]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Rewarding Quiet Moves that Enable Razoring
[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 / 17470;
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             int opt       = 113 * avg / (std::abs(avg) + 109);
373             optimism[us]  = Value(opt);
374             optimism[~us] = -optimism[us];
375
376             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
377             // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
378             // high/low anymore.
379             int failedHighCnt = 0;
380             while (true)
381             {
382                 // Adjust the effective depth searched, but ensure at least one effective increment
383                 // for every four searchAgain steps (see issue #2717).
384                 Depth adjustedDepth =
385                   std::max(1, rootDepth - failedHighCnt - 3 * (searchAgainCounter + 1) / 4);
386                 bestValue = Stockfish::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
387
388                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
389                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
390                 // first and eventually the new best one is set to -VALUE_INFINITE
391                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
392                 // new PV that goes to the front. Note that in the case of MultiPV
393                 // search the already searched PV lines are preserved.
394                 std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
395
396                 // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
397                 // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
398                 // the previous iteration.
399                 if (Threads.stop)
400                     break;
401
402                 // When failing high/low give some update (without cluttering
403                 // the UI) before a re-search.
404                 if (mainThread && multiPV == 1 && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
405                     && Time.elapsed() > 3000)
406                     sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
407
408                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
409                 // re-search, otherwise exit the loop.
410                 if (bestValue <= alpha)
411                 {
412                     beta  = (alpha + beta) / 2;
413                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
414
415                     failedHighCnt = 0;
416                     if (mainThread)
417                         mainThread->stopOnPonderhit = false;
418                 }
419                 else if (bestValue >= beta)
420                 {
421                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
422                     ++failedHighCnt;
423                 }
424                 else
425                     break;
426
427                 delta += delta / 3;
428
429                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
430             }
431
432             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
433             std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
434
435             if (mainThread && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
436                 sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
437         }
438
439         if (!Threads.stop)
440             completedDepth = rootDepth;
441
442         if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove)
443         {
444             lastBestMove      = rootMoves[0].pv[0];
445             lastBestMoveDepth = rootDepth;
446         }
447
448         // Have we found a "mate in x"?
449         if (Limits.mate && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
450             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
451             Threads.stop = true;
452
453         if (!mainThread)
454             continue;
455
456         // If the skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
457         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
458             skill.pick_best(multiPV);
459
460         // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
461         for (Thread* th : Threads)
462         {
463             totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
464             th->bestMoveChanges = 0;
465         }
466
467         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
468         if (Limits.use_time_management() && !Threads.stop && !mainThread->stopOnPonderhit)
469         {
470             double fallingEval = (66 + 14 * (mainThread->bestPreviousAverageScore - bestValue)
471                                   + 6 * (mainThread->iterValue[iterIdx] - bestValue))
472                                / 583.0;
473             fallingEval = std::clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
474
475             // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
476             timeReduction    = lastBestMoveDepth + 8 < completedDepth ? 1.56 : 0.69;
477             double reduction = (1.4 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.03 * timeReduction);
478             double bestMoveInstability = 1 + 1.79 * totBestMoveChanges / Threads.size();
479
480             double totalTime = Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability;
481
482             // Cap used time in case of a single legal move for a better viewer experience
483             if (rootMoves.size() == 1)
484                 totalTime = std::min(500.0, totalTime);
485
486             // Stop the search if we have exceeded the totalTime
487             if (Time.elapsed() > totalTime)
488             {
489                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
490                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
491                 if (mainThread->ponder)
492                     mainThread->stopOnPonderhit = true;
493                 else
494                     Threads.stop = true;
495             }
496             else if (!mainThread->ponder && Time.elapsed() > totalTime * 0.50)
497                 Threads.increaseDepth = false;
498             else
499                 Threads.increaseDepth = true;
500         }
501
502         mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
503         iterIdx                        = (iterIdx + 1) & 3;
504     }
505
506     if (!mainThread)
507         return;
508
509     mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
510
511     // If the skill level is enabled, swap the best PV line with the sub-optimal one
512     if (skill.enabled())
513         std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
514                                            skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
515 }
516
517
518 namespace {
519
520 // Main search function for both PV and non-PV nodes
521 template<NodeType nodeType>
522 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
523
524     constexpr bool PvNode   = nodeType != NonPV;
525     constexpr bool rootNode = nodeType == Root;
526
527     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
528     if (depth <= 0)
529         return qsearch < PvNode ? PV : NonPV > (pos, ss, alpha, beta);
530
531     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
532     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
533     if (!rootNode && alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
534     {
535         alpha = value_draw(pos.this_thread());
536         if (alpha >= beta)
537             return alpha;
538     }
539
540     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
541     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
542     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
543     assert(!(PvNode && cutNode));
544
545     Move      pv[MAX_PLY + 1], capturesSearched[32], quietsSearched[32];
546     StateInfo st;
547     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
548
549     TTEntry* tte;
550     Key      posKey;
551     Move     ttMove, move, excludedMove, bestMove;
552     Depth    extension, newDepth;
553     Value    bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, probCutBeta;
554     bool     givesCheck, improving, priorCapture, singularQuietLMR;
555     bool     capture, moveCountPruning, ttCapture;
556     Piece    movedPiece;
557     int      moveCount, captureCount, quietCount;
558
559     // Step 1. Initialize node
560     Thread* thisThread = pos.this_thread();
561     ss->inCheck        = pos.checkers();
562     priorCapture       = pos.captured_piece();
563     Color us           = pos.side_to_move();
564     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
565     bestValue                                             = -VALUE_INFINITE;
566     maxValue                                              = VALUE_INFINITE;
567
568     // Check for the available remaining time
569     if (thisThread == Threads.main())
570         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
571
572     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
573     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
574         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
575
576     if (!rootNode)
577     {
578         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
579         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply)
580             || ss->ply >= MAX_PLY)
581             return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos)
582                                                         : value_draw(pos.this_thread());
583
584         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
585         // would be at best mate_in(ss->ply + 1), but if alpha is already bigger because
586         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
587         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
588         // signs apply also in the opposite condition of being mated instead of giving
589         // mate. In this case, return a fail-high score.
