]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
Set reduction to 0 if the move is a TT move
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2023 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include "search.h"
20
21 #include <algorithm>
22 #include <array>
23 #include <atomic>
24 #include <cassert>
25 #include <cmath>
26 #include <cstdlib>
27 #include <cstring>
28 #include <initializer_list>
29 #include <iostream>
30 #include <sstream>
31 #include <string>
32 #include <utility>
33
34 #include "bitboard.h"
35 #include "evaluate.h"
36 #include "misc.h"
37 #include "movegen.h"
38 #include "movepick.h"
39 #include "nnue/evaluate_nnue.h"
40 #include "nnue/nnue_common.h"
41 #include "position.h"
42 #include "syzygy/tbprobe.h"
43 #include "thread.h"
44 #include "timeman.h"
45 #include "tt.h"
46 #include "uci.h"
47
48 namespace Stockfish {
49
50 namespace Search {
51
52 LimitsType Limits;
53 }
54
55 namespace Tablebases {
56
57 int   Cardinality;
58 bool  RootInTB;
59 bool  UseRule50;
60 Depth ProbeDepth;
61 }
62
63 namespace TB = Tablebases;
64
65 using std::string;
66 using Eval::evaluate;
67 using namespace Search;
68
69 namespace {
70
71 // Different node types, used as a template parameter
72 enum NodeType {
73     NonPV,
74     PV,
75     Root
76 };
77
78 // Futility margin
79 Value futility_margin(Depth d, bool noTtCutNode, bool improving) {
80     return Value((125 - 43 * noTtCutNode) * (d - improving));
81 }
82
83 // Reductions lookup table initialized at startup
84 int Reductions[MAX_MOVES];  // [depth or moveNumber]
85
86 Depth reduction(bool i, Depth d, int mn, Value delta, Value rootDelta) {
87     int reductionScale = Reductions[d] * Reductions[mn];
88     return (reductionScale + 1487 - int(delta) * 976 / int(rootDelta)) / 1024
89          + (!i && reductionScale > 808);
90 }
91
92 constexpr int futility_move_count(bool improving, Depth depth) {
93     return improving ? (3 + depth * depth) : (3 + depth * depth) / 2;
94 }
95
96 // History and stats update bonus, based on depth
97 int stat_bonus(Depth d) { return std::min(357 * d - 483, 1511); }
98
99 // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3-fold blindness
100 Value value_draw(const Thread* thisThread) {
101     return VALUE_DRAW - 1 + Value(thisThread->nodes & 0x2);
102 }
103
104 // Skill structure is used to implement strength limit. If we have a UCI_Elo,
105 // we convert it to an appropriate skill level, anchored to the Stash engine.
106 // This method is based on a fit of the Elo results for games played between
107 // Stockfish at various skill levels and various versions of the Stash engine.
108 // Skill 0 .. 19 now covers CCRL Blitz Elo from 1320 to 3190, approximately
109 // Reference: https://github.com/vondele/Stockfish/commit/a08b8d4e9711c2
110 struct Skill {
111     Skill(int skill_level, int uci_elo) {
112         if (uci_elo)
113         {
114             double e = double(uci_elo - 1320) / (3190 - 1320);
115             level = std::clamp((((37.2473 * e - 40.8525) * e + 22.2943) * e - 0.311438), 0.0, 19.0);
116         }
117         else
118             level = double(skill_level);
119     }
120     bool enabled() const { return level < 20.0; }
121     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + int(level); }
122     Move pick_best(size_t multiPV);
123
124     double level;
125     Move   best = MOVE_NONE;
126 };
127
128 template<NodeType nodeType>
129 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
130
131 template<NodeType nodeType>
132 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = 0);
133
134 Value value_to_tt(Value v, int ply);
135 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c);
136 void  update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv);
137 void  update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
138 void  update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus);
139 void  update_all_stats(const Position& pos,
140                        Stack*          ss,
141                        Move            bestMove,
142                        Value           bestValue,
143                        Value           beta,
144                        Square          prevSq,
145                        Move*           quietsSearched,
146                        int             quietCount,
147                        Move*           capturesSearched,
148                        int             captureCount,
149                        Depth           depth);
150
151 // Utility to verify move generation. All the leaf nodes up
152 // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
153 template<bool Root>
154 uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
155
156     StateInfo st;
157     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
158
159     uint64_t   cnt, nodes = 0;
160     const bool leaf = (depth == 2);
161
162     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
163     {
164         if (Root && depth <= 1)
165             cnt = 1, nodes++;
166         else
167         {
168             pos.do_move(m, st);
169             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
170             nodes += cnt;
171             pos.undo_move(m);
172         }
173         if (Root)
174             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
175     }
176     return nodes;
177 }
178
179 }  // namespace
180
181
182 // Called at startup to initialize various lookup tables
183 void Search::init() {
184
185     for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
186         Reductions[i] = int((20.37 + std::log(Threads.size()) / 2) * std::log(i));
187 }
188
189
190 // Resets search state to its initial value
191 void Search::clear() {
192
193     Threads.main()->wait_for_search_finished();
194
195     Time.availableNodes = 0;
196     TT.clear();
197     Threads.clear();
198     Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]);  // Free mapped files
199 }
200
201
202 // Called when the program receives the UCI 'go'
203 // command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
204 void MainThread::search() {
205
206     if (Limits.perft)
207     {
208         nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
209         sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
210         return;
211     }
212
213     Color us = rootPos.side_to_move();
214     Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
215     TT.new_search();
216
217     Eval::NNUE::verify();
218
219     if (rootMoves.empty())
220     {
221         rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
222         sync_cout << "info depth 0 score "
223                   << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW) << sync_endl;
224     }
225     else
226     {
227         Threads.start_searching();  // start non-main threads
228         Thread::search();           // main thread start searching
229     }
230
231     // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
232     // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
233     // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
234     // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
235     // until the GUI sends one of those commands.
236
237     while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
238     {}  // Busy wait for a stop or a ponder reset
239
240     // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
241     // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
242     Threads.stop = true;
243
244     // Wait until all threads have finished
245     Threads.wait_for_search_finished();
246
247     // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
248     // the available ones before exiting.
249     if (Limits.npmsec)
250         Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
251
252     Thread* bestThread = this;
253     Skill   skill =
254       Skill(Options["Skill Level"], Options["UCI_LimitStrength"] ? int(Options["UCI_Elo"]) : 0);
255
256     if (int(Options["MultiPV"]) == 1 && !Limits.depth && !skill.enabled()
257         && rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
258         bestThread = Threads.get_best_thread();
259
260     bestPreviousScore        = bestThread->rootMoves[0].score;
261     bestPreviousAverageScore = bestThread->rootMoves[0].averageScore;
262
263     // Send again PV info if we have a new best thread
264     if (bestThread != this)
265         sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth) << sync_endl;
266
267     sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
268
269     if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1
270         || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
271         std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
272
273     std::cout << sync_endl;
274 }
275
276
277 // Main iterative deepening loop. It calls search()
278 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
279 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
280 void Thread::search() {
281
282     // Allocate stack with extra size to allow access from (ss - 7) to (ss + 2):
283     // (ss - 7) is needed for update_continuation_histories(ss - 1) which accesses (ss - 6),
284     // (ss + 2) is needed for initialization of cutOffCnt and killers.
