]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Simplify stats update
[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(150 * 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_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
172   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
173   void check_time();
174
175 } // namespace
176
177
178 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
179
180 void Search::init() {
181
182   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
183       for (int d = 1; d < 64; ++d)
184           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
185           {
186               double r = log(d) * log(mc) / 2;
187               if (r < 0.80)
188                 continue;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211   CounterMoveHistory.clear();
212
213   for (Thread* th : Threads)
214   {
215       th->history.clear();
216       th->counterMoves.clear();
217       th->fromTo.clear();
218   }
219
220   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
221 }
222
223
224 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
225 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
226 template<bool Root>
227 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
228
229   StateInfo st;
230   uint64_t cnt, nodes = 0;
231   CheckInfo ci(pos);
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   if (rootMoves.empty())
267   {
268       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
269       sync_cout << "info depth 0 score "
270                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
271                 << sync_endl;
272   }
273   else
274   {
275       for (Thread* th : Threads)
276           if (th != this)
277               th->start_searching();
278
279       Thread::search(); // Let's start searching!
280   }
281
282   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
283   // the available ones before exiting.
284   if (Limits.npmsec)
285       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
286
287   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
288   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
289   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
290   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
291   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
292   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
293   {
294       Signals.stopOnPonderhit = true;
295       wait(Signals.stop);
296   }
297
298   // Stop the threads if not already stopped
299   Signals.stop = true;
300
301   // Wait until all threads have finished
302   for (Thread* th : Threads)
303       if (th != this)
304           th->wait_for_search_finished();
305
306   // Check if there are threads with a better score than main thread
307   Thread* bestThread = this;
308   if (   !this->easyMovePlayed
309       &&  Options["MultiPV"] == 1
310       && !Limits.depth
311       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
312       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
313   {
314       for (Thread* th : Threads)
315           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
316               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
317               bestThread = th;
318   }
319
320   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
321
322   // Send new PV when needed
323   if (bestThread != this)
324       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
325
326   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
327
328   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
329       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
330
331   std::cout << sync_endl;
332 }
333
334
335 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
336 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
337 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
338
339 void Thread::search() {
340
341   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
342   Value bestValue, alpha, beta, delta;
343   Move easyMove = MOVE_NONE;
344   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
345
346   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
347
348   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
349   beta = VALUE_INFINITE;
350   completedDepth = DEPTH_ZERO;
351
352   if (mainThread)
353   {
354       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
355       EasyMove.clear();
356       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
357       mainThread->bestMoveChanges = 0;
358       TT.new_search();
359   }
360
361   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
362   Skill skill(Options["Skill Level"]);
363
364   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
365   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
366   if (skill.enabled())
367       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
368
369   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
370
371   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
372   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
373   {
374       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
375       // 2nd ply (using a half-density matrix).
376       if (!mainThread)
377       {
378           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
379           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
380              continue;
381       }
382
383       // Age out PV variability metric
384       if (mainThread)
385           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
386
387       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
388       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
389       for (RootMove& rm : rootMoves)
390           rm.previousScore = rm.score;
391
392       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
393       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
394       {
395           // Reset aspiration window starting size
396           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
397           {
398               delta = Value(18);
399               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
400               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
401           }
402
403           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
404           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
405           // high/low anymore.
406           while (true)
407           {
408               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
409
410               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
411               // is done with a stable algorithm because all the values but the
412               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
413               // and we want to keep the same order for all the moves except the
414               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
415               // search the already searched PV lines are preserved.
416               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
417
418               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
419               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
420               // valid, although it refers to the previous iteration.
421               if (Signals.stop)
422                   break;
423
424               // When failing high/low give some update (without cluttering
425               // the UI) before a re-search.
426               if (   mainThread
427                   && multiPV == 1
428                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
429                   && Time.elapsed() > 3000)
430                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
431
432               // In case of failing low/high increase aspiration window and
433               // re-search, otherwise exit the loop.
