Update comments in LMR step
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   StateStackPtr SetupStates;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   uint64_t Hits;
50   bool RootInTB;
51   bool UseRule50;
52   Depth ProbeDepth;
53   Value Score;
54 }
55
56 namespace TB = Tablebases;
57
58 using std::string;
59 using Eval::evaluate;
60 using namespace Search;
61
62 namespace {
63
64   // Different node types, used as template parameter
65   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
66
67   // Razoring and futility margin based on depth
68   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
69   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
70
71   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
72   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
73   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Skill struct is used to implement strength limiting
80   struct Skill {
81     Skill(int l) : level(l) {}
82     bool enabled() const { return level < 20; }
83     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
84     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
85     Move pick_best(size_t multiPV);
86
87     int level;
88     Move best = MOVE_NONE;
89   };
90
91   // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
92   // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
93   struct EasyMoveManager {
94
95     void clear() {
96       stableCnt = 0;
97       expectedPosKey = 0;
98       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
99     }
100
101     Move get(Key key) const {
102       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
103     }
104
105     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
106
107       assert(newPv.size() >= 3);
108
109       // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
110       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
111
112       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
113       {
114           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
115
116           StateInfo st[2];
117           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
118           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
119           expectedPosKey = pos.key();
120           pos.undo_move(newPv[1]);
121           pos.undo_move(newPv[0]);
122       }
123     }
124
125     int stableCnt;
126     Key expectedPosKey;
127     Move pv[3];
128   };
129
130   EasyMoveManager EasyMove;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMovesHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190
191   Threads.main()->previousMoveScore = VALUE_INFINITE;
192 }
193
194
195 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
196 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
197 template<bool Root>
198 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
199
200   StateInfo st;
201   uint64_t cnt, nodes = 0;
202   CheckInfo ci(pos);
203   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
204
205   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
206   {
207       if (Root && depth <= ONE_PLY)
208           cnt = 1, nodes++;
209       else
210       {
211           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
212           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
213           nodes += cnt;
214           pos.undo_move(m);
215       }
216       if (Root)
217           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
218   }
219   return nodes;
220 }
221
222 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
223
224
225 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
226 /// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
227 /// the "bestmove" to output.
228
229 void MainThread::search() {
230
231   Color us = rootPos.side_to_move();
232   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
233
234   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
235   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
236   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
237
238   TB::Hits = 0;
239   TB::RootInTB = false;
240   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
241   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
242   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
243
244   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
245   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
246   {
247       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
248       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
249   }
250
251   if (rootMoves.empty())
252   {
253       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
254       sync_cout << "info depth 0 score "
255                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
256                 << sync_endl;
257   }
258   else
259   {
260       if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
261                             + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
262       {
263           // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
264           // contains only moves that preserve the draw or win.
265           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
266
267           if (TB::RootInTB)
268               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
269
270           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
271           {
272               // Filter out moves that do not preserve a draw or win
273               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
274
275               // Only probe during search if winning
276               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
277                   TB::Cardinality = 0;
278           }
279
280           if (TB::RootInTB)
281           {
282               TB::Hits = rootMoves.size();
283
284               if (!TB::UseRule50)
285                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
286                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
287                                                       :  VALUE_DRAW;
288           }
289       }
290
291       for (Thread* th : Threads)
292       {
293           th->maxPly = 0;
294           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
295           if (th != this)
296           {
297               th->rootPos = Position(rootPos, th);
298               th->rootMoves = rootMoves;
299               th->start_searching();
300           }
301       }
302
303       Thread::search(); // Let's start searching!
304   }
305
306   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
307   // the available ones before to exit.