285     Stack       stack[MAX_PLY + 10], *ss = stack + 7;
286     Move        pv[MAX_PLY + 1];
287     Value       alpha, beta, delta;
288     Move        lastBestMove      = MOVE_NONE;
289     Depth       lastBestMoveDepth = 0;
290     MainThread* mainThread        = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
291     double      timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
292     Color       us      = rootPos.side_to_move();
293     int         iterIdx = 0;
294
295     std::memset(ss - 7, 0, 10 * sizeof(Stack));
296     for (int i = 7; i > 0; --i)
297     {
298         (ss - i)->continuationHistory =
299           &this->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];  // Use as a sentinel
300         (ss - i)->staticEval = VALUE_NONE;
301     }
302
303     for (int i = 0; i <= MAX_PLY + 2; ++i)
304         (ss + i)->ply = i;
305
306     ss->pv = pv;
307
308     bestValue = -VALUE_INFINITE;
309
310     if (mainThread)
311     {
312         if (mainThread->bestPreviousScore == VALUE_INFINITE)
313             for (int i = 0; i < 4; ++i)
314                 mainThread->iterValue[i] = VALUE_ZERO;
315         else
316             for (int i = 0; i < 4; ++i)
317                 mainThread->iterValue[i] = mainThread->bestPreviousScore;
318     }
319
320     size_t multiPV = size_t(Options["MultiPV"]);
321     Skill skill(Options["Skill Level"], Options["UCI_LimitStrength"] ? int(Options["UCI_Elo"]) : 0);
322
323     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
324     // use behind-the-scenes to retrieve a set of possible moves.
325     if (skill.enabled())
326         multiPV = std::max(multiPV, size_t(4));
327
328     multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
329
330     int searchAgainCounter = 0;
331
332     // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
333     while (++rootDepth < MAX_PLY && !Threads.stop
334            && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
335     {
336         // Age out PV variability metric
337         if (mainThread)
338             totBestMoveChanges /= 2;
339
340         // Save the last iteration's scores before the first PV line is searched and
341         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
342         for (RootMove& rm : rootMoves)
343             rm.previousScore = rm.score;
344
345         size_t pvFirst = 0;
346         pvLast         = 0;
347
348         if (!Threads.increaseDepth)
349             searchAgainCounter++;
350
351         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
352         for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
353         {
354             if (pvIdx == pvLast)
355             {
356                 pvFirst = pvLast;
357                 for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
358                     if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
359                         break;
360             }
361
362             // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
363             selDepth = 0;
364
365             // Reset aspiration window starting size
366             Value avg = rootMoves[pvIdx].averageScore;
367             delta     = Value(10) + int(avg) * avg / 15335;
368             alpha     = std::max(avg - delta, -VALUE_INFINITE);
369             beta      = std::min(avg + delta, VALUE_INFINITE);
370
371             // Adjust optimism based on root move's averageScore (~4 Elo)
372             optimism[us]  = 103 * (avg + 33) / (std::abs(avg + 34) + 119);
373             optimism[~us] = -116 * (avg + 40) / (std::abs(avg + 12) + 123);
374
375             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
376             // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
377             // high/low anymore.
378             int failedHighCnt = 0;
379             while (true)
380             {
381                 // Adjust the effective depth searched, but ensure at least one effective increment
382                 // for every four searchAgain steps (see issue #2717).
383                 Depth adjustedDepth =
384                   std::max(1, rootDepth - failedHighCnt - 3 * (searchAgainCounter + 1) / 4);
385                 bestValue = Stockfish::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
386
387                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
388                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
389                 // first and eventually the new best one is set to -VALUE_INFINITE
390                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
391                 // new PV that goes to the front. Note that in the case of MultiPV
392                 // search the already searched PV lines are preserved.
393                 std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
394
395                 // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
396                 // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
397                 // the previous iteration.
398                 if (Threads.stop)
399                     break;
400
401                 // When failing high/low give some update (without cluttering
402                 // the UI) before a re-search.
403                 if (mainThread && multiPV == 1 && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
404                     && Time.elapsed() > 3000)
405                     sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
406
407                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
408                 // re-search, otherwise exit the loop.
409                 if (bestValue <= alpha)
410                 {
411                     beta  = (alpha + beta) / 2;
412                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
413
414                     failedHighCnt = 0;
415                     if (mainThread)
416                         mainThread->stopOnPonderhit = false;
417                 }
418                 else if (bestValue >= beta)
419                 {
420                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
421                     ++failedHighCnt;
422                 }
423                 else
424                     break;
425
426                 delta += delta / 3;
427
428                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
429             }
430
431             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
432             std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
433
434             if (mainThread && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
435                 sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
436         }
437
438         if (!Threads.stop)
439             completedDepth = rootDepth;
440
441         if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove)
442         {
443             lastBestMove      = rootMoves[0].pv[0];
444             lastBestMoveDepth = rootDepth;
445         }
446
447         // Have we found a "mate in x"?
448         if (Limits.mate && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
449             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
450             Threads.stop = true;
451
452         if (!mainThread)
453             continue;
454
455         // If the skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
456         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
457             skill.pick_best(multiPV);
458
459         // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
460         for (Thread* th : Threads)
461         {
462             totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
463             th->bestMoveChanges = 0;
464         }
465
466         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
467         if (Limits.use_time_management() && !Threads.stop && !mainThread->stopOnPonderhit)
468         {
469             double fallingEval = (66 + 14 * (mainThread->bestPreviousAverageScore - bestValue)
470                                   + 6 * (mainThread->iterValue[iterIdx] - bestValue))
471                                / 583.0;
472             fallingEval = std::clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
473
474             // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
475             timeReduction    = lastBestMoveDepth + 8 < completedDepth ? 1.56 : 0.69;
476             double reduction = (1.4 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.03 * timeReduction);
477             double bestMoveInstability = 1 + 1.79 * totBestMoveChanges / Threads.size();
478
479             double totalTime = Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability;
480
481             // Cap used time in case of a single legal move for a better viewer experience
482             if (rootMoves.size() == 1)
483                 totalTime = std::min(500.0, totalTime);
484
485             // Stop the search if we have exceeded the totalTime
486             if (Time.elapsed() > totalTime)
487             {
488                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
489                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
490                 if (mainThread->ponder)
491                     mainThread->stopOnPonderhit = true;
492                 else
493                     Threads.stop = true;
494             }
495             else if (!mainThread->ponder && Time.elapsed() > totalTime * 0.50)
496                 Threads.increaseDepth = false;
497             else
498                 Threads.increaseDepth = true;
499         }
500
501         mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
502         iterIdx                        = (iterIdx + 1) & 3;
503     }
504
505     if (!mainThread)
506         return;
507
508     mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
509
510     // If the skill level is enabled, swap the best PV line with the sub-optimal one
511     if (skill.enabled())
512         std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
513                                            skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
514 }
515
516
517 namespace {
518
519 // Main search function for both PV and non-PV nodes
520 template<NodeType nodeType>
521 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
522
523     constexpr bool PvNode   = nodeType != NonPV;
524     constexpr bool rootNode = nodeType == Root;
525
526     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
527     if (depth <= 0)
528         return qsearch < PvNode ? PV : NonPV > (pos, ss, alpha, beta);
529
530     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
531     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
532     if (!rootNode && alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
533     {
534         alpha = value_draw(pos.this_thread());
535         if (alpha >= beta)
536             return alpha;
537     }
538
539     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
540     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
541     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
542     assert(!(PvNode && cutNode));
543
544     Move      pv[MAX_PLY + 1], capturesSearched[32], quietsSearched[32];
545     StateInfo st;
546     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
547
548     TTEntry* tte;
549     Key      posKey;
550     Move     ttMove, move, excludedMove, bestMove;
551     Depth    extension, newDepth;
552     Value    bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, probCutBeta;
553     bool     givesCheck, improving, priorCapture, singularQuietLMR;
554     bool     capture, moveCountPruning, ttCapture;
555     Piece    movedPiece;
556     int      moveCount, captureCount, quietCount;
557
558     // Step 1. Initialize node
559     Thread* thisThread = pos.this_thread();
560     ss->inCheck        = pos.checkers();
561     priorCapture       = pos.captured_piece();
562     Color us           = pos.side_to_move();
563     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
564     bestValue                                             = -VALUE_INFINITE;
565     maxValue                                              = VALUE_INFINITE;
566
567     // Check for the available remaining time
568     if (thisThread == Threads.main())
569         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
570
571     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
572     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
573         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
574
575     if (!rootNode)
576     {
577         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
578         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply)
579             || ss->ply >= MAX_PLY)
580             return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos)
581                                                         : value_draw(pos.this_thread());
582
583         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
584         // would be at best mate_in(ss->ply + 1), but if alpha is already bigger because
585         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
586         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
587         // signs apply also in the opposite condition of being mated instead of giving
588         // mate. In this case, return a fail-high score.