434               if (bestValue <= alpha)
435               {
436                   beta = (alpha + beta) / 2;
437                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
438
439                   if (mainThread)
440                   {
441                       mainThread->failedLow = true;
442                       Signals.stopOnPonderhit = false;
443                   }
444               }
445               else if (bestValue >= beta)
446               {
447                   alpha = (alpha + beta) / 2;
448                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
449               }
450               else
451                   break;
452
453               delta += delta / 4 + 5;
454
455               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
456           }
457
458           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
459           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
460
461           if (!mainThread)
462               continue;
463
464           if (Signals.stop)
465               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
466                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
467
468           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
469               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
470       }
471
472       if (!Signals.stop)
473           completedDepth = rootDepth;
474
475       if (!mainThread)
476           continue;
477
478       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
479       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
480           skill.pick_best(multiPV);
481
482       // Have we found a "mate in x"?
483       if (   Limits.mate
484           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
485           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
486           Signals.stop = true;
487
488       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
489       if (Limits.use_time_management())
490       {
491           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
492           {
493               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
494               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
495               // from the previous search and just did a fast verification.
496               const int F[] = { mainThread->failedLow,
497                                 bestValue - mainThread->previousScore };
498
499               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
500               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
501
502               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
503                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
504                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
505
506               if (   rootMoves.size() == 1
507                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
508                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
509               {
510                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
511                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
512                   if (Limits.ponder)
513                       Signals.stopOnPonderhit = true;
514                   else
515                       Signals.stop = true;
516               }
517           }
518
519           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
520               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
521           else
522               EasyMove.clear();
523       }
524   }
525
526   if (!mainThread)
527       return;
528
529   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
530   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
531   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
532       EasyMove.clear();
533
534   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
535   if (skill.enabled())
536       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
537                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
538 }
539
540
541 namespace {
542
543   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
544
545   template <NodeType NT>
546   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
547
548     const bool PvNode = NT == PV;
549     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
550
551     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
552     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
553     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
554     assert(!(PvNode && cutNode));
555
556     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
557     StateInfo st;
558     TTEntry* tte;
559     Key posKey;
560     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
561     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
562     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
563     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
564     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
565     Piece moved_piece;
566     int moveCount, quietCount;
567
568     // Step 1. Initialize node
569     Thread* thisThread = pos.this_thread();
570     inCheck = pos.checkers();
571     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
572     bestValue = -VALUE_INFINITE;
573     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
574
575     // Check for the available remaining time
576     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
577     {
578         thisThread->resetCalls = false;
579         thisThread->callsCnt = 0;
580     }
581     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
582     {
583         for (Thread* th : Threads)
584             th->resetCalls = true;
585
586         check_time();
587     }
588
589     // Used to send selDepth info to GUI
590     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
591         thisThread->maxPly = ss->ply;
592
593     if (!rootNode)
594     {
595         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
596         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
597             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
598                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
599
600         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
601         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
602         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
603         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
604         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
605         // mate. In this case return a fail-high score.
606         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
607         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
608         if (alpha >= beta)
609             return alpha;
610     }
611
612     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
613
614     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
615     ss->counterMoves = nullptr;
616     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
617     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
618
619     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
620     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
621     // position key in case of an excluded move.