308   if (Limits.npmsec)
309       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
310
311   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
312   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
313   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
314   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
315   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
316   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
317   {
318       Signals.stopOnPonderhit = true;
319       wait(Signals.stop);
320   }
321
322   // Stop the threads if not already stopped
323   Signals.stop = true;
324
325   // Wait until all threads have finished
326   for (Thread* th : Threads)
327       if (th != this)
328           th->wait_for_search_finished();
329
330   // Check if there are threads with a better score than main thread
331   Thread* bestThread = this;
332   if (   !this->easyMovePlayed
333       &&  Options["MultiPV"] == 1
334       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
335   {
336       for (Thread* th : Threads)
337           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
338               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
339               bestThread = th;
340   }
341
342   previousMoveScore = bestThread->rootMoves[0].score;
343
344   // Send new PV when needed
345   if (bestThread != this)
346       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
347
348   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
349
350   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
351       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
352
353   std::cout << sync_endl;
354 }
355
356
357 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
358 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
359 // consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
360
361 void Thread::search() {
362
363   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
364   Value bestValue, alpha, beta, delta;
365   Move easyMove = MOVE_NONE;
366   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
367
368   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
369
370   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
371   beta = VALUE_INFINITE;
372   completedDepth = DEPTH_ZERO;
373
374   if (mainThread)
375   {
376       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
377       EasyMove.clear();
378       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
379       mainThread->bestMoveChanges = 0;
380       TT.new_search();
381   }
382
383   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
384   Skill skill(Options["Skill Level"]);
385
386   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
387   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
388   if (skill.enabled())
389       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
390
391   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
392
393   // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
394   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
395   {
396       // Set up the new depth for the helper threads skipping in average each
397       // 2nd ply (using a half density map similar to a Hadamard matrix).
398       if (!mainThread)
399       {
400           int d = rootDepth + rootPos.game_ply();
401
402           if (idx <= 6 || idx > 24)
403           {
404               if (((d + idx) >> (msb(idx + 1) - 1)) % 2)
405                   continue;
406           }
407           else
408           {
409               // Table of values of 6 bits with 3 of them set
410               static const int HalfDensityMap[] = {
411                 0x07, 0x0b, 0x0d, 0x0e, 0x13, 0x16, 0x19, 0x1a, 0x1c,
412                 0x23, 0x25, 0x26, 0x29, 0x2c, 0x31, 0x32, 0x34, 0x38
413               };
414
415               if ((HalfDensityMap[idx - 7] >> (d % 6)) & 1)
416                   continue;
417           }
418       }
419
420       // Age out PV variability metric
421       if (mainThread)
422           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
423
424       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
425       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
426       for (RootMove& rm : rootMoves)
427           rm.previousScore = rm.score;
428
429       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
430       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
431       {
432           // Reset aspiration window starting size
433           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
434           {
435               delta = Value(18);
436               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
437               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
438           }
439
440           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
441           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
442           // high/low anymore.
443           while (true)
444           {
445               bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
446
447               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
448               // is done with a stable algorithm because all the values but the
449               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
450               // and we want to keep the same order for all the moves except the
451               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
452               // search the already searched PV lines are preserved.
453               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
454
455               // Write PV back to transposition table in case the relevant
456               // entries have been overwritten during the search.
457               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
458                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
459
460               // If search has been stopped break immediately. Sorting and
461               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
462               // valid, although it refers to previous iteration.
463               if (Signals.stop)
464                   break;
465
466               // When failing high/low give some update (without cluttering
467               // the UI) before a re-search.
468               if (   mainThread
469                   && multiPV == 1
470                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
471                   && Time.elapsed() > 3000)
472                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473
474               // In case of failing low/high increase aspiration window and
475               // re-search, otherwise exit the loop.