590         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
591         beta  = std::min(mate_in(ss->ply + 1), beta);
592         if (alpha >= beta)
593             return alpha;
594     }
595     else
596         thisThread->rootDelta = beta - alpha;
597
598     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
599
600     (ss + 1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
601     (ss + 2)->killers[0] = (ss + 2)->killers[1] = MOVE_NONE;
602     (ss + 2)->cutoffCnt                         = 0;
603     ss->doubleExtensions                        = (ss - 1)->doubleExtensions;
604     Square prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
605     ss->statScore = 0;
606
607     // Step 4. Transposition table lookup.
608     excludedMove = ss->excludedMove;
609     posKey       = pos.key();
610     tte          = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
611     ttValue   = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
612     ttMove    = rootNode  ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
613               : ss->ttHit ? tte->move()
614                           : MOVE_NONE;
615     ttCapture = ttMove && pos.capture_stage(ttMove);
616
617     // At this point, if excluded, skip straight to step 6, static eval. However,
618     // to save indentation, we list the condition in all code between here and there.
619     if (!excludedMove)
620         ss->ttPv = PvNode || (ss->ttHit && tte->is_pv());
621
622     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
623     if (!PvNode && !excludedMove && tte->depth() > depth
624         && ttValue != VALUE_NONE  // Possible in case of TT access race or if !ttHit
625         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
626     {
627         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit (~2 Elo)
628         if (ttMove)
629         {
630             if (ttValue >= beta)
631             {
632                 // Bonus for a quiet ttMove that fails high (~2 Elo)
633                 if (!ttCapture)
634                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth));
635
636                 // Extra penalty for early quiet moves of
637                 // the previous ply (~0 Elo on STC, ~2 Elo on LTC).
638                 if (prevSq != SQ_NONE && (ss - 1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
639                     update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
640                                                   -stat_bonus(depth + 1));
641             }
642             // Penalty for a quiet ttMove that fails low (~1 Elo)
643             else if (!ttCapture)
644             {
645                 int penalty = -stat_bonus(depth);
646                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
647                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
648             }
649         }
650
651         // Partial workaround for the graph history interaction problem
652         // For high rule50 counts don't produce transposition table cutoffs.
653         if (pos.rule50_count() < 90)
654             return ttValue;
655     }
656
657     // Step 5. Tablebases probe
658     if (!rootNode && !excludedMove && TB::Cardinality)
659     {
660         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
661
662         if (piecesCount <= TB::Cardinality
663             && (piecesCount < TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth) && pos.rule50_count() == 0
664             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
665         {
666             TB::ProbeState err;
667             TB::WDLScore   wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
668
669             // Force check of time on the next occasion
670             if (thisThread == Threads.main())
671                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
672
673             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
674             {
675                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
676
677                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
678
679                 // use the range VALUE_MATE_IN_MAX_PLY to VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY to score
680                 value = wdl < -drawScore ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + ss->ply + 1
681                       : wdl > drawScore  ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - ss->ply - 1
682                                          : VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
683
684                 Bound b = wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
685                         : wdl > drawScore  ? BOUND_LOWER
686                                            : BOUND_EXACT;
687
688                 if (b == BOUND_EXACT || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
689                 {
690                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, b,
691                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6), MOVE_NONE, VALUE_NONE);
692
693                     return value;
694                 }
695
696                 if (PvNode)
697                 {
698                     if (b == BOUND_LOWER)
699                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
700                     else
701                         maxValue = value;
702                 }
703             }
704         }
705     }
706
707     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
708
709     // Step 6. Static evaluation of the position
710     if (ss->inCheck)
711     {
712         // Skip early pruning when in check
713         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
714         improving             = false;
715         goto moves_loop;
716     }
717     else if (excludedMove)
718     {
719         // Providing the hint that this node's accumulator will be used often
720         // brings significant Elo gain (~13 Elo).
721         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
722         eval = ss->staticEval;
723     }
724     else if (ss->ttHit)
725     {
726         // Never assume anything about values stored in TT
727         ss->staticEval = eval = tte->eval();
728         if (eval == VALUE_NONE)
729             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
730         else if (PvNode)
731             Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
732
733         // ttValue can be used as a better position evaluation (~7 Elo)
734         if (ttValue != VALUE_NONE && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
735             eval = ttValue;
736     }
737     else
738     {
739         ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
740         // Save static evaluation into the transposition table
741         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ss->ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
742     }
743
744     // Use static evaluation difference to improve quiet move ordering (~4 Elo)
745     if (is_ok((ss - 1)->currentMove) && !(ss - 1)->inCheck && !priorCapture)
746     {
747         int bonus = std::clamp(-18 * int((ss - 1)->staticEval + ss->staticEval), -1812, 1812);
748         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)] << bonus;
749     }
750
751     // Set up the improving flag, which is true if current static evaluation is
752     // bigger than the previous static evaluation at our turn (if we were in
753     // check at our previous move we look at static evaluation at move prior to it
754     // and if we were in check at move prior to it flag is set to true) and is
755     // false otherwise. The improving flag is used in various pruning heuristics.
756     improving = (ss - 2)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 2)->staticEval
757               : (ss - 4)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 4)->staticEval
758                                                    : true;
759
760     // Step 7. Razoring (~1 Elo)
761     // If eval is really low check with qsearch if it can exceed alpha, if it can't,
762     // return a fail low.
763     // Adjust razor margin according to cutoffCnt. (~1 Elo)
764     if (eval < alpha - 474 - (270 - 174 * ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)) * depth * depth)
765     {
766         value = qsearch<NonPV>(pos, ss, alpha - 1, alpha);
767         if (value < alpha)
768         {
769             if (!priorCapture && prevSq != SQ_NONE)
770             {
771                 int bonus = (depth > 6) + (PvNode || cutNode) + (value < alpha - 658) + ((ss-1)->moveCount > 11);
772                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth) * bonus);
773                 thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss-1)->currentMove)] << stat_bonus(depth) * bonus * 57 / 100;
774             }
775             return value;
776         }
777     }
778
779     // Step 8. Futility pruning: child node (~40 Elo)
780     // The depth condition is important for mate finding.
