基于聚类和划分的SAT分治判定

提出了一种将布尔公式划分为子句组来进行布尔可满足性判定的方法.CNF(conjunctive normal form)公式是可满足的当且仅当划分产生的每个子句组都是可满足的,因此,通过判定子句组的可满足性来判定原公式的可满足性,相当于用分治法将复杂问题分解为多个子问题来求解.这种分治判定方法一方面降低了原公式的可满足性判定复杂度;另一方面,由于子句组的判定可以并行,因而判定速度能够得到进一步的提高.对于不能直接产生布尔子句组划分的情形,提出了一种利用聚类技术将CNF公式聚类成多个簇,然后消去簇间的公共变量来产生子句组划分的方法.     

一个在Horn子句中求解极大缩减的算法

在信念修正理论中,一个核心问题是求解一个公式集合关于事实集合的所有极大协调子集,即极大缩减.本文尝试从算法的角度来解决这一问题,研究在Horn子句中求解所有极大缩减的算法.首先,本文指出并证明了公式集合和事实集合并集的极小不协调子集与公式集合关于事实集合的极大缩减之间的转化关系.其次,给出并证明了Horn子句集合极小不协调的一个必要条件.然后,基于上述两个结论,本文提出了一个在Horn子句中枚举公式集合和事实集合并集的极小不协调子集的交互式算法和一个通过这些极小不协调子集计算所有极大缩减的算法.最后,综合这两个算法,提出了一个在Horn子句中求解所有极大缩减的交互式算法.     

不可满足公式的同态证明系统

合取范式(CNF)公式H到F的同态φ是一个从H的文字集合到F的文字集合的映射,并保持补运算和子句映到子句.同态映射保持一个公式的不可满足性.一个公式是极小不可满足的是指该公式本身不可满足,而且从中删去任意一个子句后得到的公式可满足.MU(1)是子句数与变元数的差等于1的极小不可满足公式类.一个三元组(H,φ,F)称为的一个来自H的同态证明,如果φ是一个从H到F的同态.利用基础矩阵的方法证明了:一个不可满足公式F的树消解证明,可以在多项式时间内转换成一个来自MU(1)中公式的同态证明.从而,由MU(1)中的公式构成的同态证明系统是完备的,并且由MU(1)中的公式构成的同态证明系统与树消解证明系统之间是多项式等价的.     

命题逻辑提升到一阶逻辑上的子句消去方法

在基于命题逻辑的可满足性问题（SAT）求解器和基于一阶逻辑的定理证明器上，子句集简化一直是必不可少的步骤，而其中子句消去方法在这些子句集简化方法中是非常重要的组成部分。将命题逻辑中的子句消去方法归结隐藏恒真消去方法（RHTE）和归结隐藏包含消去方法（RHSE）提升到一阶逻辑上，并且利用蕴含模归结原则（IMR）证明了这种提升方式在一阶逻辑上具有可靠性（Soundness），即依据这两种子句消去方法删除一阶逻辑公式集中的子句，并不会改变公式集的可满足性或者不可满足性。此外，将这两个方法与一阶逻辑子句消去方法锁子句消去方法（BCE）和归结包含消去方法（RSE）进行组合推广，发展得到一阶逻辑上新型子句消去方法（BC+RHS）E、（RS+RHT）E和（RHS+RHT）E，并且证明了这3种子句消去方法在一阶逻辑上的可靠性。最后，分析比较了这些子句消去方法的有效性，并且证明了这3种新型子句消去方法比组成它们的原始子句消去方法均具有更高的有效性。     

随机k-SAT公式不可满足性VS最小k-击中集

给定一个k-SAT实例F,将作用于公式F得到随机k-SAT实例F′.在随机扰动模型M(m; n; k)下,随机k-SAT实例F′的若干性质.并证实当子句密度足够大时,随机k-SAT实例F′的不可满足性判定可以归结为最小k-击中集问题的求解.     

正则(3,4)-CNF公式的社区结构

通过构造适当的极小不可满足公式以实现在多项式时间内将3-CNF公式归约转换为一个正则(3,4)-CNF公式,转换后的公式与原公式具有相同的可满足性,同时公式的结构也发生相应的变化。图的社区结构反映了图的模块特性,文中将CNF公式转化为相应的图,研究公式图的模块特性与公式某些性质之间的关系。将归约前后的两类公式转换为相应的图并研究其模块特性,发现转换后得到的正则(3,4)-CNF公式具有较高的模块度。此外,在使用DPLL(Davis Putnam Logemann Loveland)算法求解CNF公式的过程中,发生冲突时利用冲突驱动子句学习策略,得到一个学习子句并将其添加到原公式中,使得原公式的模块度降低。研究发现:将DPLL算法与冲突驱动子句学习策略结合应用到正则(3,4)-CNF公式时,其学习子句所包含的绝大部分变元位于不同的社区中。     

k-LSAT(k≥3)是NP-完全的(英文)

