]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
409a3c1d429aa666c7b67169a10ebb871653fe77
[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(291 * d - 350, 1200); }
98
99 // History and stats update malus, based on depth
100 int stat_malus(Depth d) { return std::min(361 * d - 361, 1182); }
101
102 // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3-fold blindness
103 Value value_draw(const Thread* thisThread) {
104     return VALUE_DRAW - 1 + Value(thisThread->nodes & 0x2);
105 }
106
107 // Skill structure is used to implement strength limit. If we have a UCI_Elo,
108 // we convert it to an appropriate skill level, anchored to the Stash engine.
109 // This method is based on a fit of the Elo results for games played between
110 // Stockfish at various skill levels and various versions of the Stash engine.
111 // Skill 0 .. 19 now covers CCRL Blitz Elo from 1320 to 3190, approximately
112 // Reference: https://github.com/vondele/Stockfish/commit/a08b8d4e9711c2
113 struct Skill {
114     Skill(int skill_level, int uci_elo) {
115         if (uci_elo)
116         {
117             double e = double(uci_elo - 1320) / (3190 - 1320);
118             level = std::clamp((((37.2473 * e - 40.8525) * e + 22.2943) * e - 0.311438), 0.0, 19.0);
119         }
120         else
121             level = double(skill_level);
122     }
123     bool enabled() const { return level < 20.0; }
124     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + int(level); }
125     Move pick_best(size_t multiPV);
126
127     double level;
128     Move   best = MOVE_NONE;
129 };
130
131 template<NodeType nodeType>
132 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
133
134 template<NodeType nodeType>
135 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = 0);
136
137 Value value_to_tt(Value v, int ply);
138 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c);
139 void  update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv);
140 void  update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
141 void  update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus);
142 void  update_all_stats(const Position& pos,
143                        Stack*          ss,
144                        Move            bestMove,
145                        Value           bestValue,
146                        Value           beta,
147                        Square          prevSq,
148                        Move*           quietsSearched,
149                        int             quietCount,
150                        Move*           capturesSearched,
151                        int             captureCount,
152                        Depth           depth);
153
154 // Utility to verify move generation. All the leaf nodes up
155 // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
156 template<bool Root>
157 uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159     StateInfo st;
160     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
161
162     uint64_t   cnt, nodes = 0;
163     const bool leaf = (depth == 2);
164
165     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
166     {
167         if (Root && depth <= 1)
168             cnt = 1, nodes++;
169         else
170         {
171             pos.do_move(m, st);
172             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
173             nodes += cnt;
174             pos.undo_move(m);
175         }
176         if (Root)
177             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
178     }
179     return nodes;
180 }
181
182 }  // namespace
183
184
185 // Called at startup to initialize various lookup tables
186 void Search::init() {
187
188     for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
189         Reductions[i] = int((20.37 + std::log(Threads.size()) / 2) * std::log(i));
190 }
191
192
193 // Resets search state to its initial value
194 void Search::clear() {
195
196     Threads.main()->wait_for_search_finished();
197
198     Time.availableNodes = 0;
199     TT.clear();
200     Threads.clear();
201     Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]);  // Free mapped files
202 }
203
204
205 // Called when the program receives the UCI 'go'
206 // command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
207 void MainThread::search() {
208
209     if (Limits.perft)
210     {
211         nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
212         sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
213         return;
214     }
215
216     Color us = rootPos.side_to_move();
217     Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
218     TT.new_search();
219
220     Eval::NNUE::verify();
221
222     if (rootMoves.empty())
223     {
224         rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
225         sync_cout << "info depth 0 score "
226                   << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW) << sync_endl;
227     }
228     else
229     {
230         Threads.start_searching();  // start non-main threads
231         Thread::search();           // main thread start searching
232     }
233
234     // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
235     // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
236     // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
237     // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
238     // until the GUI sends one of those commands.
239
240     while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
241     {}  // Busy wait for a stop or a ponder reset
242
243     // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
244     // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
245     Threads.stop = true;
246
247     // Wait until all threads have finished
248     Threads.wait_for_search_finished();
249
250     // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
251     // the available ones before exiting.
252     if (Limits.npmsec)
253         Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
254
255     Thread* bestThread = this;
256     Skill   skill =
257       Skill(Options["Skill Level"], Options["UCI_LimitStrength"] ? int(Options["UCI_Elo"]) : 0);
258
259     if (int(Options["MultiPV"]) == 1 && !Limits.depth && !skill.enabled()
260         && rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
261         bestThread = Threads.get_best_thread();
262
263     bestPreviousScore        = bestThread->rootMoves[0].score;
264     bestPreviousAverageScore = bestThread->rootMoves[0].averageScore;
265
266     // Send again PV info if we have a new best thread
267     if (bestThread != this)
268         sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth) << sync_endl;
269
270     sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
271
272     if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1
273         || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
274         std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
275
276     std::cout << sync_endl;
277 }
278
279
280 // Main iterative deepening loop. It calls search()
281 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
282 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
283 void Thread::search() {
284
285     // Allocate stack with extra size to allow access from (ss - 7) to (ss + 2):
286     // (ss - 7) is needed for update_continuation_histories(ss - 1) which accesses (ss - 6),
287     // (ss + 2) is needed for initialization of cutOffCnt and killers.
288     Stack       stack[MAX_PLY + 10], *ss = stack + 7;
289     Move        pv[MAX_PLY + 1];
290     Value       alpha, beta, delta;
291     Move        lastBestMove      = MOVE_NONE;
292     Depth       lastBestMoveDepth = 0;
293     MainThread* mainThread        = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
294     double      timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
295     Color       us      = rootPos.side_to_move();
296     int         iterIdx = 0;
297
298     std::memset(ss - 7, 0, 10 * sizeof(Stack));
299     for (int i = 7; i > 0; --i)
300     {
301         (ss - i)->continuationHistory =
302           &this->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];  // Use as a sentinel
303         (ss - i)->staticEval = VALUE_NONE;
304     }
305
306     for (int i = 0; i <= MAX_PLY + 2; ++i)
307         (ss + i)->ply = i;
308
309     ss->pv = pv;
310
311     bestValue = -VALUE_INFINITE;
312
313     if (mainThread)
314     {
315         if (mainThread->bestPreviousScore == VALUE_INFINITE)
316             for (int i = 0; i < 4; ++i)
317                 mainThread->iterValue[i] = VALUE_ZERO;
318         else
319             for (int i = 0; i < 4; ++i)
320                 mainThread->iterValue[i] = mainThread->bestPreviousScore;
321     }
322
323     size_t multiPV = size_t(Options["MultiPV"]);
324     Skill skill(Options["Skill Level"], Options["UCI_LimitStrength"] ? int(Options["UCI_Elo"]) : 0);
325
326     // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
327     // use behind-the-scenes to retrieve a set of possible moves.