781     if (!ss->ttPv && depth < 9
782         && eval - futility_margin(depth, cutNode && !ss->ttHit, improving)
783                - (ss - 1)->statScore / 321
784              >= beta
785         && eval >= beta && eval < 29462  // smaller than TB wins
786         && (!ttMove || ttCapture))
787         return eval;
788
789     // Step 9. Null move search with verification search (~35 Elo)
790     if (!PvNode && (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL && (ss - 1)->statScore < 17257 && eval >= beta
791         && eval >= ss->staticEval && ss->staticEval >= beta - 24 * depth + 281 && !excludedMove
792         && pos.non_pawn_material(us) && ss->ply >= thisThread->nmpMinPly
793         && beta > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
794     {
795         assert(eval - beta >= 0);
796
797         // Null move dynamic reduction based on depth and eval
798         Depth R = std::min(int(eval - beta) / 152, 6) + depth / 3 + 4;
799
800         ss->currentMove         = MOVE_NULL;
801         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
802
803         pos.do_null_move(st);
804
805         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -beta, -beta + 1, depth - R, !cutNode);
806
807         pos.undo_null_move();
808
809         // Do not return unproven mate or TB scores
810         if (nullValue >= beta && nullValue < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
811         {
812             if (thisThread->nmpMinPly || depth < 14)
813                 return nullValue;
814
815             assert(!thisThread->nmpMinPly);  // Recursive verification is not allowed
816
817             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
818             // until ply exceeds nmpMinPly.
819             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth - R) / 4;
820
821             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta - 1, beta, depth - R, false);
822
823             thisThread->nmpMinPly = 0;
824
825             if (v >= beta)
826                 return nullValue;
827         }
828     }
829
830     // Step 10. If the position doesn't have a ttMove, decrease depth by 2,
831     // or by 4 if the TT entry for the current position was hit and
832     // the stored depth is greater than or equal to the current depth.
833     // Use qsearch if depth is equal or below zero (~9 Elo)
834     if (PvNode && !ttMove)
835         depth -= 2 + 2 * (ss->ttHit && tte->depth() >= depth);
836
837     if (depth <= 0)
838         return qsearch<PV>(pos, ss, alpha, beta);
839
840     if (cutNode && depth >= 8 && !ttMove)
841         depth -= 2;
842
843     probCutBeta = beta + 168 - 70 * improving;
844
845     // Step 11. ProbCut (~10 Elo)
846     // If we have a good enough capture (or queen promotion) and a reduced search returns a value
847     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
848     if (
849       !PvNode && depth > 3
850       && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY
851       // If value from transposition table is lower than probCutBeta, don't attempt probCut
852       // there and in further interactions with transposition table cutoff depth is set to depth - 3
853       // because probCut search has depth set to depth - 4 but we also do a move before it
854       // So effective depth is equal to depth - 3
855       && !(tte->depth() >= depth - 3 && ttValue != VALUE_NONE && ttValue < probCutBeta))
856     {
857         assert(probCutBeta < VALUE_INFINITE);
858
859         MovePicker mp(pos, ttMove, probCutBeta - ss->staticEval, &captureHistory,
860                       thisThread->pawnHistory);
861
862         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
863             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
864             {
865                 assert(pos.capture_stage(move));
866
867                 ss->currentMove = move;
868                 ss->continuationHistory =
869                   &thisThread
870                      ->continuationHistory[ss->inCheck][true][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
871
872                 pos.do_move(move, st);
873
874                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
875                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1);
876
877                 // If the qsearch held, perform the regular search
878                 if (value >= probCutBeta)
879                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1, depth - 4,
880                                            !cutNode);
881
882                 pos.undo_move(move);
883
884                 if (value >= probCutBeta)
885                 {
886                     // Save ProbCut data into transposition table
887                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, BOUND_LOWER, depth - 3,
888                               move, ss->staticEval);
889                     return value - (probCutBeta - beta);
890                 }
891             }
892
893         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
894     }
895
896 moves_loop:  // When in check, search starts here
897
898     // Step 12. A small Probcut idea, when we are in check (~4 Elo)
899     probCutBeta = beta + 416;
900     if (ss->inCheck && !PvNode && ttCapture && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
901         && tte->depth() >= depth - 4 && ttValue >= probCutBeta
902         && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
903         return probCutBeta;
904
905     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
906                                         (ss - 2)->continuationHistory,
907                                         (ss - 3)->continuationHistory,
908                                         (ss - 4)->continuationHistory,
909                                         nullptr,
910                                         (ss - 6)->continuationHistory};
911
912     Move countermove =
913       prevSq != SQ_NONE ? thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] : MOVE_NONE;
914
915     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &captureHistory, contHist,
916                   thisThread->pawnHistory, countermove, ss->killers);
917
918     value            = bestValue;
919     moveCountPruning = singularQuietLMR = false;
920
921     // Indicate PvNodes that will probably fail low if the node was searched
922     // at a depth equal to or greater than the current depth, and the result
923     // of this search was a fail low.
924     bool likelyFailLow = PvNode && ttMove && (tte->bound() & BOUND_UPPER) && tte->depth() >= depth;
925
926     // Step 13. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
927     // or a beta cutoff occurs.
928     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
929     {
930         assert(is_ok(move));
931
932         if (move == excludedMove)
933             continue;
934
935         // Check for legality
936         if (!pos.legal(move))
937             continue;
938
939         // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
940         // Move List. In MultiPV mode we also skip PV moves that have been already
941         // searched and those of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
942         if (rootNode
943             && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
944                            thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
945             continue;
946
947         ss->moveCount = ++moveCount;
948
949         if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
950             sync_cout << "info depth " << depth << " currmove "
951                       << UCI::move(move, pos.is_chess960()) << " currmovenumber "
952                       << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
953         if (PvNode)
954             (ss + 1)->pv = nullptr;
955
956         extension  = 0;
957         capture    = pos.capture_stage(move);
958         movedPiece = pos.moved_piece(move);
959         givesCheck = pos.gives_check(move);
960
961         // Calculate new depth for this move
962         newDepth = depth - 1;
963
964         Value delta = beta - alpha;
965
966         Depth r = reduction(improving, depth, moveCount, delta, thisThread->rootDelta);
967
968         // Step 14. Pruning at shallow depth (~120 Elo).
