]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/search.cpp
Use FMHs to assist with LMR formula.
[stockfish] / src / search.cpp
index eb9a0891d697edd3d827556bbd5e1fbcf7ef1a15..a50f7990f2cf20c6e8171f832d16fa2fa40ac170 100644 (file)
@@ -2,6 +2,7 @@
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
@@ -39,7 +40,6 @@ namespace Search {
 
   SignalsType Signals;
   LimitsType Limits;
-  StateStackPtr SetupStates;
 }
 
 namespace Tablebases {
@@ -60,8 +60,8 @@ using namespace Search;
 
 namespace {
 
-  // Different node types, used as template parameter
-  enum NodeType { Root, PV, NonPV };
+  // Different node types, used as template parameter
+  enum NodeType { NonPV, PV };
 
   // Razoring and futility margin based on depth
   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
@@ -75,7 +75,7 @@ namespace {
     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
   }
 
-  // Skill struct is used to implement strength limiting
+  // Skill structure is used to implement strength limit
   struct Skill {
     Skill(int l) : level(l) {}
     bool enabled() const { return level < 20; }
@@ -87,8 +87,8 @@ namespace {
     Move best = MOVE_NONE;
   };
 
-  // EasyMoveManager struct is used to detect a so called 'easy move'; when PV is
-  // stable across multiple search iterations we can fast return the best move.
+  // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
+  // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
   struct EasyMoveManager {
 
     void clear() {
@@ -105,7 +105,7 @@ namespace {
 
       assert(newPv.size() >= 3);
 
-      // Keep track of how many times in a row 3rd ply remains stable
+      // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
 
       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
@@ -126,10 +126,38 @@ namespace {
     Move pv[3];
   };
 
+  // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
+  // the search depths across the threads.
+  typedef std::vector<int> Row;
+
+  const Row HalfDensity[] = {
+    {0, 1},
+    {1, 0},
+    {0, 0, 1, 1},
+    {0, 1, 1, 0},
+    {1, 1, 0, 0},
+    {1, 0, 0, 1},
+    {0, 0, 0, 1, 1, 1},
+    {0, 0, 1, 1, 1, 0},
+    {0, 1, 1, 1, 0, 0},
+    {1, 1, 1, 0, 0, 0},
+    {1, 1, 0, 0, 0, 1},
+    {1, 0, 0, 0, 1, 1},
+    {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
+    {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
+    {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
+    {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
+    {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
+    {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
+    {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
+    {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
+  };
+
+  const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
+
   EasyMoveManager EasyMove;
-  double BestMoveChanges;
   Value DrawValue[COLOR_NB];
-  CounterMovesHistoryStats CounterMovesHistory;
+  CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
 
   template <NodeType NT>
   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
@@ -150,22 +178,21 @@ namespace {
 
 void Search::init() {
 
-  const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
-
-  for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
-      for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
-          for (int d = 1; d < 64; ++d)
-              for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
-              {
-                  double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
+  for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
+      for (int d = 1; d < 64; ++d)
+          for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
+          {
+              double r = log(d) * log(mc) / 2;
+              if (r < 0.80)
+                continue;
 
-                  if (r >= 1.5)
-                      Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
+              Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
+              Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
 
-                  // Increase reduction when eval is not improving
-                  if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
-                      Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
-              }
+              // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
+              if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
+                Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
+          }
 
   for (int d = 0; d < 16; ++d)
   {
@@ -175,23 +202,25 @@ void Search::init() {
 }
 
 
-/// Search::clear() resets to zero search state, to obtain reproducible results
+/// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
 
 void Search::clear() {
 
   TT.clear();
-  CounterMovesHistory.clear();
+  CounterMoveHistory.clear();
 
   for (Thread* th : Threads)
   {
       th->history.clear();
       th->counterMoves.clear();
   }
+
+  Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
 }
 
 
 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
-/// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
+/// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
 template<bool Root>
 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
 
@@ -220,11 +249,10 @@ uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
 
 
-/// MainThread::think() is called by the main thread when the program receives
-/// the UCI 'go' command. It searches from root position and at the end prints
-/// the "bestmove" to output.
+/// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
+/// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
 