476               if (bestValue <= alpha)
477               {
478                   beta = (alpha + beta) / 2;
479                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
480
481                   if (mainThread)
482                   {
483                       mainThread->failedLow = true;
484                       Signals.stopOnPonderhit = false;
485                   }
486               }
487               else if (bestValue >= beta)
488               {
489                   alpha = (alpha + beta) / 2;
490                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
491               }
492               else
493                   break;
494
495               delta += delta / 4 + 5;
496
497               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
498           }
499
500           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
501           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
502
503           if (!mainThread)
504               break;
505
506           if (Signals.stop)
507               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
508                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
509
510           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
511               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
512       }
513
514       if (!Signals.stop)
515           completedDepth = rootDepth;
516
517       if (!mainThread)
518           continue;
519
520       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
521       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
522           skill.pick_best(multiPV);
523
524       // Have we found a "mate in x"?
525       if (   Limits.mate
526           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
527           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
528           Signals.stop = true;
529
530       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
531       if (Limits.use_time_management())
532       {
533           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
534           {
535               // Take some extra time if the best move has changed
536               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
537                   Time.pv_instability(mainThread->bestMoveChanges);
538
539               // Stop the search if only one legal move is available or all
540               // of the available time has been used or we matched an easyMove
541               // from the previous search and just did a fast verification.
542               if (   rootMoves.size() == 1
543                   || Time.elapsed() > Time.available() * ( 640  - 160 * !mainThread->failedLow 
544                      - 126 * (bestValue >= mainThread->previousMoveScore)  
545                      - 124 * (bestValue >= mainThread->previousMoveScore && !mainThread->failedLow))/640
546                   || ( mainThread->easyMovePlayed = ( rootMoves[0].pv[0] == easyMove
547                                                      && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
548                                                      && Time.elapsed() > Time.available() * 25/206)))
549               {
550                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
551                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
552                   if (Limits.ponder)
553                       Signals.stopOnPonderhit = true;
554                   else
555                       Signals.stop = true;
556               }
557           }
558
559           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
560               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
561           else
562               EasyMove.clear();
563       }
564   }
565
566   if (!mainThread)
567       return;
568
569   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
570   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
571   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
572       EasyMove.clear();
573
574   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
575   if (skill.enabled())
576       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
577                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
578 }
579
580
581 namespace {
582
583   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
584
585   template <NodeType NT>
586   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
587
588     const bool RootNode = NT == Root;
589     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
590
591     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
592     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
593     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
594
595     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
596     StateInfo st;
597     TTEntry* tte;
598     Key posKey;
599     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
600     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
601     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
602     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
603     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
604     int moveCount, quietCount;
605
606     // Step 1. Initialize node
607     Thread* thisThread = pos.this_thread();
608     inCheck = pos.checkers();
609     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
610     bestValue = -VALUE_INFINITE;
611     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
612
613     // Check for available remaining time
614     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
615     {
616         thisThread->resetCalls = false;
617         thisThread->callsCnt = 0;
618     }
619     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
620     {
621         for (Thread* th : Threads)
622             th->resetCalls = true;
623
624         check_time();
625     }
626
627     // Used to send selDepth info to GUI
628     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
629         thisThread->maxPly = ss->ply;
630
631     if (!RootNode)
632     {
633         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
634         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
635             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
636                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
637
638         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
639         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
640         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
641         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
642         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
643         // mate. In this case return a fail-high score.
644         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
645         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
646         if (alpha >= beta)
647             return alpha;
648     }
649
650     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
651
652     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
653     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
654     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
655
656     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
657     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
658     // position key in case of an excluded move.