969         // Depth conditions are important for mate finding.
970         if (!rootNode && pos.non_pawn_material(us) && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
971         {
972             // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold (~8 Elo)
973             if (!moveCountPruning)
974                 moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
975
976             // Reduced depth of the next LMR search
977             int lmrDepth = newDepth - r;
978
979             if (capture || givesCheck)
980             {
981                 // Futility pruning for captures (~2 Elo)
982                 if (!givesCheck && lmrDepth < 7 && !ss->inCheck)
983                 {
984                     Piece capturedPiece = pos.piece_on(to_sq(move));
985                     int   futilityEval =
986                       ss->staticEval + 239 + 291 * lmrDepth + PieceValue[capturedPiece]
987                       + captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(capturedPiece)] / 7;
988                     if (futilityEval < alpha)
989                         continue;
990                 }
991
992                 // SEE based pruning for captures and checks (~11 Elo)
993                 if (!pos.see_ge(move, Value(-185) * depth))
994                     continue;
995             }
996             else
997             {
998                 int history = (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
999                             + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1000                             + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1001                             + thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][movedPiece][to_sq(move)];
1002
1003                 // Continuation history based pruning (~2 Elo)
1004                 if (lmrDepth < 6 && history < -3645 * depth)
1005                     continue;
1006
1007                 history += 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)];
1008
1009                 lmrDepth += history / 7836;
1010                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, -1);
1011
1012                 // Futility pruning: parent node (~13 Elo)
1013                 if (!ss->inCheck && lmrDepth < 13 && ss->staticEval + 77 + 124 * lmrDepth <= alpha)
1014                     continue;
1015
1016                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, 0);
1017
1018                 // Prune moves with negative SEE (~4 Elo)
1019                 if (!pos.see_ge(move, Value(-26 * lmrDepth * lmrDepth)))
1020                     continue;
1021             }
1022         }
1023
1024         // Step 15. Extensions (~100 Elo)
1025         // We take care to not overdo to avoid search getting stuck.
1026         if (ss->ply < thisThread->rootDepth * 2)
1027         {
1028             // Singular extension search (~94 Elo). If all moves but one fail low on a
1029             // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1030             // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1031             // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the result
1032             // is lower than ttValue minus a margin, then we will extend the ttMove. Note
1033             // that depth margin and singularBeta margin are known for having non-linear
1034             // scaling. Their values are optimized to time controls of 180+1.8 and longer
1035             // so changing them requires tests at this type of time controls.
1036             // Recursive singular search is avoided.
1037             if (!rootNode && move == ttMove && !excludedMove
1038                 && depth >= 4 - (thisThread->completedDepth > 24) + 2 * (PvNode && tte->is_pv())
1039                 && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1040                 && tte->depth() >= depth - 3)
1041             {
1042                 Value singularBeta  = ttValue - (64 + 57 * (ss->ttPv && !PvNode)) * depth / 64;
1043                 Depth singularDepth = (depth - 1) / 2;
1044
1045                 ss->excludedMove = move;
1046                 value =
1047                   search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, singularDepth, cutNode);
1048                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1049
1050                 if (value < singularBeta)
1051                 {
1052                     extension        = 1;
1053                     singularQuietLMR = !ttCapture;
1054
1055                     // Avoid search explosion by limiting the number of double extensions
1056                     if (!PvNode && value < singularBeta - 18 && ss->doubleExtensions <= 11)
1057                     {
1058                         extension = 2;
1059                         depth += depth < 15;
1060                     }
1061                 }
1062
1063                 // Multi-cut pruning
1064                 // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a
1065                 // reduced search without the ttMove. So we assume this expected cut-node
1066                 // is not singular, that multiple moves fail high, and we can prune the
1067                 // whole subtree by returning a softbound.
1068                 else if (singularBeta >= beta)
1069                     return singularBeta;
1070
1071                 // If the eval of ttMove is greater than beta, reduce it (negative extension) (~7 Elo)
1072                 else if (ttValue >= beta)
1073                     extension = -2 - !PvNode;
1074
1075                 // If we are on a cutNode, reduce it based on depth (negative extension) (~1 Elo)
1076                 else if (cutNode)
1077                     extension = depth < 19 ? -2 : -1;
1078
1079                 // If the eval of ttMove is less than value, reduce it (negative extension) (~1 Elo)
1080                 else if (ttValue <= value)
1081                     extension = -1;
1082             }
1083
1084             // Check extensions (~1 Elo)
1085             else if (givesCheck && depth > 9)
1086                 extension = 1;
1087
1088             // Quiet ttMove extensions (~1 Elo)
1089             else if (PvNode && move == ttMove && move == ss->killers[0]
1090                      && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 4194)
1091                 extension = 1;
1092         }
1093
1094         // Add extension to new depth
1095         newDepth += extension;
1096         ss->doubleExtensions = (ss - 1)->doubleExtensions + (extension == 2);
1097
1098         // Speculative prefetch as early as possible
1099         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1100
1101         // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1102         ss->currentMove = move;
1103         ss->continuationHistory =
1104           &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck][capture][movedPiece][to_sq(move)];
1105
1106         // Step 16. Make the move
1107         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1108
1109         // Decrease reduction if position is or has been on the PV (~4 Elo)
1110         if (ss->ttPv && !likelyFailLow)
1111             r -= cutNode && tte->depth() >= depth ? 3 : 2;
1112
1113         // Decrease reduction if opponent's move count is high (~1 Elo)
1114         if ((ss - 1)->moveCount > 7)
1115             r--;
1116
1117         // Increase reduction for cut nodes (~3 Elo)
1118         if (cutNode)
1119             r += 2;
1120
1121         // Increase reduction if ttMove is a capture (~3 Elo)
1122         if (ttCapture)
1123             r++;
1124
1125         // Decrease reduction for PvNodes (~2 Elo)
1126         if (PvNode)
1127             r--;
1128
1129         // Decrease reduction if ttMove has been singularly extended (~1 Elo)
1130         if (singularQuietLMR)
1131             r--;
1132
1133         // Increase reduction on repetition (~1 Elo)
1134         if (move == (ss - 4)->currentMove && pos.has_repeated())
1135             r += 2;
1136
1137         // Increase reduction if next ply has a lot of fail high (~5 Elo)
1138         if ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)
1139             r++;
1140
1141         // Decrease reduction for first generated move (ttMove)
1142         else if (move == ttMove)
1143             r--;
1144
1145         ss->statScore = 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1146                       + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1147                       + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1148                       + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)] - 3848;
1149
1150         // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~25 Elo)
1151         r -= ss->statScore / (10216 + 3855 * (depth > 5 && depth < 23));
1152
1153         // Step 17. Late moves reduction / extension (LMR, ~117 Elo)
1154         // We use various heuristics for the sons of a node after the first son has
1155         // been searched. In general, we would like to reduce them, but there are many
1156         // cases where we extend a son if it has good chances to be "interesting".