589         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
590         beta  = std::min(mate_in(ss->ply + 1), beta);
591         if (alpha >= beta)
592             return alpha;
593     }
594     else
595         thisThread->rootDelta = beta - alpha;
596
597     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
598
599     (ss + 1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
600     (ss + 2)->killers[0] = (ss + 2)->killers[1] = MOVE_NONE;
601     (ss + 2)->cutoffCnt                         = 0;
602     ss->doubleExtensions                        = (ss - 1)->doubleExtensions;
603     Square prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
604     ss->statScore = 0;
605
606     // Step 4. Transposition table lookup.
607     excludedMove = ss->excludedMove;
608     posKey       = pos.key();
609     tte          = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
610     ttValue   = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
611     ttMove    = rootNode  ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
612               : ss->ttHit ? tte->move()
613                           : MOVE_NONE;
614     ttCapture = ttMove && pos.capture_stage(ttMove);
615
616     // At this point, if excluded, skip straight to step 6, static eval. However,
617     // to save indentation, we list the condition in all code between here and there.
618     if (!excludedMove)
619         ss->ttPv = PvNode || (ss->ttHit && tte->is_pv());
620
621     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
622     if (!PvNode && !excludedMove && tte->depth() > depth
623         && ttValue != VALUE_NONE  // Possible in case of TT access race or if !ttHit
624         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
625     {
626         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit (~2 Elo)
627         if (ttMove)
628         {
629             if (ttValue >= beta)
630             {
631                 // Bonus for a quiet ttMove that fails high (~2 Elo)
632                 if (!ttCapture)
633                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth));
634
635                 // Extra penalty for early quiet moves of
636                 // the previous ply (~0 Elo on STC, ~2 Elo on LTC).
637                 if (prevSq != SQ_NONE && (ss - 1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
638                     update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
639                                                   -stat_bonus(depth + 1));
640             }
641             // Penalty for a quiet ttMove that fails low (~1 Elo)
642             else if (!ttCapture)
643             {
644                 int penalty = -stat_bonus(depth);
645                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
646                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
647             }
648         }
649
650         // Partial workaround for the graph history interaction problem
651         // For high rule50 counts don't produce transposition table cutoffs.
652         if (pos.rule50_count() < 90)
653             return ttValue;
654     }
655
656     // Step 5. Tablebases probe
657     if (!rootNode && !excludedMove && TB::Cardinality)
658     {
659         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
660
661         if (piecesCount <= TB::Cardinality
662             && (piecesCount < TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth) && pos.rule50_count() == 0
663             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
664         {
665             TB::ProbeState err;
666             TB::WDLScore   wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
667
668             // Force check of time on the next occasion
669             if (thisThread == Threads.main())
670                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
671
672             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
673             {
674                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
675
676                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
677
678                 // use the range VALUE_MATE_IN_MAX_PLY to VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY to score
679                 value = wdl < -drawScore ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + ss->ply + 1
680                       : wdl > drawScore  ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - ss->ply - 1
681                                          : VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
682
683                 Bound b = wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
684                         : wdl > drawScore  ? BOUND_LOWER
685                                            : BOUND_EXACT;
686
687                 if (b == BOUND_EXACT || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
688                 {
689                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, b,
690                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6), MOVE_NONE, VALUE_NONE);
691
692                     return value;
693                 }
694
695                 if (PvNode)
696                 {
697                     if (b == BOUND_LOWER)
698                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
699                     else
700                         maxValue = value;
701                 }
702             }
703         }
704     }
705
706     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
707
708     // Step 6. Static evaluation of the position
709     if (ss->inCheck)
710     {
711         // Skip early pruning when in check
712         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
713         improving             = false;
714         goto moves_loop;
715     }
716     else if (excludedMove)
717     {
718         // Providing the hint that this node's accumulator will be used often
719         // brings significant Elo gain (~13 Elo).
720         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
721         eval = ss->staticEval;
722     }
723     else if (ss->ttHit)
724     {
725         // Never assume anything about values stored in TT
726         ss->staticEval = eval = tte->eval();
727         if (eval == VALUE_NONE)
728             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
729         else if (PvNode)
730             Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
731
732         // ttValue can be used as a better position evaluation (~7 Elo)
733         if (ttValue != VALUE_NONE && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
734             eval = ttValue;
735     }
736     else
737     {
738         ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
739         // Save static evaluation into the transposition table
740         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ss->ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
741     }
742
743     // Use static evaluation difference to improve quiet move ordering (~4 Elo)
744     if (is_ok((ss - 1)->currentMove) && !(ss - 1)->inCheck && !priorCapture)
745     {
746         int bonus = std::clamp(-18 * int((ss - 1)->staticEval + ss->staticEval), -1812, 1812);
747         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)] << bonus;
748         if (type_of(pos.piece_on(prevSq)) != PAWN && type_of((ss - 1)->currentMove) != PROMOTION)
749             thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][pos.piece_on(prevSq)][prevSq] << bonus / 4;
750     }
751
752     // Set up the improving flag, which is true if current static evaluation is
753     // bigger than the previous static evaluation at our turn (if we were in
754     // check at our previous move we look at static evaluation at move prior to it
755     // and if we were in check at move prior to it flag is set to true) and is
756     // false otherwise. The improving flag is used in various pruning heuristics.
757     improving = (ss - 2)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 2)->staticEval
758               : (ss - 4)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 4)->staticEval
759                                                    : true;
760
761     // Step 7. Razoring (~1 Elo)
762     // If eval is really low check with qsearch if it can exceed alpha, if it can't,
763     // return a fail low.
764     // Adjust razor margin according to cutoffCnt. (~1 Elo)
765     if (eval < alpha - 474 - (270 - 174 * ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)) * depth * depth)
766     {
767         value = qsearch<NonPV>(pos, ss, alpha - 1, alpha);
768         if (value < alpha)
769             return value;
770     }
771
772     // Step 8. Futility pruning: child node (~40 Elo)
773     // The depth condition is important for mate finding.