328     if (skill.enabled())
329         multiPV = std::max(multiPV, size_t(4));
330
331     multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
332
333     int searchAgainCounter = 0;
334
335     // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
336     while (++rootDepth < MAX_PLY && !Threads.stop
337            && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
338     {
339         // Age out PV variability metric
340         if (mainThread)
341             totBestMoveChanges /= 2;
342
343         // Save the last iteration's scores before the first PV line is searched and
344         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
345         for (RootMove& rm : rootMoves)
346             rm.previousScore = rm.score;
347
348         size_t pvFirst = 0;
349         pvLast         = 0;
350
351         if (!Threads.increaseDepth)
352             searchAgainCounter++;
353
354         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
355         for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
356         {
357             if (pvIdx == pvLast)
358             {
359                 pvFirst = pvLast;
360                 for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
361                     if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
362                         break;
363             }
364
365             // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
366             selDepth = 0;
367
368             // Reset aspiration window starting size
369             Value avg = rootMoves[pvIdx].averageScore;
370             delta     = Value(10) + int(avg) * avg / 15335;
371             alpha     = std::max(avg - delta, -VALUE_INFINITE);
372             beta      = std::min(avg + delta, VALUE_INFINITE);
373
374             // Adjust optimism based on root move's averageScore (~4 Elo)
375             optimism[us]  = 110 * avg / (std::abs(avg) + 121);
376             optimism[~us] = -optimism[us];
377
378             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
379             // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
380             // high/low anymore.
381             int failedHighCnt = 0;
382             while (true)
383             {
384                 // Adjust the effective depth searched, but ensure at least one effective increment
385                 // for every four searchAgain steps (see issue #2717).
386                 Depth adjustedDepth =
387                   std::max(1, rootDepth - failedHighCnt - 3 * (searchAgainCounter + 1) / 4);
388                 bestValue = Stockfish::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
389
390                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
391                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
392                 // first and eventually the new best one is set to -VALUE_INFINITE
393                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
394                 // new PV that goes to the front. Note that in the case of MultiPV
395                 // search the already searched PV lines are preserved.
396                 std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
397
398                 // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
399                 // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
400                 // the previous iteration.
401                 if (Threads.stop)
402                     break;
403
404                 // When failing high/low give some update (without cluttering
405                 // the UI) before a re-search.
406                 if (mainThread && multiPV == 1 && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
407                     && Time.elapsed() > 3000)
408                     sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
409
410                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
411                 // re-search, otherwise exit the loop.
412                 if (bestValue <= alpha)
413                 {
414                     beta  = (alpha + beta) / 2;
415                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
416
417                     failedHighCnt = 0;
418                     if (mainThread)
419                         mainThread->stopOnPonderhit = false;
420                 }
421                 else if (bestValue >= beta)
422                 {
423                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
424                     ++failedHighCnt;
425                 }
426                 else
427                     break;
428
429                 delta += delta / 3;
430
431                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
432             }
433
434             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
435             std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
436
437             if (mainThread && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
438                 sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth) << sync_endl;
439         }
440
441         if (!Threads.stop)
442             completedDepth = rootDepth;
443
444         if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove)
445         {
446             lastBestMove      = rootMoves[0].pv[0];
447             lastBestMoveDepth = rootDepth;
448         }
449
450         // Have we found a "mate in x"?
451         if (Limits.mate && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
452             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
453             Threads.stop = true;
454
455         if (!mainThread)
456             continue;
457
458         // If the skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
459         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
460             skill.pick_best(multiPV);
461
462         // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
463         for (Thread* th : Threads)
464         {
465             totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
466             th->bestMoveChanges = 0;
467         }
468
469         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
470         if (Limits.use_time_management() && !Threads.stop && !mainThread->stopOnPonderhit)
471         {
472             double fallingEval = (66 + 14 * (mainThread->bestPreviousAverageScore - bestValue)
473                                   + 6 * (mainThread->iterValue[iterIdx] - bestValue))
474                                / 583.0;
475             fallingEval = std::clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
476
477             // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
478             timeReduction    = lastBestMoveDepth + 8 < completedDepth ? 1.56 : 0.69;
479             double reduction = (1.4 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.03 * timeReduction);
480             double bestMoveInstability = 1 + 1.79 * totBestMoveChanges / Threads.size();
481
482             double totalTime = Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability;
483
484             // Cap used time in case of a single legal move for a better viewer experience
485             if (rootMoves.size() == 1)
486                 totalTime = std::min(500.0, totalTime);
487
488             // Stop the search if we have exceeded the totalTime
489             if (Time.elapsed() > totalTime)
490             {
491                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
492                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
493                 if (mainThread->ponder)
494                     mainThread->stopOnPonderhit = true;
495                 else
496                     Threads.stop = true;
497             }
498             else if (!mainThread->ponder && Time.elapsed() > totalTime * 0.50)
499                 Threads.increaseDepth = false;
500             else
501                 Threads.increaseDepth = true;
502         }
503
504         mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
505         iterIdx                        = (iterIdx + 1) & 3;
506     }
507
508     if (!mainThread)
509         return;
510
511     mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
512
513     // If the skill level is enabled, swap the best PV line with the sub-optimal one
514     if (skill.enabled())
515         std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
516                                            skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
517 }
518
519
520 namespace {
521
522 // Main search function for both PV and non-PV nodes
523 template<NodeType nodeType>
524 Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
525
526     constexpr bool PvNode   = nodeType != NonPV;
527     constexpr bool rootNode = nodeType == Root;
528
529     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
530     if (depth <= 0)
531         return qsearch < PvNode ? PV : NonPV > (pos, ss, alpha, beta);
532
533     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
534     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
535     if (!rootNode && alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
536     {
537         alpha = value_draw(pos.this_thread());
538         if (alpha >= beta)
539             return alpha;
540     }
541
542     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
543     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
544     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
545     assert(!(PvNode && cutNode));
546
547     Move      pv[MAX_PLY + 1], capturesSearched[32], quietsSearched[32];
548     StateInfo st;
549     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
550
551     TTEntry* tte;
552     Key      posKey;
553     Move     ttMove, move, excludedMove, bestMove;
554     Depth    extension, newDepth;
555     Value    bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, probCutBeta;
556     bool     givesCheck, improving, priorCapture, singularQuietLMR;
557     bool     capture, moveCountPruning, ttCapture;
558     Piece    movedPiece;
559     int      moveCount, captureCount, quietCount;
560
561     // Step 1. Initialize node
562     Thread* thisThread = pos.this_thread();
563     ss->inCheck        = pos.checkers();
564     priorCapture       = pos.captured_piece();
565     Color us           = pos.side_to_move();
566     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
567     bestValue                                             = -VALUE_INFINITE;
568     maxValue                                              = VALUE_INFINITE;
569
570     // Check for the available remaining time
571     if (thisThread == Threads.main())
572         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
573
574     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
575     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
576         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
577
578     if (!rootNode)
579     {
580         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
581         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply)
582             || ss->ply >= MAX_PLY)
583             return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos)
584                                                         : value_draw(pos.this_thread());
585
586         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
587         // would be at best mate_in(ss->ply + 1), but if alpha is already bigger because
588         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
589         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
590         // signs apply also in the opposite condition of being mated instead of giving
591         // mate. In this case, return a fail-high score.
592         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
593         beta  = std::min(mate_in(ss->ply + 1), beta);
594         if (alpha >= beta)
595             return alpha;
596     }
597     else
598         thisThread->rootDelta = beta - alpha;
599
600     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
601
602     (ss + 1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
603     (ss + 2)->killers[0] = (ss + 2)->killers[1] = MOVE_NONE;
604     (ss + 2)->cutoffCnt                         = 0;
605     ss->doubleExtensions                        = (ss - 1)->doubleExtensions;
606     Square prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
607     ss->statScore = 0;
608
609     // Step 4. Transposition table lookup.