合取范式(conjunctive normal form,简称CNF)公式F是线性公式,如果F中任意两个不同子句至多有一个公共变元.如果F中的任意两个不同子句恰好含有一个公共变元,则称F是严格线性的.所有的严格线性公式均是可满足的,而对于线性公式类LCNF,对应的判定问题LSAT仍然是NP-完全的.LCNF≥k是子句长度大于或等于k的CNF公式子类,判定问题LSAT≥k的NP-完全性与LCNF≥k中是否含有不可满足公式密切相关.即LSAT≥k的NP-完全性取决于LCNF≥k是否含有不可满足公式.S.Porschen等人用超图和拉丁方的方法构造了LCNF≥3和LCNF≥4中的不可满足公式,并提出公开问题:对于k≥5,LCNF≥k是否含有不可满足公式?将极小不可满足公式应用于公式的归约,引入了一个简单的一般构造方法.证明了对于k≥3,k-LCNF含有不可满足公式,从而证明了一个更强的结果:对于k≥3,k-LSAT是NP-完全的.     

求解极小SMT不可满足子式的宽度优先搜索算法

极小不可满足子式能够为可满足性模理论(SMT)公式的不可满足的原因提供精确的解释,帮助自动化工具迅速定位错误.针对极小SMT不可满足子式的求解问题,提出了SMT公式搜索树及其3类结点的概念,并给出了不可满足子式、极小不可满足子式与3类结点之间的映射关系.基于这种映射关系,采用宽度优先的搜索策略提出了宽度优先搜索的极小SMT不可满足子式求解算法.基于业界公认的SMT Competition 2007测试集进行实验的结果表明,该算法能够有效地求解极小不可满足子式.     

一个正则NP-完全问题及其不可近似性

通过一个适当的归约变换,可以将一个CNF (conjunctive normal form)公式变换为另一个具有某种特殊结构或性质的公式,使两者具有相同的可满足性.带有正则结构的CNF公式的因子图在图论中具有某些良好的性质和结果,可以用于研究公式的可满足性和计算复杂性.极小不可满足公式具有一个临界特征,公式本身不可满足,从原始公式中删去任意一个子句后得到的公式可满足.借助此临界特性,给出了一个从3-CNF公式到正则(3,4)-CNF公式的多项式归约转换.这里,正则(3,4)-CNF公式是指公式中每个子句的长度恰为3,每个变元出现的次数恰为4.因此,正则(3,4)-SAT问题是一个NP-完全问题,并且MAX(3,4)-SAT是不可近似问题.     

一种布尔公式的代数逻辑约化新方法

布尔可满足问题是最早被证明的NP完全问题之一,1-in-3-SAT问题是一个NP完全的布尔可满足子类问题。1-in-3-SAT的计算复杂度取决于对应公式的变量以及子句的个数。将1-in-3公式归约为一个变量数或者子句数更少的1-in-3公式,是提高1-in-3-SAT问题求解效率的一个关键。基于一个新的范式形式——XCNF,针对1-in-3-SAT问题提出一种新的代数逻辑约化方法,用于在多项式时间内约减一个1-in-3公式的变量数和子句数。所提算法的主要思想为:首先将1-in-3公式转化为XCNF公式,然后尝试找出XCNF公式中的X-纯文字,并利用X-纯文字法则对1-in-3公式中相应的布尔变量赋值,最后得到一个约减公式,该约减公式与原公式的1-in-3可满足性等价。     

Polynomial-time recognition of minimal unsatisfiable formulas with fixed clause-variable difference

A formula (in conjunctive normal form) is said to be minimal unsatisfiable if it is unsatisfiable and deleting any clause makes it satisfiable. The deficiency of a formula is the difference of the number of clauses and the number of variables. It is known that every minimal unsatisfiable formula has positive deficiency. Until recently, polynomial-time algorithms were known to recognize minimal unsatisfiable formulas with deficiency 1 and 2. We state an algorithm which recognizes minimal unsatisfiable formulas with any fixed deficiency in polynomial time.     

半扩展规则下分解的定理证明方法

基于扩展规则的定理证明方法在一定意义上是与归结原理对偶的方法,通过子句集能否推导出所有极大项来判定可满足性.IER(improved extension rule)算法是不完备的算法,在判定子句集子空间不可满足时,并不能判定子句集的满足性,算法还需重新调用ER(extension rule)算法,降低了算法的求解效率.通过对子句集的极大项空间的研究,给出了子句集的极大项空间分解后子空间的求解方法.通过对扩展规则的研究,给出了极大项部分空间可满足性判定方法PSER(partial semi-extension rule).在IER算法判定子空间不可满足时,可以调用PSER算法判定子空间对应的补空间的可满足性,从而得到子句集的可满足性,避免了不能判定极大项子空间可满足性时需重新调用ER算法的缺点,使得IER算法更完备.在此基础上,还提出DPSER(degree partial semi-extension rule)定理证明方法.实验结果表明:所提出的DPSER和IPSER的执行效率较基于归结的有向归结算法DR、IER及NER算法有明显的提高.     