1157         if (depth >= 2 && moveCount > 1 + (PvNode && ss->ply <= 1)
1158             && (!ss->ttPv || !capture || (cutNode && (ss - 1)->moveCount > 1)))
1159         {
1160             // In general we want to cap the LMR depth search at newDepth, but when
1161             // reduction is negative, we allow this move a limited search extension
1162             // beyond the first move depth. This may lead to hidden double extensions.
1163             Depth d = std::clamp(newDepth - r, 1, newDepth + 1);
1164
1165             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, d, true);
1166
1167             // Do a full-depth search when reduced LMR search fails high
1168             if (value > alpha && d < newDepth)
1169             {
1170                 // Adjust full-depth search based on LMR results - if the result
1171                 // was good enough search deeper, if it was bad enough search shallower.
1172                 const bool doDeeperSearch     = value > (bestValue + 51 + 10 * (newDepth - d));
1173                 const bool doEvenDeeperSearch = value > alpha + 700 && ss->doubleExtensions <= 6;
1174                 const bool doShallowerSearch  = value < bestValue + newDepth;
1175
1176                 ss->doubleExtensions = ss->doubleExtensions + doEvenDeeperSearch;
1177
1178                 newDepth += doDeeperSearch - doShallowerSearch + doEvenDeeperSearch;
1179
1180                 if (newDepth > d)
1181                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1182
1183                 int bonus = value <= alpha ? -stat_bonus(newDepth)
1184                           : value >= beta  ? stat_bonus(newDepth)
1185                                            : 0;
1186
1187                 update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1188             }
1189         }
1190
1191         // Step 18. Full-depth search when LMR is skipped
1192         else if (!PvNode || moveCount > 1)
1193         {
1194             // Increase reduction for cut nodes and not ttMove (~1 Elo)
1195             if (!ttMove && cutNode)
1196                 r += 2;
1197
1198             // Note that if expected reduction is high, we reduce search depth by 1 here
1199             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth - (r > 3), !cutNode);
1200         }
1201
1202         // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail high,
1203         // otherwise let the parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1204         if (PvNode && (moveCount == 1 || value > alpha))
1205         {
1206             (ss + 1)->pv    = pv;
1207             (ss + 1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1208
1209             value = -search<PV>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1210         }
1211
1212         // Step 19. Undo move
1213         pos.undo_move(move);
1214
1215         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1216
1217         // Step 20. Check for a new best move
1218         // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1219         // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1220         // updating best move, PV and TT.
1221         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1222             return VALUE_ZERO;
1223
1224         if (rootNode)
1225         {
1226             RootMove& rm =
1227               *std::find(thisThread->rootMoves.begin(), thisThread->rootMoves.end(), move);
1228
1229             rm.averageScore =
1230               rm.averageScore != -VALUE_INFINITE ? (2 * value + rm.averageScore) / 3 : value;
1231
1232             // PV move or new best move?
1233             if (moveCount == 1 || value > alpha)
1234             {
1235                 rm.score = rm.uciScore = value;
1236                 rm.selDepth            = thisThread->selDepth;
1237                 rm.scoreLowerbound = rm.scoreUpperbound = false;
1238
1239                 if (value >= beta)
1240                 {
1241                     rm.scoreLowerbound = true;
1242                     rm.uciScore        = beta;
1243                 }
1244                 else if (value <= alpha)
1245                 {
1246                     rm.scoreUpperbound = true;
1247                     rm.uciScore        = alpha;
1248                 }
1249
1250                 rm.pv.resize(1);
1251
1252                 assert((ss + 1)->pv);
1253
1254                 for (Move* m = (ss + 1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1255                     rm.pv.push_back(*m);
1256
1257                 // We record how often the best move has been changed in each iteration.
1258                 // This information is used for time management. In MultiPV mode,
1259                 // we must take care to only do this for the first PV line.
1260                 if (moveCount > 1 && !thisThread->pvIdx)
1261                     ++thisThread->bestMoveChanges;
1262             }
1263             else
1264                 // All other moves but the PV, are set to the lowest value: this
1265                 // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1266                 // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1267                 rm.score = -VALUE_INFINITE;
1268         }
1269
1270         if (value > bestValue)
1271         {
1272             bestValue = value;
1273
1274             if (value > alpha)
1275             {
1276                 bestMove = move;
1277
1278                 if (PvNode && !rootNode)  // Update pv even in fail-high case
1279                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1280
1281                 if (value >= beta)
1282                 {
1283                     ss->cutoffCnt += 1 + !ttMove;
1284                     assert(value >= beta);  // Fail high
1285                     break;
1286                 }
1287                 else
1288                 {
1289                     // Reduce other moves if we have found at least one score improvement (~2 Elo)
1290                     if (depth > 2 && depth < 12 && beta < 13828 && value > -11369)
1291                         depth -= 2;
1292
1293                     assert(depth > 0);
1294                     alpha = value;  // Update alpha! Always alpha < beta
1295                 }
1296             }
1297         }
1298
1299         // If the move is worse than some previously searched move,
1300         // remember it, to update its stats later.