610     excludedMove = ss->excludedMove;
611     posKey       = pos.key();
612     tte          = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
613     ttValue   = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
614     ttMove    = rootNode  ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
615               : ss->ttHit ? tte->move()
616                           : MOVE_NONE;
617     ttCapture = ttMove && pos.capture_stage(ttMove);
618
619     // At this point, if excluded, skip straight to step 6, static eval. However,
620     // to save indentation, we list the condition in all code between here and there.
621     if (!excludedMove)
622         ss->ttPv = PvNode || (ss->ttHit && tte->is_pv());
623
624     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
625     if (!PvNode && !excludedMove && tte->depth() > depth
626         && ttValue != VALUE_NONE  // Possible in case of TT access race or if !ttHit
627         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
628     {
629         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit (~2 Elo)
630         if (ttMove)
631         {
632             if (ttValue >= beta)
633             {
634                 // Bonus for a quiet ttMove that fails high (~2 Elo)
635                 if (!ttCapture)
636                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth));
637
638                 // Extra penalty for early quiet moves of
639                 // the previous ply (~0 Elo on STC, ~2 Elo on LTC).
640                 if (prevSq != SQ_NONE && (ss - 1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
641                     update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
642                                                   -stat_malus(depth + 1));
643             }
644             // Penalty for a quiet ttMove that fails low (~1 Elo)
645             else if (!ttCapture)
646             {
647                 int penalty = -stat_malus(depth);
648                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
649                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
650             }
651         }
652
653         // Partial workaround for the graph history interaction problem
654         // For high rule50 counts don't produce transposition table cutoffs.
655         if (pos.rule50_count() < 90)
656             return ttValue;
657     }
658
659     // Step 5. Tablebases probe
660     if (!rootNode && !excludedMove && TB::Cardinality)
661     {
662         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
663
664         if (piecesCount <= TB::Cardinality
665             && (piecesCount < TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth) && pos.rule50_count() == 0
666             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
667         {
668             TB::ProbeState err;
669             TB::WDLScore   wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
670
671             // Force check of time on the next occasion
672             if (thisThread == Threads.main())
673                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
674
675             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
676             {
677                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
678
679                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
680
681                 // use the range VALUE_MATE_IN_MAX_PLY to VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY to score
682                 value = wdl < -drawScore ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + ss->ply + 1
683                       : wdl > drawScore  ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - ss->ply - 1
684                                          : VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
685
686                 Bound b = wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
687                         : wdl > drawScore  ? BOUND_LOWER
688                                            : BOUND_EXACT;
689
690                 if (b == BOUND_EXACT || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
691                 {
692                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, b,
693                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6), MOVE_NONE, VALUE_NONE);
694
695                     return value;
696                 }
697
698                 if (PvNode)
699                 {
700                     if (b == BOUND_LOWER)
701                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
702                     else
703                         maxValue = value;
704                 }
705             }
706         }
707     }
708
709     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
710
711     // Step 6. Static evaluation of the position
712     if (ss->inCheck)
713     {
714         // Skip early pruning when in check
715         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
716         improving             = false;
717         goto moves_loop;
718     }
719     else if (excludedMove)
720     {
721         // Providing the hint that this node's accumulator will be used often
722         // brings significant Elo gain (~13 Elo).
723         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
724         eval = ss->staticEval;
725     }
726     else if (ss->ttHit)
727     {
728         // Never assume anything about values stored in TT
729         ss->staticEval = eval = tte->eval();
730         if (eval == VALUE_NONE)
731             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
732         else if (PvNode)
733             Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
734
735         // ttValue can be used as a better position evaluation (~7 Elo)
736         if (ttValue != VALUE_NONE && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
737             eval = ttValue;
738     }
739     else
740     {
741         ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
742         // Save static evaluation into the transposition table
743         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ss->ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
744     }
745
746     // Use static evaluation difference to improve quiet move ordering (~4 Elo)
747     if (is_ok((ss - 1)->currentMove) && !(ss - 1)->inCheck && !priorCapture)
748     {
749         int bonus = std::clamp(-14 * int((ss - 1)->staticEval + ss->staticEval), -1449, 1449);
750         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)] << bonus;
751         if (type_of(pos.piece_on(prevSq)) != PAWN && type_of((ss - 1)->currentMove) != PROMOTION)
752             thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][pos.piece_on(prevSq)][prevSq] << bonus / 4;
753     }
754
755     // Set up the improving flag, which is true if current static evaluation is
756     // bigger than the previous static evaluation at our turn (if we were in
757     // check at our previous move we look at static evaluation at move prior to it
758     // and if we were in check at move prior to it flag is set to true) and is
759     // false otherwise. The improving flag is used in various pruning heuristics.
760     improving = (ss - 2)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 2)->staticEval
761               : (ss - 4)->staticEval != VALUE_NONE ? ss->staticEval > (ss - 4)->staticEval
762                                                    : true;
763
764     // Step 7. Razoring (~1 Elo)
765     // If eval is really low check with qsearch if it can exceed alpha, if it can't,
766     // return a fail low.
767     // Adjust razor margin according to cutoffCnt. (~1 Elo)
768     if (eval < alpha - 474 - (270 - 174 * ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)) * depth * depth)
769     {
770         value = qsearch<NonPV>(pos, ss, alpha - 1, alpha);
771         if (value < alpha)
772             return value;
773     }
774
775     // Step 8. Futility pruning: child node (~40 Elo)
776     // The depth condition is important for mate finding.
777     if (!ss->ttPv && depth < 9
778         && eval - futility_margin(depth, cutNode && !ss->ttHit, improving)
779                - (ss - 1)->statScore / 321
780              >= beta
781         && eval >= beta && eval < 29462  // smaller than TB wins
782         && (!ttMove || ttCapture))
783         return eval;
784
785     // Step 9. Null move search with verification search (~35 Elo)
786     if (!PvNode && (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL && (ss - 1)->statScore < 17257 && eval >= beta
787         && eval >= ss->staticEval && ss->staticEval >= beta - 24 * depth + 281 && !excludedMove
788         && pos.non_pawn_material(us) && ss->ply >= thisThread->nmpMinPly
789         && beta > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
790     {
791         assert(eval - beta >= 0);
792
793         // Null move dynamic reduction based on depth and eval
794         Depth R = std::min(int(eval - beta) / 152, 6) + depth / 3 + 4;
795
796         ss->currentMove         = MOVE_NULL;
797         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
798
799         pos.do_null_move(st);
800
801         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -beta, -beta + 1, depth - R, !cutNode);
802
803         pos.undo_null_move();
804
805         // Do not return unproven mate or TB scores
806         if (nullValue >= beta && nullValue < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
807         {
808             if (thisThread->nmpMinPly || depth < 14)
809                 return nullValue;
810
811             assert(!thisThread->nmpMinPly);  // Recursive verification is not allowed
812
813             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
814             // until ply exceeds nmpMinPly.
815             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth - R) / 4;
816
817             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta - 1, beta, depth - R, false);
818
819             thisThread->nmpMinPly = 0;
820
821             if (v >= beta)
822                 return nullValue;
823         }
824     }
825
826     // Step 10. Internal iterative reductions (~9 Elo)
827     // For PV nodes without a ttMove, we decrease depth by 2,
828     // or by 4 if the current position is present in the TT and
829     // the stored depth is greater than or equal to the current depth.
830     // Use qsearch if depth <= 0.