659     excludedMove = ss->excludedMove;
660     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
661     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
662     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
663     ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
664             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
665
666     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
667     if (  !PvNode
668         && ttHit
669         && tte->depth() >= depth
670         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
671         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
672                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
673     {
674         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
675
676         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
677         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
678             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
679
680         return ttValue;
681     }
682
683     // Step 4a. Tablebase probe
684     if (!RootNode && TB::Cardinality)
685     {
686         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
687
688         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
689             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
690             &&  pos.rule50_count() == 0)
691         {
692             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
693
694             if (found)
695             {
696                 TB::Hits++;
697
698                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
699
700                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
701                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
702                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
703
704                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
705                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
706                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
707
708                 return value;
709             }
710         }
711     }
712
713     // Step 5. Evaluate the position statically
714     if (inCheck)
715     {
716         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
717         goto moves_loop;
718     }
719
720     else if (ttHit)
721     {
722         // Never assume anything on values stored in TT
723         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
724             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
725
726         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
727         if (ttValue != VALUE_NONE)
728             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
729                 eval = ttValue;
730     }
731     else
732     {
733         eval = ss->staticEval =
734         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
735                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
736
737         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
738                   ss->staticEval, TT.generation());
739     }
740
741     if (ss->skipEarlyPruning)
742         goto moves_loop;
743
744     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
745     if (   !PvNode
746         &&  depth < 4 * ONE_PLY
747         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
748         &&  ttMove == MOVE_NONE)
749     {
750         if (   depth <= ONE_PLY
751             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
752             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
753
754         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
755         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
756         if (v <= ralpha)
757             return v;
758     }
759
760     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
761     if (   !RootNode
762         &&  depth < 7 * ONE_PLY
763         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
764         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
765         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
766         return eval - futility_margin(depth);
767
768     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
769     if (   !PvNode
770         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
771         &&  eval >= beta
772         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
773     {
774         ss->currentMove = MOVE_NULL;
775
776         assert(eval - beta >= 0);
777
778         // Null move dynamic reduction based on depth and value
779         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
780
781         pos.do_null_move(st);
782         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
783         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
784                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
785         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
786         pos.undo_null_move();
787
788         if (nullValue >= beta)
789         {
790             // Do not return unproven mate scores
791             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
792                 nullValue = beta;
793
794             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
795                 return nullValue;
796
797             // Do verification search at high depths
798             ss->skipEarlyPruning = true;
799             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
800                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
801             ss->skipEarlyPruning = false;
802
803             if (v >= beta)
804                 return nullValue;
805         }
806     }
807
808     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
809     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
810     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
811     // safely prune the previous move.
812     if (   !PvNode
813         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
814         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
815     {
816         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
817         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
818
819         assert(rdepth >= ONE_PLY);
820         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
821         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
822
823         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
824         CheckInfo ci(pos);
825
826         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
827             if (pos.legal(move, ci.pinned))
828             {
829                 ss->currentMove = move;
830                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
831                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
832                 pos.undo_move(move);
833                 if (value >= rbeta)
834                     return value;
835             }
836     }
837
838     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
839     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
840         && !ttMove
841         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
842     {
843         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
844         ss->skipEarlyPruning = true;
845         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
846         ss->skipEarlyPruning = false;
847
848         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
849         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
850     }
851
852 moves_loop: // When in check search starts from here
853
854     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
855     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
856     const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
857
858     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
859     CheckInfo ci(pos);
860     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
861     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
862                || ss->staticEval == VALUE_NONE
863                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
864
865     singularExtensionNode =   !RootNode
866                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
867                            &&  ttMove != MOVE_NONE
868                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
869                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
870                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
871                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
872                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
873
874     // Step 11. Loop through moves
875     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
876     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
877     {
878       assert(is_ok(move));
879
880       if (move == excludedMove)
881           continue;
882
883       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
884       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
885       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
886       if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
887                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
888           continue;
889
890       ss->moveCount = ++moveCount;
891
892       if (RootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
893           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
894                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
895                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
896