-void MainThread::think() {
+void MainThread::search() {
 
   Color us = rootPos.side_to_move();
   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
@@ -255,11 +283,12 @@ void MainThread::think() {
   }
   else
   {
-      if (TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
-                            + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK))
+      if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
+                                + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
+          && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
       {
-          // If the current root position is in the tablebases then RootMoves
-          // contains only moves that preserve the draw or win.
+          // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
+          // contains only moves that preserve the draw or the win.
           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
 
           if (TB::RootInTB)
@@ -267,7 +296,7 @@ void MainThread::think() {
 
           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
           {
-              // Filter out moves that do not preserve a draw or win
+              // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
 
               // Only probe during search if winning
@@ -287,31 +316,14 @@ void MainThread::think() {
       }
 
       for (Thread* th : Threads)
-      {
-          th->maxPly = 0;
-          th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
-          th->searching = true;
           if (th != this)
-          {
-              th->rootPos = Position(rootPos, th);
-              th->rootMoves = rootMoves;
-              th->notify_one(); // Wake up the thread and start searching
-          }
-      }
+              th->start_searching();
 
-      search(true); // Let's start searching!
-
-      // Stop the threads
-      Signals.stop = true;
-
-      // Wait until all threads have finished
-      for (Thread* th : Threads)
-          if (th != this)
-              th->wait_while(th->searching);
+      Thread::search(); // Let's start searching!
   }
 
   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
-  // the available ones before to exit.
+  // the available ones before exiting.
   if (Limits.npmsec)
       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
 
@@ -326,15 +338,30 @@ void MainThread::think() {
       wait(Signals.stop);
   }
 
-  // Check if there are threads with a better score than main thread.
-  Thread* bestThread = this;
+  // Stop the threads if not already stopped
+  Signals.stop = true;
+
+  // Wait until all threads have finished
   for (Thread* th : Threads)
-      if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
-          && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
-        bestThread = th;
+      if (th != this)
+          th->wait_for_search_finished();
 
-  // Send new PV when needed.
-  // FIXME: Breaks multiPV, and skill levels
+  // Check if there are threads with a better score than main thread
+  Thread* bestThread = this;
+  if (   !this->easyMovePlayed
+      &&  Options["MultiPV"] == 1
+      && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
+      &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
+  {
+      for (Thread* th : Threads)
+          if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
+              && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
+              bestThread = th;
+  }
+
+  previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
+
+  // Send new PV when needed
   if (bestThread != this)
       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
 
@@ -349,25 +376,27 @@ void MainThread::think() {
 
 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
-// consumed, user stops the search, or the maximum search depth is reached.
+// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
 
-void Thread::search(bool isMainThread) {
+void Thread::search() {
 
-  Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
+  Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
   Value bestValue, alpha, beta, delta;
   Move easyMove = MOVE_NONE;
+  MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
 
-  std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
+  std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
 
   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
   beta = VALUE_INFINITE;
   completedDepth = DEPTH_ZERO;
 
-  if (isMainThread)
+  if (mainThread)
   {
       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
       EasyMove.clear();
-      BestMoveChanges = 0;
+      mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
+      mainThread->bestMoveChanges = 0;
       TT.new_search();
   }
 
@@ -381,16 +410,21 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
 
   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
 
-  // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
+  // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
   {
-      // Set up the new depth for the helper threads
-      if (!isMainThread)
-          rootDepth = Threads.main()->rootDepth + Depth(int(2.2 * log(1 + this->idx)));
+      // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
+      // 2nd ply (using a half-density matrix).
+      if (!mainThread)
+      {
+          const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
+          if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
+             continue;
+      }
 
       // Age out PV variability metric
-      if (isMainThread)
-          BestMoveChanges *= 0.5;
+      if (mainThread)
+          mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
 
       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
@@ -413,7 +447,7 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
           // high/low anymore.
           while (true)
           {
-              bestValue = ::search<Root>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
+              bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
 
               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
               // is done with a stable algorithm because all the values but the
@@ -423,20 +457,20 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
               // search the already searched PV lines are preserved.
               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
 
-              // Write PV back to transposition table in case the relevant
+              // Write PV back to the transposition table in case the relevant
               // entries have been overwritten during the search.
               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
 
-              // If search has been stopped break immediately. Sorting and
+              // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
-              // valid, although it refers to previous iteration.
+              // valid, although it refers to the previous iteration.
               if (Signals.stop)
                   break;
 