831     if (PvNode && !ttMove)
832         depth -= 2 + 2 * (ss->ttHit && tte->depth() >= depth);
833
834     if (depth <= 0)
835         return qsearch<PV>(pos, ss, alpha, beta);
836
837     // For cutNodes without a ttMove, we decrease depth by 2 if depth is high enough.
838     if (cutNode && depth >= 8 && !ttMove)
839         depth -= 2;
840
841     probCutBeta = beta + 168 - 70 * improving;
842
843     // Step 11. ProbCut (~10 Elo)
844     // If we have a good enough capture (or queen promotion) and a reduced search returns a value
845     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
846     if (
847       !PvNode && depth > 3
848       && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY
849       // If value from transposition table is lower than probCutBeta, don't attempt probCut
850       // there and in further interactions with transposition table cutoff depth is set to depth - 3
851       // because probCut search has depth set to depth - 4 but we also do a move before it
852       // So effective depth is equal to depth - 3
853       && !(tte->depth() >= depth - 3 && ttValue != VALUE_NONE && ttValue < probCutBeta))
854     {
855         assert(probCutBeta < VALUE_INFINITE);
856
857         MovePicker mp(pos, ttMove, probCutBeta - ss->staticEval, &captureHistory);
858
859         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
860             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
861             {
862                 assert(pos.capture_stage(move));
863
864                 // Prefetch the TT entry for the resulting position
865                 prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
866
867                 ss->currentMove = move;
868                 ss->continuationHistory =
869                   &thisThread
870                      ->continuationHistory[ss->inCheck][true][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
871
872                 pos.do_move(move, st);
873
874                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
875                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1);
876
877                 // If the qsearch held, perform the regular search
878                 if (value >= probCutBeta)
879                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -probCutBeta, -probCutBeta + 1, depth - 4,
880                                            !cutNode);
881
882                 pos.undo_move(move);
883
884                 if (value >= probCutBeta)
885                 {
886                     // Save ProbCut data into transposition table
887                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, BOUND_LOWER, depth - 3,
888                               move, ss->staticEval);
889                     return value - (probCutBeta - beta);
890                 }
891             }
892
893         Eval::NNUE::hint_common_parent_position(pos);
894     }
895
896 moves_loop:  // When in check, search starts here
897
898     // Step 12. A small Probcut idea, when we are in check (~4 Elo)
899     probCutBeta = beta + 416;
900     if (ss->inCheck && !PvNode && ttCapture && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
901         && tte->depth() >= depth - 4 && ttValue >= probCutBeta
902         && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
903         return probCutBeta;
904
905     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
906                                         (ss - 2)->continuationHistory,
907                                         (ss - 3)->continuationHistory,
908                                         (ss - 4)->continuationHistory,
909                                         nullptr,
910                                         (ss - 6)->continuationHistory};
911
912     Move countermove =
913       prevSq != SQ_NONE ? thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] : MOVE_NONE;
914
915     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &captureHistory, contHist,
916                   &thisThread->pawnHistory, countermove, ss->killers);
917
918     value            = bestValue;
919     moveCountPruning = singularQuietLMR = false;
920
921     // Indicate PvNodes that will probably fail low if the node was searched
922     // at a depth equal to or greater than the current depth, and the result
923     // of this search was a fail low.
924     bool likelyFailLow = PvNode && ttMove && (tte->bound() & BOUND_UPPER) && tte->depth() >= depth;
925
926     // Step 13. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
927     // or a beta cutoff occurs.
928     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
929     {
930         assert(is_ok(move));
931
932         if (move == excludedMove)
933             continue;
934
935         // Check for legality
936         if (!pos.legal(move))
937             continue;
938
939         // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
940         // Move List. In MultiPV mode we also skip PV moves that have been already
941         // searched and those of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
942         if (rootNode
943             && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
944                            thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
945             continue;
946
947         ss->moveCount = ++moveCount;
948
949         if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
950             sync_cout << "info depth " << depth << " currmove "
951                       << UCI::move(move, pos.is_chess960()) << " currmovenumber "
952                       << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
953         if (PvNode)
954             (ss + 1)->pv = nullptr;
955
956         extension  = 0;
957         capture    = pos.capture_stage(move);
958         movedPiece = pos.moved_piece(move);
959         givesCheck = pos.gives_check(move);
960
961         // Calculate new depth for this move
962         newDepth = depth - 1;
963
964         Value delta = beta - alpha;
965
966         Depth r = reduction(improving, depth, moveCount, delta, thisThread->rootDelta);
967
968         // Step 14. Pruning at shallow depth (~120 Elo).
969         // Depth conditions are important for mate finding.
970         if (!rootNode && pos.non_pawn_material(us) && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
971         {
972             // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold (~8 Elo)
973             if (!moveCountPruning)
974                 moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
975
976             // Reduced depth of the next LMR search
977             int lmrDepth = newDepth - r;
978
979             if (capture || givesCheck)
980             {
981                 // Futility pruning for captures (~2 Elo)
982                 if (!givesCheck && lmrDepth < 7 && !ss->inCheck)
983                 {
984                     Piece capturedPiece = pos.piece_on(to_sq(move));
985                     int   futilityEval =
986                       ss->staticEval + 239 + 291 * lmrDepth + PieceValue[capturedPiece]
987                       + captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(capturedPiece)] / 7;
988                     if (futilityEval < alpha)
989                         continue;
990                 }
991
992                 // SEE based pruning for captures and checks (~11 Elo)
993                 if (!pos.see_ge(move, Value(-185) * depth))
994                     continue;
995             }
996             else
997             {
998                 int history = (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
999                             + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1000                             + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1001                             + thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][movedPiece][to_sq(move)];
1002
1003                 // Continuation history based pruning (~2 Elo)
1004                 if (lmrDepth < 6 && history < -3645 * depth)
1005                     continue;
1006
1007                 history += 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)];
1008
1009                 lmrDepth += history / 7836;
1010                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, -1);
1011
1012                 // Futility pruning: parent node (~13 Elo)
1013                 if (!ss->inCheck && lmrDepth < 13
1014                     && ss->staticEval + (bestValue < ss->staticEval - 62 ? 123 : 77)
1015                            + 127 * lmrDepth
1016                          <= alpha)
1017                     continue;
1018
1019                 lmrDepth = std::max(lmrDepth, 0);
1020
1021                 // Prune moves with negative SEE (~4 Elo)
1022                 if (!pos.see_ge(move, Value(-26 * lmrDepth * lmrDepth)))
1023                     continue;
1024             }
1025         }
1026
1027         // Step 15. Extensions (~100 Elo)
1028         // We take care to not overdo to avoid search getting stuck.
1029         if (ss->ply < thisThread->rootDepth * 2)
1030         {
1031             // Singular extension search (~94 Elo). If all moves but one fail low on a
1032             // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1033             // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1034             // a reduced search on the position excluding the ttMove and if the result
1035             // is lower than ttValue minus a margin, then we will extend the ttMove.
1036
1037             // Note: the depth margin and singularBeta margin are known for having non-linear
1038             // scaling. Their values are optimized to time controls of 180+1.8 and longer
1039             // so changing them requires tests at these types of time controls.
1040             // Recursive singular search is avoided.