622     excludedMove = ss->excludedMove;
623     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
624     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
625     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
626     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
627             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
628
629     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
630     if (  !PvNode
631         && ttHit
632         && tte->depth() >= depth
633         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
634         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
635                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
636     {
637         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
638
639         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
640         if (ttValue >= beta && ttMove)
641         {
642             int d = depth / ONE_PLY;
643
644             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
645             {
646                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
647                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
648             }
649
650             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
651             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
652             {
653                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
654                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
655                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
656             }
657         }
658         return ttValue;
659     }
660
661     // Step 4a. Tablebase probe
662     if (!rootNode && TB::Cardinality)
663     {
664         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
665
666         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
667             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
668             &&  pos.rule50_count() == 0
669             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
670         {
671             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
672
673             if (found)
674             {
675                 TB::Hits++;
676
677                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
678
679                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
680                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
681                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
682
683                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
684                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
685                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
686
687                 return value;
688             }
689         }
690     }
691
692     // Step 5. Evaluate the position statically
693     if (inCheck)
694     {
695         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
696         goto moves_loop;
697     }
698
699     else if (ttHit)
700     {
701         // Never assume anything on values stored in TT
702         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
703             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
704
705         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
706         if (ttValue != VALUE_NONE)
707             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
708                 eval = ttValue;
709     }
710     else
711     {
712         eval = ss->staticEval =
713         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
714                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
715
716         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
717                   ss->staticEval, TT.generation());
718     }
719
720     if (ss->skipEarlyPruning)
721         goto moves_loop;
722
723     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
724     if (   !PvNode
725         &&  depth < 4 * ONE_PLY
726         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
727         &&  ttMove == MOVE_NONE)
728     {
729         if (   depth <= ONE_PLY
730             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
731             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
732
733         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
734         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
735         if (v <= ralpha)
736             return v;
737     }
738
739     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
740     if (   !rootNode
741         &&  depth < 7 * ONE_PLY
742         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
743         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
744         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
745         return eval - futility_margin(depth);
746
747     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
748     if (   !PvNode
749         &&  eval >= beta
750         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
751         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
752     {
753         ss->currentMove = MOVE_NULL;
754         ss->counterMoves = nullptr;
755
756         assert(eval - beta >= 0);
757
758         // Null move dynamic reduction based on depth and value
759         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
760
761         pos.do_null_move(st);
762         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
763         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
764                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
765         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
766         pos.undo_null_move();
767
768         if (nullValue >= beta)
769         {
770             // Do not return unproven mate scores
771             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
772                 nullValue = beta;
773
774             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
775                 return nullValue;
776
777             // Do verification search at high depths
778             ss->skipEarlyPruning = true;
779             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
780                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
781             ss->skipEarlyPruning = false;
782
783             if (v >= beta)
784                 return nullValue;
785         }
786     }
787
788     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
789     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
790     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
791     // safely prune the previous move.
792     if (   !PvNode
793         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
794         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
795     {
796         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
797         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
798
799         assert(rdepth >= ONE_PLY);
800         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
801         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
802
803         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
804         CheckInfo ci(pos);
805
806         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
807             if (pos.legal(move, ci.pinned))
808             {
809                 ss->currentMove = move;
810                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
811                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
812                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
813                 pos.undo_move(move);
814                 if (value >= rbeta)
815                     return value;
816             }
817     }
818
819     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
820     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
821         && !ttMove
822         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
823     {
824         ss->skipEarlyPruning = true;
825         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY, cutNode);
826         ss->skipEarlyPruning = false;
827
828         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
829         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
830     }
831
832 moves_loop: // When in check search starts from here
833
834     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
835     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
836     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
837
838     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
839     CheckInfo ci(pos);
840     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
841     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
842             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
843                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
844
845     singularExtensionNode =   !rootNode
846                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
847                            &&  ttMove != MOVE_NONE
848                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
849                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
850                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
851                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
852                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
853
854     // Step 11. Loop through moves
855     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
856     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
857     {
858       assert(is_ok(move));
859
860       if (move == excludedMove)
861           continue;
862
863       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
864       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
865       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
866       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
867                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
868           continue;
869
870       ss->moveCount = ++moveCount;
871
872       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
873           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
874                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
875                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
876
877       if (PvNode)
878           (ss+1)->pv = nullptr;
879
880       extension = DEPTH_ZERO;
881       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
882       moved_piece = pos.moved_piece(move);
883
884       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
885                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
886                   : pos.gives_check(move, ci);
887
888       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
889                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth];
890
891       // Step 12. Extend checks
892       if (    givesCheck
893           && !moveCountPruning
894           &&  pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
895           extension = ONE_PLY;
896
897       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
898       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
899       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
900       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
901       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
902       if (    singularExtensionNode
903           &&  move == ttMove
904           && !extension
905           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
906       {
907           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
908           ss->excludedMove = move;
909           ss->skipEarlyPruning = true;
910           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
911           ss->skipEarlyPruning = false;
912           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
913
914           if (value < rBeta)
915               extension = ONE_PLY;
916       }
917
918       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
919       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
920
921       // Step 13. Pruning at shallow depth
922       if (   !rootNode
923           && !captureOrPromotion
924           && !inCheck
925           && !givesCheck
926           && !pos.advanced_pawn_push(move)
927           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
928       {
929           // Move count based pruning
930           if (moveCountPruning)
931               continue;
932
933           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
934
935           // Countermoves based pruning
936           if (   predictedDepth < 3 * ONE_PLY
937               && move != ss->killers[0]
938               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
939               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
940               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
941               continue;
942
943           // Futility pruning: parent node
944           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
945               && ss->staticEval + 256 + 200 * predictedDepth / ONE_PLY <= alpha)
946               continue;
947
948           // Prune moves with negative SEE at low depths and below a decreasing
949           // threshold at higher depths.
