZERO;
1228
1229         if (rootNode)
1230         {
1231             RootMove& rm =
1232               *std::find(thisThread->rootMoves.begin(), thisThread->rootMoves.end(), move);
1233
1234             rm.averageScore =
1235               rm.averageScore != -VALUE_INFINITE ? (2 * value + rm.averageScore) / 3 : value;
1236
1237             // PV move or new best move?
1238             if (moveCount == 1 || value > alpha)
1239             {
1240                 rm.score = rm.uciScore = value;
1241                 rm.selDepth            = thisThread->selDepth;
1242                 rm.scoreLowerbound = rm.scoreUpperbound = false;
1243
1244                 if (value >= beta)
1245                 {
1246                     rm.scoreLowerbound = true;
1247                     rm.uciScore        = beta;
1248                 }
1249                 else if (value <= alpha)
1250                 {
1251                     rm.scoreUpperbound = true;
1252                     rm.uciScore        = alpha;
1253                 }
1254
1255                 rm.pv.resize(1);
1256
1257                 assert((ss + 1)->pv);
1258
1259                 for (Move* m = (ss + 1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1260                     rm.pv.push_back(*m);
1261
1262                 // We record how often the best move has been changed in each iteration.
1263                 // This information is used for time management. In MultiPV mode,
1264                 // we must take care to only do this for the first PV line.
1265                 if (moveCount > 1 && !thisThread->pvIdx)
1266                     ++thisThread->bestMoveChanges;
1267             }
1268             else
1269                 // All other moves but the PV, are set to the lowest value: this
1270                 // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1271                 // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1272                 rm.score = -VALUE_INFINITE;
1273         }
1274
1275         if (value > bestValue)
1276         {
1277             bestValue = value;
1278
1279             if (value > alpha)
1280             {
1281                 bestMove = move;
1282
1283                 if (PvNode && !rootNode)  // Update pv even in fail-high case
1284                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1285
1286                 if (value >= beta)
1287                 {
1288                     ss->cutoffCnt += 1 + !ttMove;
1289                     assert(value >= beta);  // Fail high
1290                     break;
1291                 }
1292                 else
1293                 {
1294                     // Reduce other moves if we have found at least one score improvement (~2 Elo)
1295                     if (depth > 2 && depth < 12 && beta < 13828 && value > -11369)
1296                         depth -= 2;
1297
1298                     assert(depth > 0);
1299                     alpha = value;  // Update alpha! Always alpha < beta
1300                 }
1301             }
1302         }
1303
1304         // If the move is worse than some previously searched move,
1305         // remember it, to update its stats later.
1306         if (move != bestMove && moveCount <= 32)
1307         {
1308             if (capture)
1309                 capturesSearched[captureCount++] = move;
1310
1311             else
1312                 quietsSearched[quietCount++] = move;
1313         }
1314     }
1315
1316     // Step 21. Check for mate and stalemate
1317     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1318     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1319     // return a fail low score.
1320
1321     assert(moveCount || !ss->inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1322
1323     if (!moveCount)
1324         bestValue = excludedMove ? alpha : ss->inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1325
1326     // If there is a move that produces search value greater than alpha we update the stats of searched moves
1327     else if (bestMove)
1328         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq, quietsSearched, quietCount,
1329                          capturesSearched, captureCount, depth);
1330
1331     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1332     else if (!priorCapture && prevSq != SQ_NONE)
1333     {
1334         int bonus = (depth > 6) + (PvNode || cutNode) + (bestValue < alpha - 657)
1335                   + ((ss - 1)->moveCount > 10);
1336         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
1337                                       stat_bonus(depth) * bonus);
1338         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)]
1339           << stat_bonus(depth) * bonus * 61 / 100;
1340     }
1341
1342     if (PvNode)
1343         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1344
1345     // If no good move is found and the previous position was ttPv, then the previous
1346     // opponent move is probably good and the new position is added to the search tree. (~7 Elo)
1347     if (bestValue <= alpha)
1348         ss->ttPv = ss->ttPv || ((ss - 1)->ttPv && depth > 3);
1349
1350     // Write gathered information in transposition table
1351     if (!excludedMove && !(rootNode && thisThread->pvIdx))
1352         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ss->ttPv,
1353                   bestValue >= beta    ? BOUND_LOWER
1354                   : PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT
1355                                        : BOUND_UPPER,
1356                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1357
1358     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1359
1360     return bestValue;
1361 }
1362
1363
1364 // Quiescence search function, which is called by the main search
1365 // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1366 // (~155 Elo)
1367 template<NodeType nodeType>