1041             if (!rootNode && move == ttMove && !excludedMove
1042                 && depth >= 4 - (thisThread->completedDepth > 24) + 2 * (PvNode && tte->is_pv())
1043                 && abs(ttValue) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1044                 && tte->depth() >= depth - 3)
1045             {
1046                 Value singularBeta  = ttValue - (64 + 57 * (ss->ttPv && !PvNode)) * depth / 64;
1047                 Depth singularDepth = newDepth / 2;
1048
1049                 ss->excludedMove = move;
1050                 value =
1051                   search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, singularDepth, cutNode);
1052                 ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1053
1054                 if (value < singularBeta)
1055                 {
1056                     extension        = 1;
1057                     singularQuietLMR = !ttCapture;
1058
1059                     // Avoid search explosion by limiting the number of double extensions
1060                     if (!PvNode && value < singularBeta - 18 && ss->doubleExtensions <= 11)
1061                     {
1062                         extension = 2;
1063                         depth += depth < 15;
1064                     }
1065                 }
1066
1067                 // Multi-cut pruning
1068                 // Our ttMove is assumed to fail high based on the bound of the TT entry,
1069                 // and if after excluding the ttMove with a reduced search we fail high over the original beta,
1070                 // we assume this expected cut-node is not singular (multiple moves fail high),
1071                 // and we can prune the whole subtree by returning a softbound.
1072                 else if (singularBeta >= beta)
1073                     return singularBeta;
1074
1075                 // Negative extensions
1076                 // If other moves failed high over (ttValue - margin) without the ttMove on a reduced search,
1077                 // but we cannot do multi-cut because (ttValue - margin) is lower than the original beta,
1078                 // we do not know if the ttMove is singular or can do a multi-cut,
1079                 // so we reduce the ttMove in favor of other moves based on some conditions:
1080
1081                 // If the ttMove is assumed to fail high over current beta (~7 Elo)
1082                 else if (ttValue >= beta)
1083                     extension = -2 - !PvNode;
1084
1085                 // If we are on a cutNode but the ttMove is not assumed to fail high over current beta (~1 Elo)
1086                 else if (cutNode)
1087                     extension = depth < 19 ? -2 : -1;
1088
1089                 // If the ttMove is assumed to fail low over the value of the reduced search (~1 Elo)
1090                 else if (ttValue <= value)
1091                     extension = -1;
1092             }
1093
1094             // Check extensions (~1 Elo)
1095             else if (givesCheck && depth > 9)
1096                 extension = 1;
1097
1098             // Quiet ttMove extensions (~1 Elo)
1099             else if (PvNode && move == ttMove && move == ss->killers[0]
1100                      && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 4194)
1101                 extension = 1;
1102
1103             // Recapture extensions (~1 Elo)
1104             else if (PvNode && move == ttMove && to_sq(move) == prevSq
1105                      && captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(pos.piece_on(to_sq(move)))]
1106                           > 4000)
1107                 extension = 1;
1108         }
1109
1110         // Add extension to new depth
1111         newDepth += extension;
1112         ss->doubleExtensions = (ss - 1)->doubleExtensions + (extension == 2);
1113
1114         // Speculative prefetch as early as possible
1115         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1116
1117         // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1118         ss->currentMove = move;
1119         ss->continuationHistory =
1120           &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck][capture][movedPiece][to_sq(move)];
1121
1122         // Step 16. Make the move
1123         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1124
1125         // Decrease reduction if position is or has been on the PV (~4 Elo)
1126         if (ss->ttPv && !likelyFailLow)
1127             r -= cutNode && tte->depth() >= depth ? 3 : 2;
1128
1129         // Decrease reduction if opponent's move count is high (~1 Elo)
1130         if ((ss - 1)->moveCount > 7)
1131             r--;
1132
1133         // Increase reduction for cut nodes (~3 Elo)
1134         if (cutNode)
1135             r += 2;
1136
1137         // Increase reduction if ttMove is a capture (~3 Elo)
1138         if (ttCapture)
1139             r++;
1140
1141         // Decrease reduction for PvNodes (~2 Elo)
1142         if (PvNode)
1143             r--;
1144
1145         // Decrease reduction if a quiet ttMove has been singularly extended (~1 Elo)
1146         if (singularQuietLMR)
1147             r--;
1148
1149         // Increase reduction on repetition (~1 Elo)
1150         if (move == (ss - 4)->currentMove && pos.has_repeated())
1151             r += 2;
1152
1153         // Increase reduction if next ply has a lot of fail high (~5 Elo)
1154         if ((ss + 1)->cutoffCnt > 3)
1155             r++;
1156
1157         // Set reduction to 0 for first picked move (ttMove) (~2 Elo)
1158         // Nullifies all previous reduction adjustments to ttMove and leaves only history to do them
1159         else if (move == ttMove)
1160             r = 0;
1161
1162         ss->statScore = 2 * thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1163                       + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1164                       + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1165                       + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)] - 3848;
1166
1167         // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~25 Elo)
1168         r -= ss->statScore / 14200;
1169
1170         // Step 17. Late moves reduction / extension (LMR, ~117 Elo)
1171         // We use various heuristics for the sons of a node after the first son has
1172         // been searched. In general, we would like to reduce them, but there are many
1173         // cases where we extend a son if it has good chances to be "interesting".
1174         if (depth >= 2 && moveCount > 1 + rootNode
1175             && (!ss->ttPv || !capture || (cutNode && (ss - 1)->moveCount > 1)))
1176         {
1177             // In general we want to cap the LMR depth search at newDepth, but when
1178             // reduction is negative, we allow this move a limited search extension
1179             // beyond the first move depth. This may lead to hidden double extensions.
1180             // To prevent problems when the max value is less than the min value,
1181             // std::clamp has been replaced by a more robust implementation.
1182             Depth d = std::max(1, std::min(newDepth - r, newDepth + 1));
1183
1184             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, d, true);
1185
1186             // Do a full-depth search when reduced LMR search fails high
1187             if (value > alpha && d < newDepth)
1188             {
1189                 // Adjust full-depth search based on LMR results - if the result
1190                 // was good enough search deeper, if it was bad enough search shallower.
1191                 const bool doDeeperSearch    = value > (bestValue + 50 + 2 * newDepth);  // (~1 Elo)
1192                 const bool doShallowerSearch = value < bestValue + newDepth;             // (~2 Elo)
1193
1194                 newDepth += doDeeperSearch - doShallowerSearch;
1195
1196                 if (newDepth > d)
1197                     value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1198
1199                 int bonus = value <= alpha ? -stat_malus(newDepth)
1200                           : value >= beta  ? stat_bonus(newDepth)
1201                                            : 0;
1202
1203                 update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1204             }
1205         }
1206
1207         // Step 18. Full-depth search when LMR is skipped
1208         else if (!PvNode || moveCount > 1)
1209         {
1210             // Increase reduction for cut nodes without ttMove (~1 Elo)
1211             if (!ttMove && cutNode)
1212                 r += 2;
1213
1214             // Note that if expected reduction is high, we reduce search depth by 1 here
1215             value = -search<NonPV>(pos, ss + 1, -(alpha + 1), -alpha, newDepth - (r > 3), !cutNode);
1216         }
1217
1218         // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail high,
1219         // otherwise let the parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1220         if (PvNode && (moveCount == 1 || value > alpha))
1221         {
1222             (ss + 1)->pv    = pv;
1223             (ss + 1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1224
1225             value = -search<PV>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1226         }
1227
1228         // Step 19. Undo move
1229         pos.undo_move(move);
1230
1231         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1232
1233         // Step 20. Check for a new best move
1234         // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1235         // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1236         // updating best move, PV and TT.