774     if (!ss->ttPv && depth < 9
775         && eval - futility_margin(depth, cutNode && !ss->ttHit, improving)
776                - (ss - 1)->statScore / 321
777              >= beta
778         && eval >= beta && eval < 29462  // smaller than TB wins
779         && (!ttMove || ttCapture))
780         return eval;
781
782     // Step 9. Null move search with verification search (~35 Elo)
783     if (!PvNode && (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL && (ss - 1)->statScore < 17257 && eval >= beta
784         && eval >= ss->staticEval && ss->staticEval >= beta - 24 * depth + 281 && !excludedMove
785         && pos.non_pawn_material(us) && ss->ply >= thisThread->nmpMinPly
786         && beta > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
787     {
788         assert(eval - beta >= 0);
789
790         // Null move dynamic reduction based on depth and eval
791         Depth R = std::min(int(eval - beta) / 152, 6) + depth / 3 + 4;
792
793         ss->currentMove         = MOVE_NULL;
794         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
795
796         pos.do_null_move(st);
797
798         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -beta, -beta + 1, depth - R, !cutNode);
799
800         pos.undo_null_move();
801
802         // Do not return unproven mate or TB scores
803         if (nullValue >= beta && nullValue < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
804         {
805             if (thisThread->nmpMinPly || depth < 14)
806                 return nullValue;
807
808             assert(!thisThread->nmpMinPly);  // Recursive verification is not allowed
809
810             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
811             // until ply exceeds nmpMinPly.
812             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth - R) / 4;
813
814             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta - 1, beta, depth - R, false);
815
816             thisThread->nmpMinPly = 0;
817
818             if (v >= beta)
819                 return nullValue;
820         }
821     }
822
823     // Step 10. Internal iterative reductions (~9 Elo)
824     // For PV nodes without a ttMove, we decrease depth by 2,
825     // or by 4 if the current position is present in the TT and
826     // the stored depth is greater than or equal to the current depth.
827     // Use qsearch if depth <= 0.
828     if (PvNode && !ttMove)
829         depth -= 2 + 2 * (ss->ttHit && tte->depth() >= depth);
830
831     if (depth <= 0)
832         return qsearch<PV>(pos, ss, alpha, beta);
833
834     // For cutNodes without a ttMove, we decrease depth by 2
835     // if current depth >= 8.
836     if (cutNode && depth >= 8 && !ttMove)
837         depth -= 2;
838
839     probCutBeta = beta + 168 - 70 * improving;
840
841     // Step 11. ProbCut (~10 Elo)
842     // If we have a good enough capture (or queen promotion) and a reduced search returns a value
843     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
844     if (
845       !PvNode && depth > 3
846       && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY
847       // If value from transposition table is lower than probCutBeta, don't attempt probCut
848       // there and in further interactions with transposition table cutoff depth is set to depth - 3
849       // because probCut search has depth set to depth - 4 but we also do a move before it
850       // So effective depth is equal to depth - 3
851       && !(tte->depth() >= depth - 3 && ttValue != VALUE_NONE && ttValue < probCutBeta))
852     {
853         assert(probCutBeta < VALUE_INFINITE);
854
855         MovePicker mp(pos, ttMove, probCutBeta - ss->staticEval, &captureHistory,
856                       thisThread->pawnHistory);
857
858         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
859             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
860             {
861                 assert(pos.capture_stage(move));
862
863                 // Prefetch the TT entry for the resulting position
864                 prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
865
866                 ss->currentMove = move;
867                 ss->continuationHistory =
868                   &thisThread
869                      ->continuationHistory[ss->inCheck][true][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
870
871                 pos.do_move(move, st);
872
873                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
874                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1);
875
876                 // If the qsearch held, perform the regular search
877                 if (value >= probCutBeta)
878                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1, depth - 4,
879                                            !cutNode);
880
881                 pos.undo_move(move);
882
883                 if (value >= probCutBeta)
884                 {
885                     // Save ProbCut data into transposition table
886                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, BOUND_LOWER, depth - 3,
887                               move, ss->staticEval);
888                     return value - (probCutBeta - beta);
889                 }
890             }
891
892         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
893     }
894
895 moves_loop:  // When in check, search starts here
896
897     // Step 12. A small Probcut idea, when we are in check (~4 Elo)
898     probCutBeta = beta + 416;
899     if (ss->inCheck && !PvNode && ttCapture && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
900         && tte->depth() >= depth - 4 && ttValue >= probCutBeta
901         && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
902         return probCutBeta;
903
904     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
905                                         (ss - 2)->continuationHistory,
906                                         (ss - 3)->continuationHistory,
907                                         (ss - 4)->continuationHistory,
908                                         nullptr,
909                                         (ss - 6)->continuationHistory};
910
911     Move countermove =
912       prevSq != SQ_NONE ? thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] : MOVE_NONE;
913
914     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &captureHistory, contHist,
915                   thisThread->pawnHistory, countermove, ss->killers);
916
917     value            = bestValue;
918     moveCountPruning = singularQuietLMR = false;
919
920     // Indicate PvNodes that will probably fail low if the node was searched
921     // at a depth equal to or greater than the current depth, and the result
922     // of this search was a fail low.
923     bool likelyFailLow = PvNode && ttMove && (tte->bound() & BOUND_UPPER) && tte->depth() >= depth;
924
925     // Step 13. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
926     // or a beta cutoff occurs.
927     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
928     {
929         assert(is_ok(move));
930
931         if (move == excludedMove)
932             continue;
933
934         // Check for legality
935         if (!pos.legal(move))
936             continue;
937
938         // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
939         // Move List. In MultiPV mode we also skip PV moves that have been already
940         // searched and those of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
941         if (rootNode
942             && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
943                            thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
944             continue;
945
946         ss->moveCount = ++moveCount;
947
948         if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
949             sync_cout << "info depth " << depth << " currmove "
950                       << UCI::move(move, pos.is_chess960()) << " currmovenumber "
951                       << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
952         if (PvNode)
953             (ss + 1)->pv = nullptr;
954
955         extension  = 0;
956         capture    = pos.capture_stage(move);
957         movedPiece = pos.moved_piece(move);
958         givesCheck = pos.gives_check(move);
959
960         // Calculate new depth for this move
961         newDepth = depth - 1;
962
963         Value delta = beta - alpha;
964
965         Depth r = reduction(improving, depth, moveCount, delta, thisThread->rootDelta);
966
967         // Step 14. Pruning at shallow depth (~120 Elo).
968         // Depth conditions are important for mate finding.
969         if (!rootNode && pos.non_pawn_material(us) && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
970         {
971             // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold (~8 Elo)
972             if (!moveCountPruning)
973                 moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
974
975             // Reduced depth of the next LMR search
976             int lmrDepth = newDepth - r;
977
978             if (capture || givesCheck)
979             {
980                 // Futility pruning for captures (~2 Elo)
981                 if (!givesCheck && lmrDepth < 7 && !ss->inCheck)
982                 {
983                     Piece capturedPiece = pos.piece_on(to_sq(move));
984                     int   futilityEval =
985                       ss->staticEval + 239 + 291 * lmrDepth + PieceValue[capturedPiece]
986                       + captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(capturedPiece)] / 7;
987                     if (futilityEval < alpha)
988                         continue;
989                 }
990
991                 // SEE based pruning for captures and checks (~11 Elo)
992                 if (!pos.see_ge(move, Value(-185) * depth))
993                     continue;
994             }
995             else
996             {
997                 int history = (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
998                             + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
999                             + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1000                             + thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][movedPiece][to_sq(move)];
1001
1002                 // Continuation history based pruning (~2 Elo)
1003                 if (lmrDepth < 6 && history < -3645 * depth)
1004                     continue;
1005
1006                 history += 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)];
1007
1008                 lmrDepth += history / 7836;
1009                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, -1);
1010
1011                 // Futility pruning: parent node (~13 Elo)
1012                 if (!ss->inCheck && lmrDepth < 13
1013                     && ss->staticEval + (bestValue < ss->staticEval - 62 ? 123 : 77)
1014                            + 127 * lmrDepth
1015                          <= alpha)
1016                     continue;
1017
1018                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, 0);
1019
1020                 // Prune moves with negative SEE (~4 Elo)
1021                 if (!pos.see_ge(move, Value(-26 * lmrDepth * lmrDepth)))
1022                     continue;
1023             }
1024         }
1025
1026         // Step 15. Extensions (~100 Elo)
1027         // We take care to not overdo to avoid search getting stuck.