897       if (PvNode)
898           (ss+1)->pv = nullptr;
899
900       extension = DEPTH_ZERO;
901       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
902
903       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
904                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
905                   : pos.gives_check(move, ci);
906
907       // Step 12. Extend checks
908       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
909           extension = ONE_PLY;
910
911       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
912       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
913       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
914       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
915       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
916       if (    singularExtensionNode
917           &&  move == ttMove
918           && !extension
919           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
920       {
921           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
922           ss->excludedMove = move;
923           ss->skipEarlyPruning = true;
924           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
925           ss->skipEarlyPruning = false;
926           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
927
928           if (value < rBeta)
929               extension = ONE_PLY;
930       }
931
932       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
933       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
934
935       // Step 13. Pruning at shallow depth
936       if (   !RootNode
937           && !captureOrPromotion
938           && !inCheck
939           && !givesCheck
940           && !pos.advanced_pawn_push(move)
941           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
942       {
943           // Move count based pruning
944           if (   depth < 16 * ONE_PLY
945               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
946               continue;
947
948           // History based pruning
949           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
950               && move != ss->killers[0]
951               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
952               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
953               continue;
954
955           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
956
957           // Futility pruning: parent node
958           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
959           {
960               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
961
962               if (futilityValue <= alpha)
963               {
964                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
965                   continue;
966               }
967           }
968
969           // Prune moves with negative SEE at low depths
970           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
971               continue;
972       }
973
974       // Speculative prefetch as early as possible
975       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
976
977       // Check for legality just before making the move
978       if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
979       {
980           ss->moveCount = --moveCount;
981           continue;
982       }
983
984       ss->currentMove = move;
985
986       // Step 14. Make the move
987       pos.do_move(move, st, givesCheck);
988
989       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
990       // re-searched at full depth.
991       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
992           &&  moveCount > 1
993           && !captureOrPromotion)
994       {
995           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
996
997           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
998           if (   (!PvNode && cutNode)
999               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
1000                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
1001               r += ONE_PLY;
1002
1003           // Decrease reduction for moves with a good history
1004           if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
1005               && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
1006               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1007
1008           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out castling
1009           // moves because are coded as "king captures rook" and break make_move().
1010           // Also use see() instead of see_sign() because destination square is empty.
1011           if (   r
1012               && type_of(move) == NORMAL
1013               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1014               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1015               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1016
1017           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1018
1019           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1020
1021           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1022       }
1023       else
1024           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1025
1026       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
1027       if (doFullDepthSearch)
1028           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1029                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1030                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1031                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1032
1033       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1034       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1035       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
1036       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
1037       {
1038           (ss+1)->pv = pv;
1039           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1040
1041           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1042                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1043                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1044                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1045       }
1046
1047       // Step 17. Undo move
1048       pos.undo_move(move);
1049
1050       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1051
1052       // Step 18. Check for new best move
1053       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1054       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1055       // updating best move, PV and TT.
1056       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1057           return VALUE_ZERO;
1058
1059       if (RootNode)
1060       {
1061           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1062                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1063
1064           // PV move or new best move ?
1065           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1066           {
1067               rm.score = value;
1068               rm.pv.resize(1);
1069
1070               assert((ss+1)->pv);
1071
1072               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1073                   rm.pv.push_back(*m);
1074
1075               // We record how often the best move has been changed in each
1076               // iteration. This information is used for time management: When
1077               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1078               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1079                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1080           }
1081           else
1082               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1083               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1084               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1085               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1086       }
1087
1088       if (value > bestValue)
1089       {
1090           bestValue = value;
1091
1092           if (value > alpha)
1093           {
1094               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1095               if (    PvNode
1096                   &&  thisThread == Threads.main()
1097                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1098                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1099                   EasyMove.clear();
1100
1101               bestMove = move;
1102
1103               if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
1104                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1105
1106               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1107                   alpha = value;
1108               else
1109               {
1110                   assert(value >= beta); // Fail high
1111                   break;
1112               }
1113           }
1114       }
1115
1116       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1117           quietsSearched[quietCount++] = move;
1118     }
1119
1120     // Following condition would detect a stop only after move loop has been
1121     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1122     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1123     /*
1124        if (Signals.stop)
1125         return VALUE_DRAW;
1126     */
1127
1128     // Step 20. Check for mate and stalemate
1129     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1130     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
1131     // return a fail low score.