1237         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1238             return VALUE_ZERO;
1239
1240         if (rootNode)
1241         {
1242             RootMove& rm =
1243               *std::find(thisThread->rootMoves.begin(), thisThread->rootMoves.end(), move);
1244
1245             rm.averageScore =
1246               rm.averageScore != -VALUE_INFINITE ? (2 * value + rm.averageScore) / 3 : value;
1247
1248             // PV move or new best move?
1249             if (moveCount == 1 || value > alpha)
1250             {
1251                 rm.score = rm.uciScore = value;
1252                 rm.selDepth            = thisThread->selDepth;
1253                 rm.scoreLowerbound = rm.scoreUpperbound = false;
1254
1255                 if (value >= beta)
1256                 {
1257                     rm.scoreLowerbound = true;
1258                     rm.uciScore        = beta;
1259                 }
1260                 else if (value <= alpha)
1261                 {
1262                     rm.scoreUpperbound = true;
1263                     rm.uciScore        = alpha;
1264                 }
1265
1266                 rm.pv.resize(1);
1267
1268                 assert((ss + 1)->pv);
1269
1270                 for (Move* m = (ss + 1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1271                     rm.pv.push_back(*m);
1272
1273                 // We record how often the best move has been changed in each iteration.
1274                 // This information is used for time management. In MultiPV mode,
1275                 // we must take care to only do this for the first PV line.
1276                 if (moveCount > 1 && !thisThread->pvIdx)
1277                     ++thisThread->bestMoveChanges;
1278             }
1279             else
1280                 // All other moves but the PV, are set to the lowest value: this
1281                 // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1282                 // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1283                 rm.score = -VALUE_INFINITE;
1284         }
1285
1286         if (value > bestValue)
1287         {
1288             bestValue = value;
1289
1290             if (value > alpha)
1291             {
1292                 bestMove = move;
1293
1294                 if (PvNode && !rootNode)  // Update pv even in fail-high case
1295                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1296
1297                 if (value >= beta)
1298                 {
1299                     ss->cutoffCnt += 1 + !ttMove;
1300                     assert(value >= beta);  // Fail high
1301                     break;
1302                 }
1303                 else
1304                 {
1305                     // Reduce other moves if we have found at least one score improvement (~2 Elo)
1306                     if (depth > 2 && depth < 12 && beta < 13828 && value > -11369)
1307                         depth -= 2;
1308
1309                     assert(depth > 0);
1310                     alpha = value;  // Update alpha! Always alpha < beta
1311                 }
1312             }
1313         }
1314
1315         // If the move is worse than some previously searched move,
1316         // remember it, to update its stats later.
1317         if (move != bestMove && moveCount <= 32)
1318         {
1319             if (capture)
1320                 capturesSearched[captureCount++] = move;
1321
1322             else
1323                 quietsSearched[quietCount++] = move;
1324         }
1325     }
1326
1327     // Step 21. Check for mate and stalemate
1328     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1329     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1330     // return a fail low score.
1331
1332     assert(moveCount || !ss->inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1333
1334     if (!moveCount)
1335         bestValue = excludedMove ? alpha : ss->inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1336
1337     // If there is a move that produces search value greater than alpha we update the stats of searched moves
1338     else if (bestMove)
1339         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq, quietsSearched, quietCount,
1340                          capturesSearched, captureCount, depth);
1341
1342     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1343     else if (!priorCapture && prevSq != SQ_NONE)
1344     {
1345         int bonus = (depth > 6) + (PvNode || cutNode) + (bestValue < alpha - 657)
1346                   + ((ss - 1)->moveCount > 10);
1347         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq,
1348                                       stat_bonus(depth) * bonus);
1349         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss - 1)->currentMove)]
1350           << stat_bonus(depth) * bonus / 2;
1351     }
1352
1353     if (PvNode)
1354         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1355
1356     // If no good move is found and the previous position was ttPv, then the previous
1357     // opponent move is probably good and the new position is added to the search tree. (~7 Elo)
1358     if (bestValue <= alpha)
1359         ss->ttPv = ss->ttPv || ((ss - 1)->ttPv && depth > 3);
1360
1361     // Write gathered information in transposition table
1362     if (!excludedMove && !(rootNode && thisThread->pvIdx))
1363         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ss->ttPv,
1364                   bestValue >= beta    ? BOUND_LOWER
1365                   : PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT
1366                                        : BOUND_UPPER,
1367                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1368
1369     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1370
1371     return bestValue;
1372 }
1373
1374
1375 // Quiescence search function, which is called by the main search
1376 // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1377 // (~155 Elo)
1378 template<NodeType nodeType>
1379 Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1380
1381     static_assert(nodeType != Root);
1382     constexpr bool PvNode = nodeType == PV;
1383
1384     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1385     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1386     assert(depth <= 0);
1387
1388     // Check if we have an upcoming move that draws by repetition, or
1389     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
1390     if (alpha < VALUE_DRAW && pos.has_game_cycle(ss->ply))
1391     {
1392         alpha = value_draw(pos.this_thread());
1393         if (alpha >= beta)
1394             return alpha;
1395     }
1396
1397     Move      pv[MAX_PLY + 1];
1398     StateInfo st;
1399     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1400
1401     TTEntry* tte;
1402     Key      posKey;
1403     Move     ttMove, move, bestMove;
1404     Depth    ttDepth;
1405     Value    bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase;
1406     bool     pvHit, givesCheck, capture;
1407     int      moveCount;
1408     Color    us = pos.side_to_move();
1409
1410     // Step 1. Initialize node
1411     if (PvNode)
1412     {
1413         (ss + 1)->pv = pv;
1414         ss->pv[0]    = MOVE_NONE;
1415     }
1416
1417     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1418     bestMove           = MOVE_NONE;
1419     ss->inCheck        = pos.checkers();
1420     moveCount          = 0;
1421
1422     // Step 2. Check for an immediate draw or maximum ply reached
1423     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1424         return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1425
1426     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1427
1428     // Decide the replacement and cutoff priority of the qsearch TT entries
1429     ttDepth = ss->inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1430
1431     // Step 3. Transposition table lookup
1432     posKey  = pos.key();
1433     tte     = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
1434     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1435     ttMove  = ss->ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1436     pvHit   = ss->ttHit && tte->is_pv();
1437
1438     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
1439     if (!PvNode && tte->depth() >= ttDepth
1440         && ttValue != VALUE_NONE  // Only in case of TT access race or if !ttHit
1441         && (tte->bound() & (ttValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1442         return ttValue;
1443
1444     // Step 4. Static evaluation of the position
1445     if (ss->inCheck)
1446         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1447     else
1448     {
1449         if (ss->ttHit)
1450         {
1451             // Never assume anything about values stored in TT
1452             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1453                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1454
1455             // ttValue can be used as a better position evaluation (~13 Elo)
1456             if (ttValue != VALUE_NONE
1457                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1458                 bestValue = ttValue;
1459         }
1460         else
1461             // In case of null move search, use previous static eval with a different sign
1462             ss->staticEval = bestValue =
1463               (ss - 1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss - 1)->staticEval;
1464
1465         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1466         if (bestValue >= beta)
1467         {
1468             if (!ss->ttHit)
1469                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), false, BOUND_LOWER, DEPTH_NONE,
1470                           MOVE_NONE, ss->staticEval);
1471
1472             return bestValue;
1473         }
1474
1475         if (bestValue > alpha)
1476             alpha = bestValue;
1477
1478         futilityBase = ss->staticEval + 200;
1479     }
1480
1481     const PieceToHistory* contHist[] = {(ss - 1)->continuationHistory,
1482                                         (ss - 2)->continuationHistory};
1483
1484     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1485     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1486     // queen promotions, and other checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS)
1487     // will be generated.