1028         if (ss->ply < thisThread->rootDepth * 2)
1029         {
1030             // Singular extension search (~94 Elo). If all moves but one fail low on a
1031             // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1032             // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1033             // a reduced search on the position excluding the ttMove and if the result
1034             // is lower than ttValue minus a margin, then we will extend the ttMove.
1035
1036             // Note: the depth margin and singularBeta margin are known for having non-linear
1037             // scaling. Their values are optimized to time controls of 180+1.8 and longer
1038             // so changing them requires tests at this type of time controls.
1039             // Recursive singular search is avoided.
1040             if (!rootNode && move == ttMove && !excludedMove
1041                 && depth >= 4 - (thisThread->completedDepth > 24) + 2 * (PvNode && tte->is_pv())
1042                 && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1043                 && tte->depth() >= depth - 3)
1044             {
1045                 Value singularBeta  = ttValue - (64 + 57 * (ss->ttPv && !PvNode)) * depth / 64;
1046                 Depth singularDepth = (depth - 1) / 2;
1047
1048                 ss->excludedMove = move;
1049                 value =
1050                   search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, singularDepth, cutNode);
1051                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1052
1053                 if (value < singularBeta)
1054                 {
1055                     extension        = 1;
1056                     singularQuietLMR = !ttCapture;
1057
1058                     // Avoid search explosion by limiting the number of double extensions
1059                     if (!PvNode && value < singularBeta - 18 && ss->doubleExtensions <= 11)
1060                     {
1061                         extension = 2;
1062                         depth += depth < 15;
1063                     }
1064                 }
1065
1066                 // Multi-cut pruning
1067                 // Our ttMove is assumed to fail high based on the bound of the TT entry,
1068                 // and if after excluding the ttMove with a reduced search we fail high over the original beta,
1069                 // we assume this expected cut-node is not singular (multiple moves fail high),
1070                 // and we can prune the whole subtree by returning a softbound.
1071                 else if (singularBeta >= beta)
1072                     return singularBeta;
1073
1074                 // Negative extensions
1075                 // If other moves failed high over (ttValue - margin) without the ttMove on a reduced search,
1076                 // but we cannot do multi-cut because (ttValue - margin) is lower than the original beta,
1077                 // we do not know if the ttMove is singular or can do a multi-cut,
1078                 // so we reduce the ttMove in favor of other moves based on some conditions:
1079
1080                 // If the ttMove is assumed to fail high over currnet beta (~7 Elo)
1081                 else if (ttValue >= beta)
1082                     extension = -2 - !PvNode;
1083
1084                 // If we are on a cutNode but the ttMove is not assumed to fail high over current beta (~1 Elo)
1085                 else if (cutNode)
1086                     extension = depth < 19 ? -2 : -1;
1087
1088                 // If the ttMove is assumed to fail low over the value of the reduced search (~1 Elo)
1089                 else if (ttValue <= value)
1090                     extension = -1;
1091             }
1092
1093             // Check extensions (~1 Elo)
1094             else if (givesCheck && depth > 9)
1095                 extension = 1;
1096
1097             // Quiet ttMove extensions (~1 Elo)
1098             else if (PvNode && move == ttMove && move == ss->killers[0]
1099                      && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 4194)
1100                 extension = 1;
1101         }
1102
1103         // Add extension to new depth
1104         newDepth += extension;
1105         ss->doubleExtensions = (ss - 1)->doubleExtensions + (extension == 2);
1106
1107         // Speculative prefetch as early as possible
1108         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1109
1110         // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1111         ss->currentMove = move;
1112         ss->continuationHistory =
1113           &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck][capture][movedPiece][to_sq(move)];
1114
1115         // Step 16. Make the move
1116         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1117
1118         // Decrease reduction if position is or has been on the PV (~4 Elo)
1119         if (ss->ttPv && !likelyFailLow)
1120             r -= cutNode && tte->depth() >= depth ? 3 : 2;
1121
1122         // Decrease reduction if opponent's move count is high (~1 Elo)
1123         if ((ss - 1)->moveCount > 7)
1124             r--;
1125
1126         // Increase reduction for cut nodes (~3 Elo)
1127         if (cutNode)
1128             r += 2;
1129
1130         // Increase reduction if ttMove is a capture (~3 Elo)
1131         if (ttCapture)
1132             r++;
1133
1134         // Decrease reduction for PvNodes (~2 Elo)
1135         if (PvNode)
1136             r--;
1137
1138         // Decrease reduction if a quiet ttMove has been singularly extended (~1 Elo)
1139         if (singularQuietLMR)
1140             r--;
1141
1142         // Increase reduction on repetition (~1 Elo)
1143         if (move == (ss - 4)->currentMove && pos.has_repeated())
1144             r += 2;
1145
1146         // Increase reduction if next ply has a lot of fail high (~5 Elo)
1147         if ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)
1148             r++;
1149
1150         // Set reduction to 0 for first generated move (ttMove)
1151         // Nullifies all previous reduction adjustments to ttMove and leaves only history to do them
1152         else if (move == ttMove)
1153             r = 0;
1154
1155         ss->statScore = 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1156                       + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1157                       + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1158                       + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)] - 3848;
1159
1160         // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~25 Elo)
1161         r -= ss->statScore / (10216 + 3855 * (depth > 5 && depth < 23));
1162
1163         // Step 17. Late moves reduction / extension (LMR, ~117 Elo)
1164         // We use various heuristics for the sons of a node after the first son has
1165         // been searched. In general, we would like to reduce them, but there are many
1166         // cases where we extend a son if it has good chances to be "interesting".
1167         if (depth >= 2 && moveCount > 1 + (PvNode && ss->ply <= 1)
1168             && (!ss->ttPv || !capture || (cutNode && (ss - 1)->moveCount > 1)))
1169         {
1170             // In general we want to cap the LMR depth search at newDepth, but when
1171             // reduction is negative, we allow this move a limited search extension
1172             // beyond the first move depth. This may lead to hidden double extensions.
1173             Depth d = std::clamp(newDepth - r, 1, newDepth + 1);
1174
1175             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, d, true);
1176
1177             // Do a full-depth search when reduced LMR search fails high
1178             if (value > alpha && d < newDepth)
1179             {
1180                 // Adjust full-depth search based on LMR results - if the result
1181                 // was good enough search deeper, if it was bad enough search shallower.