1301         if (move != bestMove && moveCount <= 32)
1302         {
1303             if (capture)
1304                 capturesSearched[captureCount++] = move;
1305
1306             else
1307                 quietsSearched[quietCount++] = move;
1308         }
1309     }
1310
1311     // Step 21. Check for mate and stalemate
1312     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1313     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1314     // return a fail low score.
1315
1316     assert(moveCount || !ss->inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1317
1318     if (!moveCount)
1319         bestValue = excludedMove ? alpha : ss->inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1320
1321     // If there is a move that produces search value greater than alpha we update the stats of searched moves
1322     else if (bestMove)
1323         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq, quietsSearched, quietCount,
1324                          capturesSearched, captureCount, depth);
1325
1326     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1327     else if (!priorCapture && prevSq != SQ_NONE)
1328     {
1329         int bonus = (depth > 6) + (PvNode || cutNode) + (bestValue < alpha - 657)
1330                   + ((ss - 1)->moveCount > 10);
1331         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
1332                                       stat_bonus(depth) * bonus);
1333         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)]
1334           << stat_bonus(depth) * bonus * 61 / 100;
1335     }
1336
1337     if (PvNode)
1338         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1339
1340     // If no good move is found and the previous position was ttPv, then the previous
1341     // opponent move is probably good and the new position is added to the search tree. (~7 Elo)
1342     if (bestValue <= alpha)
1343         ss->ttPv = ss->ttPv || ((ss - 1)->ttPv && depth > 3);
1344
1345     // Write gathered information in transposition table
1346     if (!excludedMove && !(rootNode && thisThread->pvIdx))
1347         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ss->ttPv,
1348                   bestValue >= beta    ? BOUND_LOWER
1349                   : PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT
1350                                        : BOUND_UPPER,
1351                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1352
1353     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1354
1355     return bestValue;
1356 }
1357
1358
1359 // Quiescence search function, which is called by the main search
1360 // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1361 // (~155 Elo)
1362 template<NodeType nodeType>
1363 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1364
1365     static_assert(nodeType != Root);
1366     constexpr bool PvNode = nodeType == PV;
1367
1368     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1369     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1370     assert(depth <= 0);
1371
1372     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
1373     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
1374     if (alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
1375     {
1376         alpha = value_draw(pos.this_thread());
1377         if (alpha >= beta)
1378             return alpha;
1379     }
1380
1381     Move      pv[MAX_PLY + 1];
1382     StateInfo st;
1383     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1384
1385     TTEntry* tte;
1386     Key      posKey;
1387     Move     ttMove, move, bestMove;
1388     Depth    ttDepth;
1389     Value    bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase;
1390     bool     pvHit, givesCheck, capture;
1391     int      moveCount;
1392     Color    us = pos.side_to_move();
1393
1394     // Step 1. Initialize node
1395     if (PvNode)
1396     {
1397         (ss + 1)->pv = pv;
1398         ss->pv[0]    = MOVE_NONE;
1399     }
1400
1401     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1402     bestMove           = MOVE_NONE;
1403     ss->inCheck        = pos.checkers();
1404     moveCount          = 0;
1405
1406     // Step 2. Check for an immediate draw or maximum ply reached
1407     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1408         return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1409
1410     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1411
1412     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1413     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1414     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1415     ttDepth = ss->inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1416
1417     // Step 3. Transposition table lookup
1418     posKey  = pos.key();
1419     tte     = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
1420     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1421     ttMove  = ss->ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1422     pvHit   = ss->ttHit && tte->is_pv();
1423
1424     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
1425     if (!PvNode && tte->depth() >= ttDepth
1426         && ttValue != VALUE_NONE  // Only in case of TT access race or if !ttHit
1427         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1428         return ttValue;
1429
1430     // Step 4. Static evaluation of the position
1431     if (ss->inCheck)
1432         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1433     else
1434     {
1435         if (ss->ttHit)
1436         {
1437             // Never assume anything about values stored in TT
1438             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1439                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1440
1441             // ttValue can be used as a better position evaluation (~13 Elo)
1442             if (ttValue != VALUE_NONE
1443                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1444                 bestValue = ttValue;
1445         }
1446         else
1447             // In case of null move search use previous static eval with a different sign
1448             ss->staticEval = bestValue =
1449               (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss - 1)->staticEval;
1450
1451         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1452         if (bestValue >= beta)
1453         {
1454             if (!ss->ttHit)
1455                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), false, BOUND_LOWER, DEPTH_NONE,
1456                           MOVE_NONE, ss->staticEval);
1457
1458             return bestValue;
1459         }
1460
1461         if (bestValue > alpha)
1462             alpha = bestValue;
1463
1464         futilityBase = ss->staticEval + 200;
1465     }
1466
1467     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
1468                                         (ss - 2)->continuationHistory};
1469
1470     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1471     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1472     // queen promotions, and other checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS)
1473     // will be generated.
1474     Square     prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
1475     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory,
1476                   contHist, thisThread->pawnHistory, prevSq);
1477
1478     int quietCheckEvasions = 0;
1479
1480     // Step 5. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
1481     // or a beta cutoff occurs.
1482     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1483     {
1484         assert(is_ok(move));
1485
1486         // Check for legality
1487         if (!pos.legal(move))
1488             continue;
1489
1490         givesCheck = pos.gives_check(move);
1491         capture    = pos.capture_stage(move);
1492
1493         moveCount++;
1494
1495         // Step 6. Pruning
1496         if (bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY && pos.non_pawn_material(us))
1497         {
1498             // Futility pruning and moveCount pruning (~10 Elo)
1499             if (!givesCheck && to_sq(move) != prevSq && futilityBase > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1500                 && type_of(move) != PROMOTION)
1501             {
1502                 if (moveCount > 2)
1503                     continue;
1504
1505                 futilityValue = futilityBase + PieceValue[pos.piece_on(to_sq(move))];
1506
1507                 // If static eval + value of piece we are going to capture is much lower
1508                 // than alpha we can prune this move.
1509                 if (futilityValue <= alpha)
1510                 {
1511                     bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1512                     continue;
1513                 }
1514
1515                 // If static eval is much lower than alpha and move is not winning material
1516                 // we can prune this move.