1488     Square     prevSq = is_ok((ss - 1)->currentMove) ? to_sq((ss - 1)->currentMove) : SQ_NONE;
1489     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory,
1490                   contHist, &thisThread->pawnHistory, prevSq);
1491
1492     int quietCheckEvasions = 0;
1493
1494     // Step 5. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
1495     // or a beta cutoff occurs.
1496     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1497     {
1498         assert(is_ok(move));
1499
1500         // Check for legality
1501         if (!pos.legal(move))
1502             continue;
1503
1504         givesCheck = pos.gives_check(move);
1505         capture    = pos.capture_stage(move);
1506
1507         moveCount++;
1508
1509         // Step 6. Pruning
1510         if (bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY && pos.non_pawn_material(us))
1511         {
1512             // Futility pruning and moveCount pruning (~10 Elo)
1513             if (!givesCheck && to_sq(move) != prevSq && futilityBase > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1514                 && type_of(move) != PROMOTION)
1515             {
1516                 if (moveCount > 2)
1517                     continue;
1518
1519                 futilityValue = futilityBase + PieceValue[pos.piece_on(to_sq(move))];
1520
1521                 // If static eval + value of piece we are going to capture is much lower
1522                 // than alpha we can prune this move.
1523                 if (futilityValue <= alpha)
1524                 {
1525                     bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1526                     continue;
1527                 }
1528
1529                 // If static eval is much lower than alpha and move is not winning material
1530                 // we can prune this move.
1531                 if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1532                 {
1533                     bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1534                     continue;
1535                 }
1536
1537                 // If static exchange evaluation is much worse than what is needed to not
1538                 // fall below alpha we can prune this move.
1539                 if (futilityBase > alpha && !pos.see_ge(move, (alpha - futilityBase) * 4))
1540                 {
1541                     bestValue = alpha;
1542                     continue;
1543                 }
1544             }
1545
1546             // We prune after the second quiet check evasion move, where being 'in check' is
1547             // implicitly checked through the counter, and being a 'quiet move' apart from
1548             // being a tt move is assumed after an increment because captures are pushed ahead.
1549             if (quietCheckEvasions > 1)
1550                 break;
1551
1552             // Continuation history based pruning (~3 Elo)
1553             if (!capture && (*contHist[0])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0
1554                 && (*contHist[1])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < 0)
1555                 continue;
1556
1557             // Do not search moves with bad enough SEE values (~5 Elo)
1558             if (!pos.see_ge(move, Value(-90)))
1559                 continue;
1560         }
1561
1562         // Speculative prefetch as early as possible
1563         prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1564
1565         // Update the current move
1566         ss->currentMove = move;
1567         ss->continuationHistory =
1568           &thisThread
1569              ->continuationHistory[ss->inCheck][capture][pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1570
1571         quietCheckEvasions += !capture && ss->inCheck;
1572
1573         // Step 7. Make and search the move
1574         pos.do_move(move, st, givesCheck);
1575         value = -qsearch<nodeType>(pos, ss + 1, -beta, -alpha, depth - 1);
1576         pos.undo_move(move);
1577
1578         assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1579
1580         // Step 8. Check for a new best move
1581         if (value > bestValue)
1582         {
1583             bestValue = value;
1584
1585             if (value > alpha)
1586             {
1587                 bestMove = move;
1588
1589                 if (PvNode)  // Update pv even in fail-high case
1590                     update_pv(ss->pv, move, (ss + 1)->pv);
1591
1592                 if (value < beta)  // Update alpha here!
1593                     alpha = value;
1594                 else
1595                     break;  // Fail high
1596             }
1597         }
1598     }
1599
1600     // Step 9. Check for mate
1601     // All legal moves have been searched. A special case: if we're in check
1602     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1603     if (ss->inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1604     {
1605         assert(!MoveList<LEGAL>(pos).size());
1606
1607         return mated_in(ss->ply);  // Plies to mate from the root
1608     }
1609
1610     // Save gathered info in transposition table
1611     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1612               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER, ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1613
1614     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1615
1616     return bestValue;
1617 }
1618
1619
1620 // Adjusts a mate or TB score from "plies to mate from the root"
1621 // to "plies to mate from the current position". Standard scores are unchanged.
1622 // The function is called before storing a value in the transposition table.
1623 Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1624
1625     assert(v != VALUE_NONE);
1626
1627     return v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY ? v + ply : v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1628 }
1629
1630
1631 // Inverse of value_to_tt(): it adjusts a mate or TB score
1632 // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated from
1633 // current position) to "plies to mate/be mated (TB win/loss) from the root".
1634 // However, to avoid potentially false mate scores related to the 50 moves rule
1635 // and the graph history interaction problem, we return an optimal TB score instead.
1636 Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1637
1638     if (v == VALUE_NONE)
1639         return VALUE_NONE;
1640
1641     if (v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)  // TB win or better
1642     {
1643         if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE - v > 99 - r50c)
1644             return VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1;  // do not return a potentially false mate score
1645
1646         return v - ply;
1647     }
1648
1649     if (v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)  // TB loss or worse
1650     {
1651         if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE + v > 99 - r50c)
1652             return VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + 1;  // do not return a potentially false mate score
1653
1654         return v + ply;
1655     }
1656
1657     return v;
1658 }
1659
1660
1661 // Adds current move and appends child pv[]
1662 void update_pv(Move* pv, Move move, const Move* childPv) {
1663
1664     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE;)
1665         *pv++ = *childPv++;
1666     *pv = MOVE_NONE;
1667 }
1668
1669
1670 // Updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1671 void update_all_stats(const Position& pos,
1672                       Stack*          ss,
1673                       Move            bestMove,
1674                       Value           bestValue,
1675                       Value           beta,
1676                       Square          prevSq,
1677                       Move*           quietsSearched,
1678                       int             quietCount,
1679                       Move*           capturesSearched,
1680                       int             captureCount,
1681                       Depth           depth) {
1682
1683     Color                  us             = pos.side_to_move();
1684     Thread*                thisThread     = pos.this_thread();
1685     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1686     Piece                  moved_piece    = pos.moved_piece(bestMove);
1687     PieceType              captured;
1688
1689     int quietMoveBonus = stat_bonus(depth + 1);
1690     int quietMoveMalus = stat_malus(depth);
1691
1692     if (!pos.capture_stage(bestMove))
1693     {
1694         int bestMoveBonus = bestValue > beta + 168 ? quietMoveBonus      // larger bonus
1695                                                    : stat_bonus(depth);  // smaller bonus
1696
1697         // Increase stats for the best move in case it was a quiet move
1698         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bestMoveBonus);
1699         thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][moved_piece][to_sq(bestMove)]
1700           << quietMoveBonus;
1701
1702         int moveMalus = bestValue > beta + 168 ? quietMoveMalus      // larger malus
1703                                                : stat_malus(depth);  // smaller malus
1704
1705         // Decrease stats for all non-best quiet moves
1706         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1707         {
1708             thisThread->pawnHistory[pawn_structure(pos)][pos.moved_piece(quietsSearched[i])]
1709                                    [to_sq(quietsSearched[i])]
1710               << -moveMalus;
1711             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -moveMalus;
1712             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]),
1713                                           to_sq(quietsSearched[i]), -moveMalus);
1714         }
1715     }
1716     else
1717     {
1718         // Increase stats for the best move in case it was a capture move
1719         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1720         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << quietMoveBonus;
1721     }
1722
1723     // Extra penalty for a quiet early move that was not a TT move or
1724     // main killer move in previous ply when it gets refuted.