               // When failing high/low give some update (without cluttering
               // the UI) before a re-search.
-              if (   isMainThread
+              if (   mainThread
                   && multiPV == 1
                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
                   && Time.elapsed() > 3000)
@@ -449,9 +483,9 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
                   beta = (alpha + beta) / 2;
                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
 
-                  if (isMainThread)
+                  if (mainThread)
                   {
-                      Signals.failedLowAtRoot = true;
+                      mainThread->failedLow = true;
                       Signals.stopOnPonderhit = false;
                   }
               }
@@ -471,7 +505,7 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
 
-          if (!isMainThread)
+          if (!mainThread)
               break;
 
           if (Signals.stop)
@@ -485,7 +519,7 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
       if (!Signals.stop)
           completedDepth = rootDepth;
 
-      if (!isMainThread)
+      if (!mainThread)
           continue;
 
       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
@@ -503,18 +537,22 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
       {
           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
           {
-              // Take some extra time if the best move has changed
-              if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
-                  Time.pv_instability(BestMoveChanges);
-
-              // Stop the search if only one legal move is available or all
-              // of the available time has been used or we matched an easyMove
+              // Stop the search if only one legal move is available, or if all
+              // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
               // from the previous search and just did a fast verification.
+              const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
+                                 bestValue >= mainThread->previousScore };
+
+              int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
+              double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
+
+              bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
+                               && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
+                               && Time.elapsed() > Time.optimum() * 25 / 204;
+
               if (   rootMoves.size() == 1
-                  || Time.elapsed() > Time.available()
-                  || (   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
-                      && BestMoveChanges < 0.03
-                      && Time.elapsed() > Time.available() / 10))
+                  || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 634
+                  || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
               {
                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
@@ -532,15 +570,12 @@ void Thread::search(bool isMainThread) {
       }
   }
 
-  searching = false;
-  notify_one(); // Wake up main thread if is sleeping waiting for us
-
-  if (!isMainThread)
+  if (!mainThread)
       return;
 
   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
-  if (EasyMove.stableCnt < 6 || Time.elapsed() < Time.available())
+  if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
       EasyMove.clear();
 
   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
@@ -557,12 +592,12 @@ namespace {
   template <NodeType NT>
   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
 
-    const bool RootNode = NT == Root;
-    const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
+    const bool PvNode = NT == PV;
+    const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
 
     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
-    assert(depth > DEPTH_ZERO);
+    assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
 
     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
     StateInfo st;
@@ -582,16 +617,16 @@ namespace {
     bestValue = -VALUE_INFINITE;
     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
 
-    // Check for available remaining time
-    if (thisThread->resetCallsCnt.load(std::memory_order_relaxed))
+    // Check for the available remaining time
+    if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
     {
-        thisThread->resetCallsCnt = false;
+        thisThread->resetCalls = false;
         thisThread->callsCnt = 0;
     }
     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
     {
         for (Thread* th : Threads)
-            th->resetCallsCnt = true;
+            th->resetCalls = true;
 
         check_time();
     }
@@ -600,7 +635,7 @@ namespace {
     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
         thisThread->maxPly = ss->ply;
 
-    if (!RootNode)
+    if (!rootNode)
     {
         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
@@ -621,8 +656,9 @@ namespace {
 
     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
 
-    ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
-    (ss+1)->skipEarlyPruning = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
+    ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
+    ss->counterMoves = nullptr;
+    (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
 
     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
@@ -632,8 +668,8 @@ namespace {
     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
-    ss->ttMove = ttMove =  RootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
-                         : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
+    ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
+            : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
 
     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
     if (  !PvNode
@@ -653,13 +689,14 @@ namespace {
     }
 
     // Step 4a. Tablebase probe
-    if (!RootNode && TB::Cardinality)
+    if (!rootNode && TB::Cardinality)
     {
         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
 
         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
-            &&  pos.rule50_count() == 0)
+            &&  pos.rule50_count() == 0
+            && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
         {
             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
 
@@ -730,7 +767,7 @@ namespace {
     }
 
     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
-    if (   !RootNode
+    if (   !rootNode
         &&  depth < 7 * ONE_PLY
         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
@@ -744,6 +781,7 @@ namespace {
         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
     {
         ss->currentMove = MOVE_NULL;
+        ss->counterMoves = nullptr;
 
         assert(eval - beta >= 0);
 