1517                 if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1518                 {
1519                     bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1520                     continue;
1521                 }
1522
1523                 // If static exchange evaluation is much worse than what is needed to not
1524                 // fall below alpha we can prune this move.
1525                 if (futilityBase > alpha && !pos.see_ge(move, (alpha - futilityBase) * 4))
1526                 {
1527                     bestValue = alpha;
1528                     continue;
1529                 }
1530             }
1531
1532             // We prune after the second quiet check evasion move, where being 'in check' is
1533             // implicitly checked through the counter, and being a 'quiet move' apart from
1534             // being a tt move is assumed after an increment because captures are pushed ahead.
1535             if (quietCheckEvasions > 1)
1536                 break;
1537
1538             // Continuation history based pruning (~3 Elo)
1539             if (!capture && (*contHist[0])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0
1540                 && (*contHist[1])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0)
1541                 continue;
1542
1543             // Do not search moves with bad enough SEE values (~5 Elo)
1544             if (!pos.see_ge(move, Value(-90)))
1545                 continue;
1546         }
1547
1548         // Speculative prefetch as early as possible
1549         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1550
1551         // Update the current move
1552         ss->currentMove = move;
1553         ss->continuationHistory =
1554           &thisThread
1555              ->continuationHistory[ss->inCheck][capture][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1556
1557         quietCheckEvasions += !capture && ss->inCheck;
1558
1559         // Step 7. Make and search the move
1560         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1561         value = -qsearch<nodeType>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, depth - 1);
1562         pos.undo_move(move);
1563
1564         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1565
1566         // Step 8. Check for a new best move
1567         if (value > bestValue)
1568         {
1569             bestValue = value;
1570
1571             if (value > alpha)
1572             {
1573                 bestMove = move;
1574
1575                 if (PvNode)  // Update pv even in fail-high case
1576                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1577
1578                 if (value < beta)  // Update alpha here!
1579                     alpha = value;
1580                 else
1581                     break;  // Fail high
1582             }
1583         }
1584     }
1585
1586     // Step 9. Check for mate
1587     // All legal moves have been searched. A special case: if we're in check
1588     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1589     if (ss->inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1590     {
1591         assert(!MoveList<LEGAL>(pos).size());
1592
1593         return mated_in(ss->ply);  // Plies to mate from the root
1594     }
1595
1596     // Save gathered info in transposition table
1597     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1598               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER, ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1599
1600     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1601
1602     return bestValue;
1603 }
1604
1605
1606 // Adjusts a mate or TB score from "plies to mate from the root"
1607 // to "plies to mate from the current position". Standard scores are unchanged.
1608 // The function is called before storing a value in the transposition table.
1609 Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1610
1611     assert(v != VALUE_NONE);
1612
1613     return v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY ? v + ply : v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1614 }
1615
1616
1617 // Inverse of value_to_tt(): it adjusts a mate or TB score
1618 // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated from
1619 // current position) to "plies to mate/be mated (TB win/loss) from the root".
1620 // However, to avoid potentially false mate scores related to the 50 moves rule
1621 // and the graph history interaction problem, we return an optimal TB score instead.
1622 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1623
1624     if (v == VALUE_NONE)
1625         return VALUE_NONE;
1626
1627     if (v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)  // TB win or better
1628     {
1629         if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE - v > 99 - r50c)
1630             return VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1;  // do not return a potentially false mate score
1631
1632         return v - ply;
1633     }
1634
1635     if (v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)  // TB loss or worse
1636     {
1637         if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE + v > 99 - r50c)
1638             return VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + 1;  // do not return a potentially false mate score
1639
1640         return v + ply;
1641     }
1642
1643     return v;
1644 }
1645
1646
1647 // Adds current move and appends child pv[]
1648 void update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv) {
1649
1650     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE;)
1651         *pv++ = *childPv++;
1652     *pv = MOVE_NONE;
1653 }
1654
1655
1656 // Updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1657 void update_all_stats(const Position& pos,
1658                       Stack*          ss,
1659                       Move            bestMove,
1660                       Value           bestValue,
1661                       Value           beta,
1662                       Square          prevSq,
1663                       Move*           quietsSearched,
1664                       int             quietCount,
1665                       Move*           capturesSearched,
1666                       int             captureCount,
1667                       Depth           depth) {
1668
1669     Color                  us             = pos.side_to_move();
1670     Thread*                thisThread     = pos.this_thread();
1671     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1672     Piece                  moved_piece    = pos.moved_piece(bestMove);
1673     PieceType              captured;
1674
1675     int quietMoveBonus = stat_bonus(depth + 1);
1676
1677     if (!pos.capture_stage(bestMove))
1678     {
1679         int bestMoveBonus = bestValue > beta + 168 ? quietMoveBonus      // larger bonus
1680                                                    : stat_bonus(depth);  // smaller bonus
1681
1682         // Increase stats for the best move in case it was a quiet move
1683         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bestMoveBonus);
1684         thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][moved_piece][to_sq(bestMove)]
1685           << quietMoveBonus;
1686
1687         // Decrease stats for all non-best quiet moves
1688         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1689         {
1690             thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][pos.moved_piece(quietsSearched[i])]
1691                                    [to_sq(quietsSearched[i])]
1692               << -bestMoveBonus;
1693             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -bestMoveBonus;
1694             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]),
1695                                           to_sq(quietsSearched[i]), -bestMoveBonus);
1696         }
1697     }
1698     else
1699     {
1700         // Increase stats for the best move in case it was a capture move
1701         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1702         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << quietMoveBonus;
1703     }
1704
1705     // Extra penalty for a quiet early move that was not a TT move or
1706     // main killer move in previous ply when it gets refuted.
1707     if (prevSq != SQ_NONE
1708         && ((ss - 1)->moveCount == 1 + (ss - 1)->ttHit
1709             || ((ss - 1)->currentMove == (ss - 1)->killers[0]))
1710         && !pos.captured_piece())
1711         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -quietMoveBonus);
1712
1713     // Decrease stats for all non-best capture moves
1714     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1715     {
1716         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1717         captured    = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1718         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -quietMoveBonus;
1719     }
1720 }
1721
1722
1723 // Updates histories of the move pairs formed
1724 // by moves at ply -1, -2, -4, and -6 with current move.