1182                 const bool doDeeperSearch     = value > (bestValue + 51 + 10 * (newDepth - d));
1183                 const bool doEvenDeeperSearch = value > alpha + 700 && ss->doubleExtensions <= 6;
1184                 const bool doShallowerSearch  = value < bestValue + newDepth;
1185
1186                 ss->doubleExtensions = ss->doubleExtensions + doEvenDeeperSearch;
1187
1188                 newDepth += doDeeperSearch - doShallowerSearch + doEvenDeeperSearch;
1189
1190                 if (newDepth > d)
1191                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1192
1193                 int bonus = value <= alpha ? -stat_bonus(newDepth)
1194                           : value >= beta  ? stat_bonus(newDepth)
1195                                            : 0;
1196
1197                 update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1198             }
1199         }
1200
1201         // Step 18. Full-depth search when LMR is skipped
1202         else if (!PvNode || moveCount > 1)
1203         {
1204             // Increase reduction for cut nodes without ttMove (~1 Elo)
1205             if (!ttMove && cutNode)
1206                 r += 2;
1207
1208             // Note that if expected reduction is high, we reduce search depth by 1 here
1209             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth - (r > 3), !cutNode);
1210         }
1211
1212         // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail high,
1213         // otherwise let the parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1214         if (PvNode && (moveCount == 1 || value > alpha))
1215         {
1216             (ss + 1)->pv    = pv;
1217             (ss + 1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1218
1219             value = -search<PV>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1220         }
1221
1222         // Step 19. Undo move
1223         pos.undo_move(move);
1224
1225         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1226
1227         // Step 20. Check for a new best move
1228         // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1229         // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1230         // updating best move, PV and TT.
1231         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1232             return VALUE_ZERO;
1233
1234         if (rootNode)
1235         {
1236             RootMove& rm =
1237               *std::find(thisThread->rootMoves.begin(), thisThread->rootMoves.end(), move);
1238
1239             rm.averageScore =
1240               rm.averageScore != -VALUE_INFINITE ? (2 * value + rm.averageScore) / 3 : value;
1241
1242             // PV move or new best move?
1243             if (moveCount == 1 || value > alpha)
1244             {
1245                 rm.score = rm.uciScore = value;
1246                 rm.selDepth            = thisThread->selDepth;
1247                 rm.scoreLowerbound = rm.scoreUpperbound = false;
1248
1249                 if (value >= beta)
1250                 {
1251                     rm.scoreLowerbound = true;
1252                     rm.uciScore        = beta;
1253                 }
1254                 else if (value <= alpha)
1255                 {
1256                     rm.scoreUpperbound = true;
1257                     rm.uciScore        = alpha;
1258                 }
1259
1260                 rm.pv.resize(1);
1261
1262                 assert((ss + 1)->pv);
1263
1264                 for (Move* m = (ss + 1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1265                     rm.pv.push_back(*m);
1266
1267                 // We record how often the best move has been changed in each iteration.
1268                 // This information is used for time management. In MultiPV mode,
1269                 // we must take care to only do this for the first PV line.
1270                 if (moveCount > 1 && !thisThread->pvIdx)
1271                     ++thisThread->bestMoveChanges;
1272             }
1273             else
1274                 // All other moves but the PV, are set to the lowest value: this
1275                 // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1276                 // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1277                 rm.score = -VALUE_INFINITE;
1278         }
1279
1280         if (value > bestValue)
1281         {
1282             bestValue = value;
1283
1284             if (value > alpha)
1285             {
1286                 bestMove = move;
1287
1288                 if (PvNode && !rootNode)  // Update pv even in fail-high case
1289                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1290
1291                 if (value >= beta)
1292                 {
1293                     ss->cutoffCnt += 1 + !ttMove;
1294                     assert(value >= beta);  // Fail high
1295                     break;
1296                 }
1297                 else
1298                 {
1299                     // Reduce other moves if we have found at least one score improvement (~2 Elo)
1300                     if (depth > 2 && depth < 12 && beta < 13828 && value > -11369)
1301                         depth -= 2;
1302
1303                     assert(depth > 0);
1304                     alpha = value;  // Update alpha! Always alpha < beta
1305                 }
1306             }
1307         }
1308
1309         // If the move is worse than some previously searched move,
1310         // remember it, to update its stats later.
1311         if (move != bestMove && moveCount <= 32)
1312         {
1313             if (capture)
1314                 capturesSearched[captureCount++] = move;
1315
1316             else
1317                 quietsSearched[quietCount++] = move;
1318         }
1319     }
1320
1321     // Step 21. Check for mate and stalemate
1322     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1323     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1324     // return a fail low score.
1325
1326     assert(moveCount || !ss->inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1327
1328     if (!moveCount)
1329         bestValue = excludedMove ? alpha : ss->inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1330
1331     // If there is a move that produces search value greater than alpha we update the stats of searched moves
1332     else if (bestMove)
1333         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq, quietsSearched, quietCount,
1334                          capturesSearched, captureCount, depth);
1335
1336     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1337     else if (!priorCapture && prevSq != SQ_NONE)
1338     {
1339         int bonus = (depth > 6) + (PvNode || cutNode) + (bestValue < alpha - 657)
1340                   + ((ss - 1)->moveCount > 10);
1341         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
1342                                       stat_bonus(depth) * bonus);
1343         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)]
1344           << stat_bonus(depth) * bonus / 2;
1345     }
1346
1347     if (PvNode)
1348         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1349
1350     // If no good move is found and the previous position was ttPv, then the previous
1351     // opponent move is probably good and the new position is added to the search tree. (~7 Elo)
1352     if (bestValue <= alpha)
1353         ss->ttPv = ss->ttPv || ((ss - 1)->ttPv && depth > 3);
1354
1355     // Write gathered information in transposition table
1356     if (!excludedMove && !(rootNode && thisThread->pvIdx))
1357         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ss->ttPv,
1358                   bestValue >= beta    ? BOUND_LOWER
1359                   : PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT
1360                                        : BOUND_UPPER,
1361                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1362
1363     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1364
1365     return bestValue;
1366 }
1367
1368
1369 // Quiescence search function, which is called by the main search
1370 // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1371 // (~155 Elo)
1372 template<NodeType nodeType>
1373 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1374
1375     static_assert(nodeType != Root);
1376     constexpr bool PvNode = nodeType == PV;
1377
1378     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1379     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1380     assert(depth <= 0);
1381
1382     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
1383     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
1384     if (alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
1385     {
1386         alpha = value_draw(pos.this_thread());
1387         if (alpha >= beta)
1388             return alpha;
1389     }
1390
1391     Move      pv[MAX_PLY + 1];
1392     StateInfo st;
1393     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1394
1395     TTEntry* tte;
1396     Key      posKey;
1397     Move     ttMove, move, bestMove;
1398     Depth    ttDepth;
1399     Value    bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase;
1400     bool     pvHit, givesCheck, capture;
1401     int      moveCount;
1402     Color    us = pos.side_to_move();
1403
1404     // Step 1. Initialize node
1405     if (PvNode)
1406     {
1407         (ss + 1)->pv = pv;
1408         ss->pv[0]    = MOVE_NONE;
1409     }
1410
1411     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1412     bestMove           = MOVE_NONE;
1413     ss->inCheck        = pos.checkers();
1414     moveCount          = 0;
1415
1416     // Step 2. Check for an immediate draw or maximum ply reached
1417     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1418         return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1419
1420     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1421
1422     // Decide the replacement and cutoff priority of the qsearch TT entries
1423     ttDepth = ss->inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1424
1425     // Step 3. Transposition table lookup
1426     posKey  = pos.key();
1427     tte     = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
1428     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1429     ttMove  = ss->ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1430     pvHit   = ss->ttHit && tte->is_pv();
1431
1432     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
1433     if (!PvNode && tte->depth() >= ttDepth
1434         && ttValue != VALUE_NONE  // Only in case of TT access race or if !ttHit
1435         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1436         return ttValue;
1437
1438     // Step 4. Static evaluation of the position
1439     if (ss->inCheck)
1440         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1441     else
1442     {
1443         if (ss->ttHit)
1444         {
1445             // Never assume anything about values stored in TT
1446             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1447                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1448
1449             // ttValue can be used as a better position evaluation (~13 Elo)
1450             if (ttValue != VALUE_NONE
1451                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1452                 bestValue = ttValue;
1453         }
1454         else
1455             // In case of null move search use previous static eval with a different sign
1456             ss->staticEval = bestValue =
1457               (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss - 1)->staticEval;
1458
1459         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1460         if (bestValue >= beta)
1461         {
1462             if (!ss->ttHit)
1463                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), false, BOUND_LOWER, DEPTH_NONE,
1464                           MOVE_NONE, ss->staticEval);
1465
1466             return bestValue;
1467         }
1468
1469         if (bestValue > alpha)
1470             alpha = bestValue;
1471
1472         futilityBase = ss->staticEval + 200;
1473     }
1474
1475     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
1476                                         (ss - 2)->continuationHistory};
1477
1478     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1479     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1480     // queen promotions, and other checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS)
1481     // will be generated.