1725     if (prevSq != SQ_NONE
1726         && ((ss - 1)->moveCount == 1 + (ss - 1)->ttHit
1727             || ((ss - 1)->currentMove == (ss - 1)->killers[0]))
1728         && !pos.captured_piece())
1729         update_continuation_histories(ss - 1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -quietMoveMalus);
1730
1731     // Decrease stats for all non-best capture moves
1732     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1733     {
1734         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1735         captured    = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1736         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -quietMoveMalus;
1737     }
1738 }
1739
1740
1741 // Updates histories of the move pairs formed
1742 // by moves at ply -1, -2, -3, -4, and -6 with current move.
1743 void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1744
1745     for (int i : {1, 2, 3, 4, 6})
1746     {
1747         // Only update the first 2 continuation histories if we are in check
1748         if (ss->inCheck && i > 2)
1749             break;
1750         if (is_ok((ss - i)->currentMove))
1751             (*(ss - i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus / (1 + 3 * (i == 3));
1752     }
1753 }
1754
1755
1756 // Updates move sorting heuristics
1757 void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus) {
1758
1759     // Update killers
1760     if (ss->killers[0] != move)
1761     {
1762         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1763         ss->killers[0] = move;
1764     }
1765
1766     Color   us         = pos.side_to_move();
1767     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1768     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1769     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1770
1771     // Update countermove history
1772     if (is_ok((ss - 1)->currentMove))
1773     {
1774         Square prevSq                                          = to_sq((ss - 1)->currentMove);
1775         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1776     }
1777 }
1778
1779 // When playing with strength handicap, choose the best move among a set of RootMoves
1780 // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1781 Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1782
1783     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1784     static PRNG      rng(now());  // PRNG sequence should be non-deterministic
1785
1786     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1787     Value  topScore = rootMoves[0].score;
1788     int    delta    = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValue);
1789     int    maxScore = -VALUE_INFINITE;
1790     double weakness = 120 - 2 * level;
1791
1792     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1793     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1794     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1795     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1796     {
1797         // This is our magic formula
1798         int push = int((weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1799                         + delta * (rng.rand<unsigned>() % int(weakness)))
1800                        / 128);
1801
1802         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1803         {
1804             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1805             best     = rootMoves[i].pv[0];
1806         }
1807     }
1808
1809     return best;
1810 }
1811
1812 }  // namespace
1813
1814
1815 // Used to print debug info and, more importantly,
1816 // to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1817 void MainThread::check_time() {
1818
1819     if (--callsCnt > 0)
1820         return;
1821
1822     // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1823     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(512, int(Limits.nodes / 1024)) : 512;
1824
1825     static TimePoint lastInfoTime = now();
1826
1827     TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1828     TimePoint tick    = Limits.startTime + elapsed;
1829
1830     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1831     {
1832         lastInfoTime = tick;
1833         dbg_print();
1834     }
1835
1836     // We should not stop pondering until told so by the GUI
1837     if (ponder)
1838         return;
1839
1840     if ((Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() || stopOnPonderhit))
1841         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1842         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= uint64_t(Limits.nodes)))
1843         Threads.stop = true;
1844 }
1845
1846
1847 // Formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1848 // that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1849 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth) {
1850
1851     std::stringstream ss;
1852     TimePoint         elapsed       = Time.elapsed() + 1;
1853     const RootMoves&  rootMoves     = pos.this_thread()->rootMoves;
1854     size_t            pvIdx         = pos.this_thread()->pvIdx;
1855     size_t            multiPV       = std::min(size_t(Options["MultiPV"]), rootMoves.size());
1856     uint64_t          nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1857     uint64_t          tbHits        = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1858
1859     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1860     {
1861         bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1862
1863         if (depth == 1 && !updated && i > 0)
1864             continue;
1865
1866         Depth d = updated ? depth : std::max(1, depth - 1);
1867         Value v = updated ? rootMoves[i].uciScore : rootMoves[i].previousScore;
1868
1869         if (v == -VALUE_INFINITE)
1870             v = VALUE_ZERO;
1871
1872         bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY;
1873         v       = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1874
1875         if (ss.rdbuf()->in_avail())  // Not at first line
1876             ss << "\n";
1877
1878         ss << "info"
1879            << " depth " << d << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth << " multipv " << i + 1
1880            << " score " << UCI::value(v);
1881
1882         if (Options["UCI_ShowWDL"])
1883             ss << UCI::wdl(v, pos.game_ply());
1884
1885         if (i == pvIdx && !tb && updated)  // tablebase- and previous-scores are exact
1886             ss << (rootMoves[i].scoreLowerbound
1887                      ? " lowerbound"
1888                      : (rootMoves[i].scoreUpperbound ? " upperbound" : ""));
1889
1890         ss << " nodes " << nodesSearched << " nps " << nodesSearched * 1000 / elapsed
1891            << " hashfull " << TT.hashfull() << " tbhits " << tbHits << " time " << elapsed << " pv";
1892
1893         for (Move m : rootMoves[i].pv)
1894             ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1895     }
1896
1897     return ss.str();
1898 }
1899
1900
1901 // Called in case we have no ponder move before exiting the search,
1902 // for instance, in case we stop the search during a fail high at root.
1903 // We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1904 // otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think about.
1905 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1906
1907     StateInfo st;
1908     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::CacheLineSize);
1909
1910     bool ttHit;
1911
1912     assert(pv.size() == 1);
1913
1914     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1915         return false;
1916
1917     pos.do_move(pv[0], st);
1918     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1919
1920     if (ttHit)
1921     {
1922         Move m = tte->move();  // Local copy to be SMP safe
1923         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1924             pv.push_back(m);
1925     }
1926
1927     pos.undo_move(pv[0]);
1928     return pv.size() > 1;
1929 }
1930
1931 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1932
1933     RootInTB           = false;
1934     UseRule50          = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1935     ProbeDepth         = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1936     Cardinality        = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1937     bool dtz_available = true;
1938
1939     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1940     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1941     if (Cardinality > MaxCardinality)
1942     {
1943         Cardinality = MaxCardinality;
1944         ProbeDepth  = 0;
1945     }
1946
1947     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1948     {
1949         // Rank moves using DTZ tables
1950         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1951
1952         if (!RootInTB)
1953         {
1954             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1955             dtz_available = false;
1956             RootInTB      = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1957         }
1958     }
1959
1960     if (RootInTB)
1961     {
1962         // Sort moves according to TB rank
1963         std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1964                          [](const RootMove& a, const RootMove& b) { return a.tbRank > b.tbRank; });
1965
1966         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1967         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1968             Cardinality = 0;
1969     }
1970     else
1971     {
1972         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1973         for (auto& m : rootMoves)
1974             m.tbRank = 0;
1975     }
1976 }
1977
1978 }  // namespace Stockfish