1132     if (!moveCount)
1133         bestValue = excludedMove ? alpha
1134                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1135
1136     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1137     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1138         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1139
1140     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1141     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1142              && !bestMove
1143              && !inCheck
1144              && !pos.captured_piece_type()
1145              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1146              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1147     {
1148         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1149         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1150         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1151         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1152     }
1153
1154     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1155               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1156               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1157               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1158
1159     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1160
1161     return bestValue;
1162   }
1163
1164
1165   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1166   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1167   // less than ONE_PLY).
1168
1169   template <NodeType NT, bool InCheck>
1170   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1171
1172     const bool PvNode = NT == PV;
1173
1174     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1175     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1176     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1177     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1178     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1179
1180     Move pv[MAX_PLY+1];
1181     StateInfo st;
1182     TTEntry* tte;
1183     Key posKey;
1184     Move ttMove, move, bestMove;
1185     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1186     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1187     Depth ttDepth;
1188
1189     if (PvNode)
1190     {
1191         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1192         (ss+1)->pv = pv;
1193         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1194     }
1195
1196     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1197     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1198
1199     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1200     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1201         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1202                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1203
1204     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1205
1206     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1207     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1208     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1209     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1210                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1211
1212     // Transposition table lookup
1213     posKey = pos.key();
1214     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1215     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1216     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1217
1218     if (  !PvNode
1219         && ttHit
1220         && tte->depth() >= ttDepth
1221         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1222         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1223                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1224     {
1225         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1226         return ttValue;
1227     }
1228
1229     // Evaluate the position statically
1230     if (InCheck)
1231     {
1232         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1233         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1234     }
1235     else
1236     {
1237         if (ttHit)
1238         {
1239             // Never assume anything on values stored in TT
1240             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1241                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1242
1243             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1244             if (ttValue != VALUE_NONE)
1245                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1246                     bestValue = ttValue;
1247         }
1248         else
1249             ss->staticEval = bestValue =
1250             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1251                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1252
1253         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1254         if (bestValue >= beta)
1255         {
1256             if (!ttHit)
1257                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1258                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1259
1260             return bestValue;
1261         }
1262
1263         if (PvNode && bestValue > alpha)
1264             alpha = bestValue;
1265
1266         futilityBase = bestValue + 128;
1267     }
1268
1269     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1270     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1271     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1272     // be generated.
1273     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1274     CheckInfo ci(pos);
1275
1276     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1277     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1278     {
1279       assert(is_ok(move));
1280
1281       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1282                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1283                   : pos.gives_check(move, ci);
1284
1285       // Futility pruning
1286       if (   !InCheck
1287           && !givesCheck
1288           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1289           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1290       {
1291           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1292
1293           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1294
1295           if (futilityValue <= alpha)
1296           {
1297               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1298               continue;
1299           }
1300
1301           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1302           {
1303               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1304               continue;
1305           }
1306       }
1307
1308       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1309       evasionPrunable =    InCheck
1310                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1311                        && !pos.capture(move);
1312
1313       // Don't search moves with negative SEE values
1314       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1315           &&  type_of(move) != PROMOTION
1316           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1317           continue;
1318
1319       // Speculative prefetch as early as possible
1320       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1321
1322       // Check for legality just before making the move
1323       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1324           continue;
1325
1326       ss->currentMove = move;
1327
1328       // Make and search the move
1329       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1330       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1331                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1332       pos.undo_move(move);
1333
1334       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1335
1336       // Check for new best move
1337       if (value > bestValue)
1338       {
1339           bestValue = value;
1340
1341           if (value > alpha)
1342           {
1343               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1344                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1345
1346               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1347               {
1348                   alpha = value;
1349                   bestMove = move;
1350               }
1351               else // Fail high
1352               {
1353                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1354                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1355
1356                   return value;
1357               }
1358           }
1359        }
1360     }
1361
1362     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1363     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1364     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1365         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1366
1367     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1368               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1369               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1370
1371     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1372
1373     return bestValue;
1374   }
1375
1376
1377   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1378   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1379   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1380
1381   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1382
1383     assert(v != VALUE_NONE);
1384
1385     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1386           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1387   }
1388
1389
1390   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1391   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1392   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1393
1394   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1395
1396     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1397           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1398           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1399   }
1400
1401
1402   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1403
1404   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1405
1406     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1407         *pv++ = *childPv++;
1408     *pv = MOVE_NONE;
1409   }
1410
1411
1412   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1413   // history when a new quiet best move is found.