针对MUS求解问题的加强剪枝策略

极小不可满足子集(minimal unsatisfiable subsets, MUS)的求解是布尔可满足性问题中的一个重要子问题. 对于一个给定的不可满足问题, 其MUS的求解能够反映出问题中导致其不可满足的关键原因. 然而, MUS的求解是一项极其耗时的任务, 不同的剪枝过程将直接影响到搜索空间的大小、算法的迭代次数, 从而影响算法的求解效率. 提出一种针对MUS求解的加强剪枝策略ABC (accelerating by critical MSS), 依据MSS、MCS、MUS这3者之间的对偶性和碰集关系特点, 提出cMSS和subMUS概念, 并总结出4条性质, 即每个MUS必是subMUS的超集, 进而在避免对MCS的碰集进行求解的情况下有效利用MUS和MCS互为碰集的特征, 有效避免求解碰集时的时间开销. 当subMUS不可满足时, 则subMUS是唯一的MUS, 算法将提前结束执行; 当subMUS可满足时, 则剪枝掉此节点, 进而有效避免对求解空间中的冗余空间进行搜索. 同时, 通过理论证明ABC策略的有效性, 并将其应用于目前最高效的单一化模型算法MARCO和双模型算法MARCO-MAM, 在标准测试用例下的实验结果表明, 该策略可以有效地对搜索空间进行进一步剪枝, 从而提高MUS的枚举效率.     

An Improvement of Herbrands Theorem and Its Application to Model Generation Theorem Proving

This paper presents an improvement of Herbrand's theorem.We propose a method for specifying a sub- universe of the Herbrand universe of a clause set S for each argument of predicate symbols and function symbols in S. We prove that a clause set S is unsatisfiable if and only if there is a finite unsatisfiable set of ground instances of clauses of S that are derived by only instantiating each variable,which appears as an argument of predicate symbols or function symbols,in S over its corresponding argument's sub-universe of the Herbrand universe of S.Because such sub-universes are usually smaller(sometimes considerably)than the Herbrand universe of S,the number of ground instances may decrease considerably in many cases.We present an algorithm for automatically deriving the sub-universes for arguments in a given clause set,and show the correctness of our improvement.Moreover,we introduce an application of our approach to model generation theorem proving for non-range-restricted problems,show the range-restriction transformation algorithm based on our improvement and provide examples on benchmark problems to demonstrate the power of our approach.     

Extension and equivalence problems for clause minimal formulae

Inspired by the notion of minimal unsatisfiable formulae we first introduce and study the class of clause minimal formulae. A CNF formula F is said to be clause minimal if any proper subformula of F is not equivalent to F. We investigate the equivalence and extension problems for clause minimal formulae. The extension problem is the question whether for two formulae F and H there is some formula G such that F+G is equivalent to H. Generally, we show that these problems are intractable. Then we discuss the complexity of these problems restricted by various parameters and constraints. In the last section we ask several open questions in this area.     

Extension and equivalence problems for clause minimal formulae

Inspired by the notion of minimal unsatisfiable formulae we first introduce and study the class of clause minimal formulae. A CNF formula F is said to be clause minimal if any proper subformula of F is not equivalent to F. We investigate the equivalence and extension problems for clause minimal formulae. The extension problem is the question whether for two formulae F and H there is some formula G such that F + G is equivalent to H. Generally, we show that these problems are intractable. Then we discuss the complexity of these problems restricted by various parameters and constraints. In the last section we ask several open questions in this area.     

Proving Unsatisfiability of CNFs Locally

We introduce a new method for checking satisfiability of conjunctive normal forms (CNFs). The method is based on the fact that if no clause of a CNF contains a satisfying assignment in its 1-neighborhood, then this CNF is unsatisfiable. (The 1-neighborhood of a clause is the set of all assignments satisfying only one literal of this clause.) The idea of 1-neighborhood exploration allows one to prove unsatisfiability without generating an empty clause. The reason for avoiding the generation of an empty clause is that we believe that no deterministic algorithm can efficiently reach a global goal (deducing an empty clause) using an inherently local operation (resolution). At the same time, when using 1-neighborhood exploration, a global goal is replaced with a set of local subgoals, which makes it possible to optimize steps of the proof. We introduce two proof systems formalizing 1-neighborhood exploration. An interesting open question is whether there exists a class of CNFs for which the introduced systems have proofs that are exponentially shorter than the ones that can be obtained by general resolution.