1368 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1369
1370     static_assert(nodeType != Root);
1371     constexpr bool PvNode = nodeType == PV;
1372
1373     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1374     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1375     assert(depth <= 0);
1376
1377     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
1378     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
1379     if (alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
1380     {
1381         alpha = value_draw(pos.this_thread());
1382         if (alpha >= beta)
1383             return alpha;
1384     }
1385
1386     Move      pv[MAX_PLY + 1];
1387     StateInfo st;
1388     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1389
1390     TTEntry* tte;
1391     Key      posKey;
1392     Move     ttMove, move, bestMove;
1393     Depth    ttDepth;
1394     Value    bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase;
1395     bool     pvHit, givesCheck, capture;
1396     int      moveCount;
1397     Color    us = pos.side_to_move();
1398
1399     // Step 1. Initialize node
1400     if (PvNode)
1401     {
1402         (ss + 1)->pv = pv;
1403         ss->pv[0]    = MOVE_NONE;
1404     }
1405
1406     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1407     bestMove           = MOVE_NONE;
1408     ss->inCheck        = pos.checkers();
1409     moveCount          = 0;
1410
1411     // Step 2. Check for an immediate draw or maximum ply reached
1412     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1413         return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1414
1415     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1416
1417     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1418     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1419     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1420     ttDepth = ss->inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1421
1422     // Step 3. Transposition table lookup
1423     posKey  = pos.key();
1424     tte     = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
1425     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1426     ttMove  = ss->ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1427     pvHit   = ss->ttHit && tte->is_pv();
1428
1429     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
1430     if (!PvNode && tte->depth() >= ttDepth
1431         && ttValue != VALUE_NONE  // Only in case of TT access race or if !ttHit
1432         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1433         return ttValue;
1434
1435     // Step 4. Static evaluation of the position
1436     if (ss->inCheck)
1437         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1438     else
1439     {
1440         if (ss->ttHit)
1441         {
1442             // Never assume anything about values stored in TT
1443             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1444                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1445
1446             // ttValue can be used as a better position evaluation (~13 Elo)
1447             if (ttValue != VALUE_NONE
1448                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1449                 bestValue = ttValue;
1450         }
1451         else
1452             // In case of null move search use previous static eval with a different sign
1453             ss->staticEval = bestValue =
1454               (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss - 1)->staticEval;
1455
1456         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1457         if (bestValue >= beta)
1458         {
1459             if (!ss->ttHit)
1460                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), false, BOUND_LOWER, DEPTH_NONE,
1461                           MOVE_NONE, ss->staticEval);
1462
1463             return bestValue;
1464         }
1465
1466         if (bestValue > alpha)
1467             alpha = bestValue;
1468
1469         futilityBase = ss->staticEval + 200;
1470     }
1471
1472     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
1473                                         (ss - 2)->continuationHistory};
1474
1475     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1476     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1477     // queen promotions, and other checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS)
1478     // will be generated.
1479     Square     prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
1480     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory,
1481                   contHist, thisThread->pawnHistory, prevSq);
1482
1483     int quietCheckEvasions = 0;
1484
1485     // Step 5. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
1486     // or a beta cutoff occurs.
1487     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1488     {
1489         assert(is_ok(move));
1490
1491         // Check for legality
1492         if (!pos.legal(move))
1493             continue;
1494
1495         givesCheck = pos.gives_check(move);
1496         capture    = pos.capture_stage(move);
1497
1498         moveCount++;
1499
1500         // Step 6. Pruning
1501         if (bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY && pos.non_pawn_material(us))
1502         {
1503             // Futility pruning and moveCount pruning (~10 Elo)
1504             if (!givesCheck && to_sq(move) != prevSq && futilityBase > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1505                 && type_of(move) != PROMOTION)
1506             {
1507                 if (moveCount > 2)
1508                     continue;
1509
1510                 futilityValue = futilityBase + PieceValue[pos.piece_on(to_sq(move))];
1511
1512                 // If static eval + value of piece we are going to capture is much lower
1513                 // than alpha we can prune this move.