950           if (predictedDepth < 8 * ONE_PLY)
951           {
952               Value see_v = predictedDepth < 4 * ONE_PLY ? VALUE_ZERO
953                             : -PawnValueMg * 2 * int(predictedDepth - 3 * ONE_PLY);
954
955               if (pos.see_sign(move) < see_v)
956                   continue;
957           }
958       }
959
960       // Speculative prefetch as early as possible
961       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
962
963       // Check for legality just before making the move
964       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
965       {
966           ss->moveCount = --moveCount;
967           continue;
968       }
969
970       ss->currentMove = move;
971       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
972
973       // Step 14. Make the move
974       pos.do_move(move, st, givesCheck);
975
976       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
977       // re-searched at full depth.
978       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
979           &&  moveCount > 1
980           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
981       {
982           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
983
984           if (captureOrPromotion)
985               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
986           else
987           {
988               Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
989                          +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
990                          +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
991                          +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
992                          +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move);
993
994               // Increase reduction for cut nodes
995               if (cutNode)
996                   r += 2 * ONE_PLY;
997
998               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
999               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1000               // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1001               // because the destination square is empty.
1002               else if (   type_of(move) == NORMAL
1003                        && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1004                        && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1005                   r -= 2 * ONE_PLY;
1006
1007               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1008               int rHist = (val - 8000) / 20000;
1009               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1010           }
1011
1012           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1013
1014           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1015
1016           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1017       }
1018       else
1019           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1020
1021       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1022       if (doFullDepthSearch)
1023           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1024                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1025                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1026                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1027
1028       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1029       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1030       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1031       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1032       {
1033           (ss+1)->pv = pv;
1034           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1035
1036           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1037                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1038                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1039                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1040       }
1041
1042       // Step 17. Undo move
1043       pos.undo_move(move);
1044
1045       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1046
1047       // Step 18. Check for a new best move
1048       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1049       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1050       // updating best move, PV and TT.
1051       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1052           return VALUE_ZERO;
1053
1054       if (rootNode)
1055       {
1056           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1057                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1058
1059           // PV move or new best move ?
1060           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1061           {
1062               rm.score = value;
1063               rm.pv.resize(1);
1064
1065               assert((ss+1)->pv);
1066
1067               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1068                   rm.pv.push_back(*m);
1069
1070               // We record how often the best move has been changed in each
1071               // iteration. This information is used for time management: When
1072               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1073               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1074                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1075           }
1076           else
1077               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1078               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1079               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1080               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1081       }
1082
1083       if (value > bestValue)
1084       {
1085           bestValue = value;
1086
1087           if (value > alpha)
1088           {
1089               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1090               if (    PvNode
1091                   &&  thisThread == Threads.main()
1092                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1093                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1094                   EasyMove.clear();
1095
1096               bestMove = move;
1097
1098               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1099                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1100
1101               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1102                   alpha = value;
1103               else
1104               {
1105                   assert(value >= beta); // Fail high
1106                   break;
1107               }
1108           }
1109       }
1110
1111       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1112           quietsSearched[quietCount++] = move;
1113     }
1114
1115     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1116     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1117     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1118     /*
1119        if (Signals.stop)
1120         return VALUE_DRAW;
1121     */
1122
1123     // Step 20. Check for mate and stalemate
1124     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1125     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1126     // return a fail low score.