1725 void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1726
1727     for (int i : {1, 2, 3, 4, 6})
1728     {
1729         // Only update the first 2 continuation histories if we are in check
1730         if (ss->inCheck && i > 2)
1731             break;
1732         if (is_ok((ss - i)->currentMove))
1733             (*(ss - i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus / (1 + 3 * (i == 3));
1734     }
1735 }
1736
1737
1738 // Updates move sorting heuristics
1739 void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus) {
1740
1741     // Update killers
1742     if (ss->killers[0] != move)
1743     {
1744         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1745         ss->killers[0] = move;
1746     }
1747
1748     Color   us         = pos.side_to_move();
1749     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1750     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1751     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1752
1753     // Update countermove history
1754     if (is_ok((ss - 1)->currentMove))
1755     {
1756         Square prevSq                                          = to_sq((ss - 1)->currentMove);
1757         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1758     }
1759 }
1760
1761 // When playing with strength handicap, choose the best move among a set of RootMoves
1762 // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1763 Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1764
1765     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1766     static PRNG      rng(now());  // PRNG sequence should be non-deterministic
1767
1768     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1769     Value  topScore = rootMoves[0].score;
1770     int    delta    = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValue);
1771     int    maxScore = -VALUE_INFINITE;
1772     double weakness = 120 - 2 * level;
1773
1774     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1775     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1776     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1777     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1778     {
1779         // This is our magic formula
1780         int push = int((weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1781                         + delta * (rng.rand<unsigned>() % int(weakness)))
1782                        / 128);
1783
1784         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1785         {
1786             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1787             best     = rootMoves[i].pv[0];
1788         }
1789     }
1790
1791     return best;
1792 }
1793
1794 }  // namespace
1795
1796
1797 // Used to print debug info and, more importantly,
1798 // to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1799 void MainThread::check_time() {
1800
1801     if (--callsCnt > 0)
1802         return;
1803
1804     // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1805     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(512, int(Limits.nodes / 1024)) : 512;
1806
1807     static TimePoint lastInfoTime = now();
1808
1809     TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1810     TimePoint tick    = Limits.startTime + elapsed;
1811
1812     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1813     {
1814         lastInfoTime = tick;
1815         dbg_print();
1816     }
1817
1818     // We should not stop pondering until told so by the GUI
1819     if (ponder)
1820         return;
1821
1822     if ((Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() || stopOnPonderhit))
1823         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1824         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= uint64_t(Limits.nodes)))
1825         Threads.stop = true;
1826 }
1827
1828
1829 // Formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1830 // that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1831 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth) {
1832
1833     std::stringstream ss;
1834     TimePoint         elapsed       = Time.elapsed() + 1;
1835     const RootMoves&  rootMoves     = pos.this_thread()->rootMoves;
1836     size_t            pvIdx         = pos.this_thread()->pvIdx;
1837     size_t            multiPV       = std::min(size_t(Options["MultiPV"]), rootMoves.size());
1838     uint64_t          nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1839     uint64_t          tbHits        = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1840
1841     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1842     {
1843         bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1844
1845         if (depth == 1 && !updated && i > 0)
1846             continue;
1847
1848         Depth d = updated ? depth : std::max(1, depth - 1);
1849         Value v = updated ? rootMoves[i].uciScore : rootMoves[i].previousScore;
1850
1851         if (v == -VALUE_INFINITE)
1852             v = VALUE_ZERO;
1853
1854         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY;
1855         v       = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1856
1857         if (ss.rdbuf()->in_avail())  // Not at first line
1858             ss << "\n";
1859
1860         ss << "info"
1861            << " depth " << d << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth << " multipv " << i + 1
1862            << " score " << UCI::value(v);
1863
1864         if (Options["UCI_ShowWDL"])
1865             ss << UCI::wdl(v, pos.game_ply());
1866
1867         if (i == pvIdx && !tb && updated)  // tablebase- and previous-scores are exact
1868             ss << (rootMoves[i].scoreLowerbound
1869                      ? " lowerbound"
1870                      : (rootMoves[i].scoreUpperbound ? " upperbound" : ""));
1871
1872         ss << " nodes " << nodesSearched << " nps " << nodesSearched * 1000 / elapsed
1873            << " hashfull " << TT.hashfull() << " tbhits " << tbHits << " time " << elapsed << " pv";
1874
1875         for (Move m : rootMoves[i].pv)
1876             ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1877     }
1878
1879     return ss.str();
1880 }
1881
1882
1883 // Called in case we have no ponder move
1884 // before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1885 // fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1886 // otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think about.
1887 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1888
1889     StateInfo st;
1890     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1891
1892     bool ttHit;
1893
1894     assert(pv.size() == 1);
1895
1896     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1897         return false;
1898
1899     pos.do_move(pv[0], st);
1900     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1901
1902     if (ttHit)
1903     {
1904         Move m = tte->move();  // Local copy to be SMP safe
1905         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1906             pv.push_back(m);
1907     }
1908
1909     pos.undo_move(pv[0]);
1910     return pv.size() > 1;
1911 }
1912
1913 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1914
1915     RootInTB           = false;
1916     UseRule50          = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1917     ProbeDepth         = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1918     Cardinality        = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1919     bool dtz_available = true;
1920
1921     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1922     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1923     if (Cardinality > MaxCardinality)
1924     {
1925         Cardinality = MaxCardinality;
1926         ProbeDepth  = 0;
1927     }
1928
1929     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1930     {
1931         // Rank moves using DTZ tables
1932         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1933
1934         if (!RootInTB)
1935         {
1936             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1937             dtz_available = false;
1938             RootInTB      = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1939         }
1940     }
1941
1942     if (RootInTB)
1943     {
1944         // Sort moves according to TB rank
1945         std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1946                          [](const RootMove& a, const RootMove& b) { return a.tbRank > b.tbRank; });
1947
1948         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1949         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1950             Cardinality = 0;
1951     }
1952     else
1953     {
1954         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1955         for (auto& m : rootMoves)
1956             m.tbRank = 0;
1957     }
1958 }
1959
1960 }  // namespace Stockfish