1514                 if (futilityValue <= alpha)
1515                 {
1516                     bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1517                     continue;
1518                 }
1519
1520                 // If static eval is much lower than alpha and move is not winning material
1521                 // we can prune this move.
1522                 if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1523                 {
1524                     bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1525                     continue;
1526                 }
1527
1528                 // If static exchange evaluation is much worse than what is needed to not
1529                 // fall below alpha we can prune this move.
1530                 if (futilityBase > alpha && !pos.see_ge(move, (alpha - futilityBase) * 4))
1531                 {
1532                     bestValue = alpha;
1533                     continue;
1534                 }
1535             }
1536
1537             // We prune after the second quiet check evasion move, where being 'in check' is
1538             // implicitly checked through the counter, and being a 'quiet move' apart from
1539             // being a tt move is assumed after an increment because captures are pushed ahead.
1540             if (quietCheckEvasions > 1)
1541                 break;
1542
1543             // Continuation history based pruning (~3 Elo)
1544             if (!capture && (*contHist[0])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0
1545                 && (*contHist[1])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0)
1546                 continue;
1547
1548             // Do not search moves with bad enough SEE values (~5 Elo)
1549             if (!pos.see_ge(move, Value(-90)))
1550                 continue;
1551         }
1552
1553         // Speculative prefetch as early as possible
1554         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1555
1556         // Update the current move
1557         ss->currentMove = move;
1558         ss->continuationHistory =
1559           &thisThread
1560              ->continuationHistory[ss->inCheck][capture][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1561
1562         quietCheckEvasions += !capture && ss->inCheck;
1563
1564         // Step 7. Make and search the move
1565         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1566         value = -qsearch<nodeType>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, depth - 1);
1567         pos.undo_move(move);
1568
1569         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1570
1571         // Step 8. Check for a new best move
1572         if (value > bestValue)
1573         {
1574             bestValue = value;
1575
1576             if (value > alpha)
1577             {
1578                 bestMove = move;
1579
1580                 if (PvNode)  // Update pv even in fail-high case
1581                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1582
1583                 if (value < beta)  // Update alpha here!
1584                     alpha = value;
1585                 else
1586                     break;  // Fail high
1587             }
1588         }
1589     }
1590
1591     // Step 9. Check for mate
1592     // All legal moves have been searched. A special case: if we're in check
1593     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1594     if (ss->inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1595     {
1596         assert(!MoveList<LEGAL>(pos).size());
1597
1598         return mated_in(ss->ply);  // Plies to mate from the root
1599     }
1600
1601     // Save gathered info in transposition table
1602     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1603               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER, ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1604
1605     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1606
1607     return bestValue;
1608 }
1609
1610
1611 // Adjusts a mate or TB score from "plies to mate from the root"
1612 // to "plies to mate from the current position". Standard scores are unchanged.
1613 // The function is called before storing a value in the transposition table.
1614 Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1615
1616     assert(v != VALUE_NONE);
1617
1618     return v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY ? v + ply : v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1619 }
1620
1621
1622 // Inverse of value_to_tt(): it adjusts a mate or TB score
1623 // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated from
1624 // current position) to "plies to mate/be mated (TB win/loss) from the root".
1625 // However, to avoid potentially false mate scores related to the 50 moves rule
1626 // and the graph history interaction problem, we return an optimal TB score instead.