1127     if (!moveCount)
1128         bestValue = excludedMove ? alpha
1129                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1130     else if (bestMove)
1131     {
1132         int d = depth / ONE_PLY;
1133
1134         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1135         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1136         {
1137             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1138             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1139         }
1140
1141         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1142         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1143         {
1144             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1145             Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1146             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
1147         }
1148     }
1149     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1150     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1151              && !pos.captured_piece_type()
1152              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1153     {
1154         int d = depth / ONE_PLY;
1155         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1156         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1157         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1158     }
1159
1160     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1161               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1162               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1163               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1164
1165     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1166
1167     return bestValue;
1168   }
1169
1170
1171   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1172   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1173   // less than ONE_PLY).
1174
1175   template <NodeType NT, bool InCheck>
1176   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1177
1178     const bool PvNode = NT == PV;
1179
1180     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1181     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1182     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1183     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1184
1185     Move pv[MAX_PLY+1];
1186     StateInfo st;
1187     TTEntry* tte;
1188     Key posKey;
1189     Move ttMove, move, bestMove;
1190     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1191     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1192     Depth ttDepth;
1193
1194     if (PvNode)
1195     {
1196         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1197         (ss+1)->pv = pv;
1198         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1199     }
1200
1201     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1202     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1203
1204     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1205     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1206         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1207                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1208
1209     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1210
1211     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1212     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1213     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1214     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1215                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1216
1217     // Transposition table lookup
1218     posKey = pos.key();
1219     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1220     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1221     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1222
1223     if (  !PvNode
1224         && ttHit
1225         && tte->depth() >= ttDepth
1226         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1227         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1228                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1229     {
1230         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1231         return ttValue;
1232     }
1233
1234     // Evaluate the position statically
1235     if (InCheck)
1236     {
1237         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1238         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1239     }
1240     else
1241     {
1242         if (ttHit)
1243         {
1244             // Never assume anything on values stored in TT
1245             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1246                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1247
1248             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1249             if (ttValue != VALUE_NONE)
1250                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1251                     bestValue = ttValue;
1252         }
1253         else
1254             ss->staticEval = bestValue =
1255             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1256                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1257
1258         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1259         if (bestValue >= beta)
1260         {
1261             if (!ttHit)
1262                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1263                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1264
1265             return bestValue;
1266         }
1267
1268         if (PvNode && bestValue > alpha)
1269             alpha = bestValue;
1270
1271         futilityBase = bestValue + 128;
1272     }
1273
1274     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1275     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1276     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1277     // be generated.
1278     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1279     CheckInfo ci(pos);
1280
1281     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1282     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1283     {
1284       assert(is_ok(move));
1285
1286       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1287                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1288                   : pos.gives_check(move, ci);
1289
1290       // Futility pruning
1291       if (   !InCheck
1292           && !givesCheck
1293           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1294           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1295       {
1296           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1297
1298           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1299
1300           if (futilityValue <= alpha)
1301           {
1302               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1303               continue;
1304           }
1305
1306           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1307           {
1308               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1309               continue;
1310           }
1311       }
1312
1313       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1314       evasionPrunable =    InCheck
1315                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1316                        && !pos.capture(move);
1317
1318       // Don't search moves with negative SEE values
1319       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1320           &&  type_of(move) != PROMOTION
1321           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1322           continue;
1323
1324       // Speculative prefetch as early as possible
1325       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1326
1327       // Check for legality just before making the move
1328       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1329           continue;
1330
1331       ss->currentMove = move;
1332
1333       // Make and search the move
1334       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1335       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1336                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1337       pos.undo_move(move);
1338
1339       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1340
1341       // Check for a new best move
1342       if (value > bestValue)
1343       {
1344           bestValue = value;
1345
1346           if (value > alpha)
1347           {
1348               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1349                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1350
1351               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1352               {
1353                   alpha = value;
1354                   bestMove = move;
1355               }
1356               else // Fail high
1357               {
1358                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1359                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1360
1361                   return value;
1362               }
1363           }
1364        }
1365     }
1366
1367     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1368     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1369     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1370         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1371
1372     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1373               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1374               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1375