@@ -792,13 +830,14 @@ namespace {
         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
 
-        MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
+        MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
         CheckInfo ci(pos);
 
         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
             if (pos.legal(move, ci.pinned))
             {
                 ss->currentMove = move;
+                ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
                 pos.undo_move(move);
@@ -814,7 +853,7 @@ namespace {
     {
         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
         ss->skipEarlyPruning = true;
-        search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
+        search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
         ss->skipEarlyPruning = false;
 
         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
@@ -824,17 +863,16 @@ namespace {
 moves_loop: // When in check search starts from here
 
     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
-    Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
-    const CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
+    const CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
 
-    MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
+    MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
     CheckInfo ci(pos);
     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
                || ss->staticEval == VALUE_NONE
                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
 
-    singularExtensionNode =   !RootNode
+    singularExtensionNode =   !rootNode
                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
                            &&  ttMove != MOVE_NONE
                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
@@ -855,21 +893,16 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
-      if (RootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
+      if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
           continue;
 
       ss->moveCount = ++moveCount;
 
-      if (RootNode && thisThread == Threads.main())
-      {
-          Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
-
-          if (Time.elapsed() > 3000)
-              sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
-                        << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
-                        << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
-      }
+      if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
+          sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
+                    << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
+                    << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
 
       if (PvNode)
           (ss+1)->pv = nullptr;
@@ -910,7 +943,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
 
       // Step 13. Pruning at shallow depth
-      if (   !RootNode
+      if (   !rootNode
           && !captureOrPromotion
           && !inCheck
           && !givesCheck
@@ -923,12 +956,13 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
               continue;
 
           // History based pruning
-          if (   depth <= 3 * ONE_PLY
+          if (   depth <= 4 * ONE_PLY
+              && move != ss->killers[0]
               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
               continue;
 
-          predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
+          predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
 
           // Futility pruning: parent node
           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
@@ -951,13 +985,14 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
 
       // Check for legality just before making the move
-      if (!RootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
+      if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
       {
           ss->moveCount = --moveCount;
           continue;
       }
 
       ss->currentMove = move;
+      ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
 
       // Step 14. Make the move
       pos.do_move(move, st, givesCheck);
@@ -966,41 +1001,46 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
       // re-searched at full depth.
       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
           &&  moveCount > 1
-          && !captureOrPromotion
-          &&  move != ss->killers[0]
-          &&  move != ss->killers[1])
+          && !captureOrPromotion)
       {
-          ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
+          Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
+          Value hValue = thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)];
+          Value cmhValue = cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)];
+          
+          const CounterMoveStats* fm = (ss - 2)->counterMoves;
+          const CounterMoveStats* fm2 = (ss - 4)->counterMoves;
+          Value fmValue = (fm ? (*fm)[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
+          Value fm2Value = (fm2 ? (*fm2)[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
 
           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
           if (   (!PvNode && cutNode)
-              || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
-                  && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
-              ss->reduction += ONE_PLY;
-
-          // Decrease reduction for moves with a good history
-          if (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO
-              && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] > VALUE_ZERO)
-              ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
-
-          // Decrease reduction for moves that escape a capture
-          if (   ss->reduction
+              || (hValue < VALUE_ZERO && cmhValue <= VALUE_ZERO))
+              r += ONE_PLY;
+
+          // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
+          int rHist = (hValue + cmhValue + fmValue + fm2Value) / 20000;
+          r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
+
+          // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
+          // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
+          // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
+          // because the destination square is empty.
+          if (   r
               && type_of(move) == NORMAL
               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
-              ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
+              r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
 
-          Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
+          Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
 
           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
 
-          doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
-          ss->reduction = DEPTH_ZERO;
+          doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
       }
       else
           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
 
-      // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
+      // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
       if (doFullDepthSearch)
           value = newDepth <   ONE_PLY ?
                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
@@ -1009,8 +1049,8 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
-      // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
-      if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
+      // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
+      if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
       {
           (ss+1)->pv = pv;
           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
@@ -1026,14 +1066,14 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
 
-      // Step 18. Check for new best move
+      // Step 18. Check for new best move
       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
       // updating best move, PV and TT.
       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
           return VALUE_ZERO;
 