1482     Square     prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
1483     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory,
1484                   contHist, thisThread->pawnHistory, prevSq);
1485
1486     int quietCheckEvasions = 0;
1487
1488     // Step 5. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
1489     // or a beta cutoff occurs.
1490     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1491     {
1492         assert(is_ok(move));
1493
1494         // Check for legality
1495         if (!pos.legal(move))
1496             continue;
1497
1498         givesCheck = pos.gives_check(move);
1499         capture    = pos.capture_stage(move);
1500
1501         moveCount++;
1502
1503         // Step 6. Pruning
1504         if (bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY && pos.non_pawn_material(us))
1505         {
1506             // Futility pruning and moveCount pruning (~10 Elo)
1507             if (!givesCheck && to_sq(move) != prevSq && futilityBase > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1508                 && type_of(move) != PROMOTION)
1509             {
1510                 if (moveCount > 2)
1511                     continue;
1512
1513                 futilityValue = futilityBase + PieceValue[pos.piece_on(to_sq(move))];
1514
1515                 // If static eval + value of piece we are going to capture is much lower
1516                 // than alpha we can prune this move.
1517                 if (futilityValue <= alpha)
1518                 {
1519                     bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1520                     continue;
1521                 }
1522
1523                 // If static eval is much lower than alpha and move is not winning material
1524                 // we can prune this move.
1525                 if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1526                 {
1527                     bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1528                     continue;
1529                 }
1530
1531                 // If static exchange evaluation is much worse than what is needed to not
1532                 // fall below alpha we can prune this move.
1533                 if (futilityBase > alpha && !pos.see_ge(move, (alpha - futilityBase) * 4))
1534                 {
1535                     bestValue = alpha;
1536                     continue;
1537                 }
1538             }
1539
1540             // We prune after the second quiet check evasion move, where being 'in check' is
1541             // implicitly checked through the counter, and being a 'quiet move' apart from
1542             // being a tt move is assumed after an increment because captures are pushed ahead.
1543             if (quietCheckEvasions > 1)
1544                 break;
1545
1546             // Continuation history based pruning (~3 Elo)
1547             if (!capture && (*contHist[0])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0
1548                 && (*contHist[1])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0)
1549                 continue;
1550
1551             // Do not search moves with bad enough SEE values (~5 Elo)
1552             if (!pos.see_ge(move, Value(-90)))
1553                 continue;
1554         }
1555
1556         // Speculative prefetch as early as possible
1557         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1558
1559         // Update the current move
1560         ss->currentMove = move;
1561         ss->continuationHistory =
1562           &thisThread
1563              ->continuationHistory[ss->inCheck][capture][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1564
1565         quietCheckEvasions += !capture && ss->inCheck;
1566
1567         // Step 7. Make and search the move
1568         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1569         value = -qsearch<nodeType>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, depth - 1);
1570         pos.undo_move(move);
1571
1572         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1573
1574         // Step 8. Check for a new best move
1575         if (value > bestValue)
1576         {
1577             bestValue = value;
1578
1579             if (value > alpha)
1580             {
1581                 bestMove = move;
1582
1583                 if (PvNode)  // Update pv even in fail-high case
1584                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1585
1586                 if (value < beta)  // Update alpha here!
1587                     alpha = value;
1588                 else
1589                     break;  // Fail high
1590             }
1591         }
1592     }
1593
1594     // Step 9. Check for mate
1595     // All legal moves have been searched. A special case: if we're in check
1596     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1597     if (ss->inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1598     {
1599         assert(!MoveList<LEGAL>(pos).size());
1600
1601         return mated_in(ss->ply);  // Plies to mate from the root
1602     }
1603
1604     // Save gathered info in transposition table
1605     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1606               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER, ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1607
1608     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1609
1610     return bestValue;
1611 }
1612
1613
1614 // Adjusts a mate or TB score from "plies to mate from the root"
1615 // to "plies to mate from the current position". Standard scores are unchanged.
1616 // The function is called before storing a value in the transposition table.
1617 Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1618
1619     assert(v != VALUE_NONE);
1620
1621     return v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY ? v + ply : v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1622 }
1623
1624
1625 // Inverse of value_to_tt(): it adjusts a mate or TB score
1626 // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated from
1627 // current position) to "plies to mate/be mated (TB win/loss) from the root".
1628 // However, to avoid potentially false mate scores related to the 50 moves rule
1629 // and the graph history interaction problem, we return an optimal TB score instead.
1630 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1631
1632     if (v == VALUE_NONE)
1633         return VALUE_NONE;
1634
1635     if (v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)  // TB win or better
1636     {
1637         if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE - v > 99 - r50c)
1638             return VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1;  // do not return a potentially false mate score
1639
1640         return v - ply;
1641     }
1642
1643     if (v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)  // TB loss or worse
1644     {
1645         if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE + v > 99 - r50c)
1646             return VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + 1;  // do not return a potentially false mate score
1647
1648         return v + ply;
1649     }
1650
1651     return v;
1652 }
1653
1654
1655 // Adds current move and appends child pv[]
1656 void update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv) {
1657
1658     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE;)
1659         *pv++ = *childPv++;
1660     *pv = MOVE_NONE;
1661 }
1662
1663
1664 // Updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1665 void update_all_stats(const Position& pos,
1666                       Stack*          ss,
1667                       Move            bestMove,
1668                       Value           bestValue,
1669                       Value           beta,
1670                       Square          prevSq,
1671                       Move*           quietsSearched,
1672                       int             quietCount,
1673                       Move*           capturesSearched,
1674                       int             captureCount,
1675                       Depth           depth) {
1676
1677     Color                  us             = pos.side_to_move();
1678     Thread*                thisThread     = pos.this_thread();
1679     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1680     Piece                  moved_piece    = pos.moved_piece(bestMove);
1681     PieceType              captured;
1682
1683     int quietMoveBonus = stat_bonus(depth + 1);
1684
1685     if (!pos.capture_stage(bestMove))
1686     {
1687         int bestMoveBonus = bestValue > beta + 168 ? quietMoveBonus      // larger bonus
1688                                                    : stat_bonus(depth);  // smaller bonus
1689
1690         // Increase stats for the best move in case it was a quiet move
1691         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bestMoveBonus);
1692         thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][moved_piece][to_sq(bestMove)]
1693           << quietMoveBonus;
1694
1695         // Decrease stats for all non-best quiet moves
1696         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1697         {
1698             thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][pos.moved_piece(quietsSearched[i])]
1699                                    [to_sq(quietsSearched[i])]
1700               << -bestMoveBonus;
1701             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -bestMoveBonus;
1702             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]),
1703                                           to_sq(quietsSearched[i]), -bestMoveBonus);
1704         }
1705     }
1706     else
1707     {
1708         // Increase stats for the best move in case it was a capture move
1709         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1710         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << quietMoveBonus;
1711     }
1712
1713     // Extra penalty for a quiet early move that was not a TT move or
1714     // main killer move in previous ply when it gets refuted.