1627 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1628
1629     if (v == VALUE_NONE)
1630         return VALUE_NONE;
1631
1632     if (v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)  // TB win or better
1633     {
1634         if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE - v > 99 - r50c)
1635             return VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1;  // do not return a potentially false mate score
1636
1637         return v - ply;
1638     }
1639
1640     if (v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)  // TB loss or worse
1641     {
1642         if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE + v > 99 - r50c)
1643             return VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + 1;  // do not return a potentially false mate score
1644
1645         return v + ply;
1646     }
1647
1648     return v;
1649 }
1650
1651
1652 // Adds current move and appends child pv[]
1653 void update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv) {
1654
1655     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE;)
1656         *pv++ = *childPv++;
1657     *pv = MOVE_NONE;
1658 }
1659
1660
1661 // Updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1662 void update_all_stats(const Position& pos,
1663                       Stack*          ss,
1664                       Move            bestMove,
1665                       Value           bestValue,
1666                       Value           beta,
1667                       Square          prevSq,
1668                       Move*           quietsSearched,
1669                       int             quietCount,
1670                       Move*           capturesSearched,
1671                       int             captureCount,
1672                       Depth           depth) {
1673
1674     Color                  us             = pos.side_to_move();
1675     Thread*                thisThread     = pos.this_thread();
1676     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1677     Piece                  moved_piece    = pos.moved_piece(bestMove);
1678     PieceType              captured;
1679
1680     int quietMoveBonus = stat_bonus(depth + 1);
1681
1682     if (!pos.capture_stage(bestMove))
1683     {
1684         int bestMoveBonus = bestValue > beta + 168 ? quietMoveBonus      // larger bonus
1685                                                    : stat_bonus(depth);  // smaller bonus
1686
1687         // Increase stats for the best move in case it was a quiet move
1688         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bestMoveBonus);
1689         thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][moved_piece][to_sq(bestMove)]
1690           << quietMoveBonus;
1691
1692         // Decrease stats for all non-best quiet moves
1693         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1694         {
1695             thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][pos.moved_piece(quietsSearched[i])]
1696                                    [to_sq(quietsSearched[i])]
1697               << -bestMoveBonus;
1698             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -bestMoveBonus;
1699             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]),
1700                                           to_sq(quietsSearched[i]), -bestMoveBonus);
1701         }
1702     }
1703     else
1704     {
1705         // Increase stats for the best move in case it was a capture move
1706         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1707         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << quietMoveBonus;
1708     }
1709
1710     // Extra penalty for a quiet early move that was not a TT move or
1711     // main killer move in previous ply when it gets refuted.
1712     if (prevSq != SQ_NONE
1713         && ((ss - 1)->moveCount == 1 + (ss - 1)->ttHit
1714             || ((ss - 1)->currentMove == (ss - 1)->killers[0]))
1715         && !pos.captured_piece())
1716         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -quietMoveBonus);
1717
1718     // Decrease stats for all non-best capture moves
1719     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1720     {
1721         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1722         captured    = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1723         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -quietMoveBonus;
1724     }
1725 }
1726
1727
1728 // Updates histories of the move pairs formed
1729 // by moves at ply -1, -2, -3, -4, and -6 with current move.
1730 void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1731
1732     for (int i : {1, 2, 3, 4, 6})
1733     {
1734         // Only update the first 2 continuation histories if we are in check
1735         if (ss->inCheck && i > 2)
1736             break;
1737         if (is_ok((ss - i)->currentMove))
1738             (*(ss - i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus / (1 + 3 * (i == 3));
1739     }
1740 }
1741
1742
1743 // Updates move sorting heuristics
1744 void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus) {
1745
1746     // Update killers
1747     if (ss->killers[0] != move)
1748     {
1749         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1750         ss->killers[0] = move;
1751     }
1752
1753     Color   us         = pos.side_to_move();
1754     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1755     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1756     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1757
1758     // Update countermove history
1759     if (is_ok((ss - 1)->currentMove))
1760     {
1761         Square prevSq                                          = to_sq((ss - 1)->currentMove);
1762         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1763     }
1764 }
1765
1766 // When playing with strength handicap, choose the best move among a set of RootMoves
1767 // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1768 Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1769
1770     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1771     static PRNG      rng(now());  // PRNG sequence should be non-deterministic
1772
1773     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1774     Value  topScore = rootMoves[0].score;
1775     int    delta    = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValue);
1776     int    maxScore = -VALUE_INFINITE;
1777     double weakness = 120 - 2 * level;
1778
1779     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1780     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1781     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1782     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1783     {