-      if (RootNode)
+      if (rootNode)
       {
           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
@@ -1053,7 +1093,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
               // iteration. This information is used for time management: When
               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
-                  ++BestMoveChanges;
+                  ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
           }
           else
               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
@@ -1077,7 +1117,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
               bestMove = move;
 
-              if (PvNode && !RootNode) // Update pv even in fail-high case
+              if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
 
               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
@@ -1094,7 +1134,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
           quietsSearched[quietCount++] = move;
     }
 
-    // Following condition would detect a stop only after move loop has been
+    // The following condition would detect a stop only after move loop has been
     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
     /*
@@ -1104,7 +1144,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
     // Step 20. Check for mate and stalemate
     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
-    // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
+    // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
     // return a fail low score.
     if (!moveCount)
         bestValue = excludedMove ? alpha
@@ -1119,13 +1159,17 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
              && !bestMove
              && !inCheck
              && !pos.captured_piece_type()
-             && is_ok((ss - 1)->currentMove)
-             && is_ok((ss - 2)->currentMove))
+             && is_ok((ss-1)->currentMove))
     {
         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
-        Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
-        CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
-        prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
+        if ((ss-2)->counterMoves)
+            (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
+
+        if ((ss-3)->counterMoves)
+            (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
+
+        if ((ss-5)->counterMoves)
+            (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
     }
 
     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
@@ -1148,7 +1192,6 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
     const bool PvNode = NT == PV;
 
-    assert(NT == PV || NT == NonPV);
     assert(InCheck == !!pos.checkers());
     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
@@ -1247,7 +1290,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
     // be generated.
-    MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
+    MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
     CheckInfo ci(pos);
 
     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
@@ -1310,7 +1353,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
 
-      // Check for new best move
+      // Check for new best move
       if (value > bestValue)
       {
           bestValue = value;
@@ -1386,8 +1429,8 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
   }
 
 
-  // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
-  // history when a new quiet best move is found.
+  // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
+  // follow-up move history when a new quiet best move is found.
 
   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
@@ -1401,34 +1444,51 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
 
     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
-    CounterMovesStats& cmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
+    CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
+    CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
+    CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
     Thread* thisThread = pos.this_thread();
 
     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
 
-    if (is_ok((ss-1)->currentMove))
+    if (cmh)
     {
         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
-        cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
+        cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
     }
 
+    if (fmh)
+        fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
+
+    if (fmh2)
+        fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
+
     // Decrease all the other played quiet moves
     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
     {
         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
 
-        if (is_ok((ss-1)->currentMove))
-            cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
+        if (cmh)
+            cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
+
+        if (fmh)
+            fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
+
+        if (fmh2)
+            fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
     }
 
     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
-    if (   (ss-1)->moveCount == 1
-        && !pos.captured_piece_type()
-        && is_ok((ss-2)->currentMove))
+    if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
     {
-        Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
-        CounterMovesStats& prevCmh = CounterMovesHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
-        prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
+        if ((ss-2)->counterMoves)
+            (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
+
+        if ((ss-3)->counterMoves)
+            (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
+
+        if ((ss-5)->counterMoves)
+            (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
     }
   }
 
@@ -1438,7 +1498,7 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
 
   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
 
-    const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
+    const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
 
     // RootMoves are already sorted by score in descending order
@@ -1448,8 +1508,8 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
 
     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
-    // weakness. One deterministic and bigger for weaker levels, and one random,
-    // then we choose the move with the resulting highest score.
+    // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
+    // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
     {
         // This is our magic formula
@@ -1487,19 +1547,9 @@ moves_loop: // When in check search starts from here
     if (Limits.ponder)
         return;
 
-    if (Limits.use_time_management())
-    {
-        bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove.load(std::memory_order_relaxed)
-                               && !Signals.failedLowAtRoot.load(std::memory_order_relaxed)
-                               &&  elapsed > Time.available() * 3 / 4;
-
-        if (stillAtFirstMove || elapsed > Time.maximum() - 10)
-            Signals.stop = true;
-    }
-    else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
-        Signals.stop = true;
-
-    else if (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes)
+    if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
+        || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
+        || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
             Signals.stop = true;
   }
 
@@ -1513,7 +1563,7 @@ string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
 
   std::stringstream ss;
   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
-  const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
+  const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
@@ -1589,7 +1639,7 @@ void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
 
 
 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
-/// before exiting the search, for instance in case we stop the search during a
+/// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.