1376     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1377
1378     return bestValue;
1379   }
1380
1381
1382   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1383   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1384   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1385
1386   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1387
1388     assert(v != VALUE_NONE);
1389
1390     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1391           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1392   }
1393
1394
1395   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1396   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1397   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1398
1399   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1400
1401     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1402           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1403           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1404   }
1405
1406
1407   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1408
1409   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1410
1411     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1412         *pv++ = *childPv++;
1413     *pv = MOVE_NONE;
1414   }
1415
1416
1417   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1418
1419   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1420
1421     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1422     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1423     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1424
1425     if (cmh)
1426         cmh->update(pc, s, bonus);
1427
1428     if (fmh1)
1429         fmh1->update(pc, s, bonus);
1430
1431     if (fmh2)
1432         fmh2->update(pc, s, bonus);
1433   }
1434
1435
1436   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1437   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1438
1439   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1440                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1441
1442     if (ss->killers[0] != move)
1443     {
1444         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1445         ss->killers[0] = move;
1446     }
1447
1448     Color c = pos.side_to_move();
1449     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1450     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1451     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1452     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1453
1454     if ((ss-1)->counterMoves)
1455     {
1456         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1457         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1458     }
1459
1460     // Decrease all the other played quiet moves
1461     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1462     {
1463         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1464         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1465         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1466     }
1467   }
1468
1469
1470   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1471   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1472
1473   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1474
1475     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1476     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1477
1478     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1479     Value topScore = rootMoves[0].score;
1480     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1481     int weakness = 120 - 2 * level;
1482     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1483
1484     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1485     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1486     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1487     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1488     {
1489         // This is our magic formula
1490         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1491                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1492
1493         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1494         {
1495             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1496             best = rootMoves[i].pv[0];
1497         }
1498     }
1499
1500     return best;
1501   }
1502
1503
1504   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1505   // when we are out of available time and thus stop the search.
1506
1507   void check_time() {
1508
1509     static TimePoint lastInfoTime = now();
1510
1511     int elapsed = Time.elapsed();
1512     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1513
1514     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1515     {
1516         lastInfoTime = tick;
1517         dbg_print();
1518     }
1519
1520     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1521     if (Limits.ponder)
1522         return;
1523
1524     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1525         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1526         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1527             Signals.stop = true;
1528   }
1529
1530 } // namespace
1531
1532
1533 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1534 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1535
1536 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1537
1538   std::stringstream ss;
1539   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1540   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1541   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1542   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1543   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1544
1545   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1546   {
1547       bool updated = (i <= PVIdx);
1548
1549       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1550           continue;
1551
1552       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1553       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1554
1555       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1556       v = tb ? TB::Score : v;
1557
1558       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1559           ss << "\n";
1560
1561       ss << "info"
1562          << " depth "    << d / ONE_PLY
1563          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1564          << " multipv "  << i + 1
1565          << " score "    << UCI::value(v);
1566
1567       if (!tb && i == PVIdx)
1568           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1569
1570       ss << " nodes "    << nodes_searched
1571          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1572
1573       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1574           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1575
1576       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1577          << " time "     << elapsed
1578          << " pv";
1579
1580       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1581           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1582   }
1583
1584   return ss.str();
1585 }
1586
1587
1588 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1589 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1590 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1591 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1592
1593 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1594 {
1595     StateInfo st;
1596     bool ttHit;
1597
1598     assert(pv.size() == 1);
1599
1600     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1601     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1602
1603     if (ttHit)
1604     {
1605         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1606         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1607             pv.push_back(m);
1608     }
1609
1610     pos.undo_move(pv[0]);
1611     return pv.size() > 1;
1612 }
1613
1614 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1615
1616     Hits = 0;
1617     RootInTB = false;
1618     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1619     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1620     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1621
1622     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1623     if (Cardinality > MaxCardinality)
1624     {
1625         Cardinality = MaxCardinality;
1626         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1627     }
1628
1629     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1630         return;
1631
1632     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1633     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1634     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1635
1636     if (RootInTB)
1637         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1638
1639     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1640     {
1641         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1642         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1643
1644         // Only probe during search if winning
1645         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1646             Cardinality = 0;
1647     }
1648
1649     if (RootInTB)
1650     {
1651         Hits = rootMoves.size();
1652
1653         if (!UseRule50)
1654             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1655                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1656                                                 :  VALUE_DRAW;
1657     }
1658 }