1784         // This is our magic formula
1785         int push = int((weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1786                         + delta * (rng.rand<unsigned>() % int(weakness)))
1787                        / 128);
1788
1789         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1790         {
1791             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1792             best     = rootMoves[i].pv[0];
1793         }
1794     }
1795
1796     return best;
1797 }
1798
1799 }  // namespace
1800
1801
1802 // Used to print debug info and, more importantly,
1803 // to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1804 void MainThread::check_time() {
1805
1806     if (--callsCnt > 0)
1807         return;
1808
1809     // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1810     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(512, int(Limits.nodes / 1024)) : 512;
1811
1812     static TimePoint lastInfoTime = now();
1813
1814     TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1815     TimePoint tick    = Limits.startTime + elapsed;
1816
1817     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1818     {
1819         lastInfoTime = tick;
1820         dbg_print();
1821     }
1822
1823     // We should not stop pondering until told so by the GUI
1824     if (ponder)
1825         return;
1826
1827     if ((Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() || stopOnPonderhit))
1828         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1829         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= uint64_t(Limits.nodes)))
1830         Threads.stop = true;
1831 }
1832
1833
1834 // Formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1835 // that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1836 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth) {
1837
1838     std::stringstream ss;
1839     TimePoint         elapsed       = Time.elapsed() + 1;
1840     const RootMoves&  rootMoves     = pos.this_thread()->rootMoves;
1841     size_t            pvIdx         = pos.this_thread()->pvIdx;
1842     size_t            multiPV       = std::min(size_t(Options["MultiPV"]), rootMoves.size());
1843     uint64_t          nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1844     uint64_t          tbHits        = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1845
1846     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1847     {
1848         bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1849
1850         if (depth == 1 && !updated && i > 0)
1851             continue;
1852
1853         Depth d = updated ? depth : std::max(1, depth - 1);
1854         Value v = updated ? rootMoves[i].uciScore : rootMoves[i].previousScore;
1855
1856         if (v == -VALUE_INFINITE)
1857             v = VALUE_ZERO;
1858
1859         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY;
1860         v       = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1861
1862         if (ss.rdbuf()->in_avail())  // Not at first line
1863             ss << "\n";
1864
1865         ss << "info"
1866            << " depth " << d << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth << " multipv " << i + 1
1867            << " score " << UCI::value(v);
1868
1869         if (Options["UCI_ShowWDL"])
1870             ss << UCI::wdl(v, pos.game_ply());
1871
1872         if (i == pvIdx && !tb && updated)  // tablebase- and previous-scores are exact
1873             ss << (rootMoves[i].scoreLowerbound
1874                      ? " lowerbound"
1875                      : (rootMoves[i].scoreUpperbound ? " upperbound" : ""));
1876
1877         ss << " nodes " << nodesSearched << " nps " << nodesSearched * 1000 / elapsed
1878            << " hashfull " << TT.hashfull() << " tbhits " << tbHits << " time " << elapsed << " pv";
1879
1880         for (Move m : rootMoves[i].pv)
1881             ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1882     }
1883
1884     return ss.str();
1885 }
1886
1887
1888 // Called in case we have no ponder move
1889 // before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1890 // fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1891 // otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think about.
1892 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1893
1894     StateInfo st;
1895     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1896
1897     bool ttHit;
1898
1899     assert(pv.size() == 1);
1900
1901     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1902         return false;
1903
1904     pos.do_move(pv[0], st);
1905     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1906
1907     if (ttHit)
1908     {
1909         Move m = tte->move();  // Local copy to be SMP safe
1910         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1911             pv.push_back(m);
1912     }
1913
1914     pos.undo_move(pv[0]);
1915     return pv.size() > 1;
1916 }
1917
1918 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1919
1920     RootInTB           = false;
1921     UseRule50          = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1922     ProbeDepth         = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1923     Cardinality        = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1924     bool dtz_available = true;
1925
1926     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1927     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1928     if (Cardinality > MaxCardinality)
1929     {
1930         Cardinality = MaxCardinality;
1931         ProbeDepth  = 0;
1932     }
1933
1934     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1935     {
1936         // Rank moves using DTZ tables
1937         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1938
1939         if (!RootInTB)
1940         {
1941             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1942             dtz_available = false;
1943             RootInTB      = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1944         }
1945     }
1946
1947     if (RootInTB)
1948     {
1949         // Sort moves according to TB rank
1950         std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1951                          [](const RootMove& a, const RootMove& b) { return a.tbRank > b.tbRank; });
1952
1953         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1954         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1955             Cardinality = 0;
1956     }
1957     else
1958     {
1959         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1960         for (auto& m : rootMoves)
1961             m.tbRank = 0;
1962     }
1963 }
1964
1965 }  // namespace Stockfish