1715     if (prevSq != SQ_NONE
1716         && ((ss - 1)->moveCount == 1 + (ss - 1)->ttHit
1717             || ((ss - 1)->currentMove == (ss - 1)->killers[0]))
1718         && !pos.captured_piece())
1719         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -quietMoveBonus);
1720
1721     // Decrease stats for all non-best capture moves
1722     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1723     {
1724         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1725         captured    = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1726         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -quietMoveBonus;
1727     }
1728 }
1729
1730
1731 // Updates histories of the move pairs formed
1732 // by moves at ply -1, -2, -3, -4, and -6 with current move.
1733 void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1734
1735     for (int i : {1, 2, 3, 4, 6})
1736     {
1737         // Only update the first 2 continuation histories if we are in check
1738         if (ss->inCheck && i > 2)
1739             break;
1740         if (is_ok((ss - i)->currentMove))
1741             (*(ss - i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus / (1 + 3 * (i == 3));
1742     }
1743 }
1744
1745
1746 // Updates move sorting heuristics
1747 void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus) {
1748
1749     // Update killers
1750     if (ss->killers[0] != move)
1751     {
1752         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1753         ss->killers[0] = move;
1754     }
1755
1756     Color   us         = pos.side_to_move();
1757     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1758     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1759     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1760
1761     // Update countermove history
1762     if (is_ok((ss - 1)->currentMove))
1763     {
1764         Square prevSq                                          = to_sq((ss - 1)->currentMove);
1765         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1766     }
1767 }
1768
1769 // When playing with strength handicap, choose the best move among a set of RootMoves
1770 // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1771 Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1772
1773     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1774     static PRNG      rng(now());  // PRNG sequence should be non-deterministic
1775
1776     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1777     Value  topScore = rootMoves[0].score;
1778     int    delta    = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValue);
1779     int    maxScore = -VALUE_INFINITE;
1780     double weakness = 120 - 2 * level;
1781
1782     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1783     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1784     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1785     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1786     {
1787         // This is our magic formula
1788         int push = int((weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1789                         + delta * (rng.rand<unsigned>() % int(weakness)))
1790                        / 128);
1791
1792         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1793         {
1794             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1795             best     = rootMoves[i].pv[0];
1796         }
1797     }
1798
1799     return best;
1800 }
1801
1802 }  // namespace
1803
1804
1805 // Used to print debug info and, more importantly,
1806 // to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1807 void MainThread::check_time() {
1808
1809     if (--callsCnt > 0)
1810         return;
1811
1812     // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1813     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(512, int(Limits.nodes / 1024)) : 512;
1814
1815     static TimePoint lastInfoTime = now();
1816
1817     TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1818     TimePoint tick    = Limits.startTime + elapsed;
1819
1820     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1821     {
1822         lastInfoTime = tick;
1823         dbg_print();
1824     }
1825
1826     // We should not stop pondering until told so by the GUI
1827     if (ponder)
1828         return;
1829
1830     if ((Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() || stopOnPonderhit))
1831         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1832         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= uint64_t(Limits.nodes)))
1833         Threads.stop = true;
1834 }
1835
1836
1837 // Formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1838 // that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1839 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth) {
1840
1841     std::stringstream ss;
1842     TimePoint         elapsed       = Time.elapsed() + 1;
1843     const RootMoves&  rootMoves     = pos.this_thread()->rootMoves;
1844     size_t            pvIdx         = pos.this_thread()->pvIdx;
1845     size_t            multiPV       = std::min(size_t(Options["MultiPV"]), rootMoves.size());
1846     uint64_t          nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1847     uint64_t          tbHits        = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1848
1849     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1850     {
1851         bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1852
1853         if (depth == 1 && !updated && i > 0)
1854             continue;
1855
1856         Depth d = updated ? depth : std::max(1, depth - 1);
1857         Value v = updated ? rootMoves[i].uciScore : rootMoves[i].previousScore;
1858
1859         if (v == -VALUE_INFINITE)
1860             v = VALUE_ZERO;
1861
1862         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY;
1863         v       = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1864
1865         if (ss.rdbuf()->in_avail())  // Not at first line
1866             ss << "\n";
1867
1868         ss << "info"
1869            << " depth " << d << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth << " multipv " << i + 1
1870            << " score " << UCI::value(v);
1871
1872         if (Options["UCI_ShowWDL"])
1873             ss << UCI::wdl(v, pos.game_ply());
1874
1875         if (i == pvIdx && !tb && updated)  // tablebase- and previous-scores are exact
1876             ss << (rootMoves[i].scoreLowerbound
1877                      ? " lowerbound"
1878                      : (rootMoves[i].scoreUpperbound ? " upperbound" : ""));
1879
1880         ss << " nodes " << nodesSearched << " nps " << nodesSearched * 1000 / elapsed
1881            << " hashfull " << TT.hashfull() << " tbhits " << tbHits << " time " << elapsed << " pv";
1882
1883         for (Move m : rootMoves[i].pv)
1884             ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1885     }
1886
1887     return ss.str();
1888 }
1889
1890
1891 // Called in case we have no ponder move
1892 // before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1893 // fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1894 // otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think about.
1895 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1896
1897     StateInfo st;
1898     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1899
1900     bool ttHit;
1901
1902     assert(pv.size() == 1);
1903
1904     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1905         return false;
1906
1907     pos.do_move(pv[0], st);
1908     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1909
1910     if (ttHit)
1911     {
1912         Move m = tte->move();  // Local copy to be SMP safe
1913         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1914             pv.push_back(m);
1915     }
1916
1917     pos.undo_move(pv[0]);
1918     return pv.size() > 1;
1919 }
1920
1921 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1922
1923     RootInTB           = false;
1924     UseRule50          = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1925     ProbeDepth         = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1926     Cardinality        = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1927     bool dtz_available = true;
1928
1929     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1930     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1931     if (Cardinality > MaxCardinality)
1932     {
1933         Cardinality = MaxCardinality;
1934         ProbeDepth  = 0;
1935     }
1936
1937     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1938     {
1939         // Rank moves using DTZ tables
1940         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1941
1942         if (!RootInTB)
1943         {
1944             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1945             dtz_available = false;
1946             RootInTB      = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1947         }
1948     }
1949
1950     if (RootInTB)
1951     {
1952         // Sort moves according to TB rank
1953         std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1954                          [](const RootMove& a, const RootMove& b) { return a.tbRank > b.tbRank; });
1955
1956         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1957         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1958             Cardinality = 0;
1959     }
1960     else
1961     {
1962         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1963         for (auto& m : rootMoves)
1964             m.tbRank = 0;
1965     }
1966 }
1967
1968 }  // namespace Stockfish