1414
1415   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1416                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1417
1418     if (ss->killers[0] != move)
1419     {
1420         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1421         ss->killers[0] = move;
1422     }
1423
1424     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1425
1426     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1427     CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1428     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1429
1430     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1431
1432     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1433     {
1434         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1435         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1436     }
1437
1438     // Decrease all the other played quiet moves
1439     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1440     {
1441         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1442
1443         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1444             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1445     }
1446
1447     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1448     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1449         && !pos.captured_piece_type()
1450         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1451     {
1452         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1453         CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1454         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1455     }
1456   }
1457
1458
1459   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1460   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1461
1462   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1463
1464     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1465     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1466
1467     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1468     Value topScore = rootMoves[0].score;
1469     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1470     int weakness = 120 - 2 * level;
1471     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1472
1473     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1474     // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
1475     // then we choose the move with the resulting highest score.
1476     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1477     {
1478         // This is our magic formula
1479         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1480                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1481
1482         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1483         {
1484             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1485             best = rootMoves[i].pv[0];
1486         }
1487     }
1488
1489     return best;
1490   }
1491
1492
1493   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1494   // when we are out of available time and thus stop the search.
1495
1496   void check_time() {
1497
1498     static TimePoint lastInfoTime = now();
1499
1500     int elapsed = Time.elapsed();
1501     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1502
1503     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1504     {
1505         lastInfoTime = tick;
1506         dbg_print();
1507     }
1508
1509     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1510     if (Limits.ponder)
1511         return;
1512
1513     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1514         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1515         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1516             Signals.stop = true;
1517   }
1518
1519 } // namespace
1520
1521
1522 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1523 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1524
1525 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1526
1527   std::stringstream ss;
1528   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1529   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1530   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1531   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1532   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1533
1534   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1535   {
1536       bool updated = (i <= PVIdx);
1537
1538       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1539           continue;
1540
1541       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1542       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1543
1544       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1545       v = tb ? TB::Score : v;
1546
1547       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1548           ss << "\n";
1549
1550       ss << "info"
1551          << " depth "    << d / ONE_PLY
1552          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1553          << " multipv "  << i + 1
1554          << " score "    << UCI::value(v);
1555
1556       if (!tb && i == PVIdx)
1557           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1558
1559       ss << " nodes "    << nodes_searched
1560          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1561
1562       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1563           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1564
1565       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1566          << " time "     << elapsed
1567          << " pv";
1568
1569       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1570           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1571   }
1572
1573   return ss.str();
1574 }
1575
1576
1577 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1578 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1579 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1580
1581 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1582
1583   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1584   bool ttHit;
1585
1586   for (Move m : pv)
1587   {
1588       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1589
1590       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1591
1592       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1593           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1594                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1595
1596       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1597   }
1598
1599   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1600       pos.undo_move(pv[--i]);
1601 }
1602
1603
1604 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1605 /// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
1606 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1607 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1608
1609 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1610 {
1611     StateInfo st;
1612     bool ttHit;
1613
1614     assert(pv.size() == 1);
1615
1616     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1617     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1618     pos.undo_move(pv[0]);
1619
1620     if (ttHit)
1621     {
1622         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1623         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1624            return pv.push_back(m), true;
1625     }
1626
1627     return false;
1628 }