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。     

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.     

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.     

基于半扩展规则的定理证明方法

自动定理证明一直是人工智能领域中最重要的问题之一,基于归结的方法是通过推出空子句的方法来判定子句集的可满足性.基于扩展规则的定理证明方法在一定意义上是和归结原理对偶的方法,是通过子句集能否推导出所有极大项组成的子句集来判定可满足性.通过对扩展规则的研究给出了半扩展规则的概念,并提出了基于半扩展规则的定理证明算法SER.然后分析及证明了该算法的正确性、完备性和复杂性.实验结果表明,算法SER的执行效率较基于归结的有向归结算法DR和基于扩展规则算法IER,NER有明显的提高.     

基于目标演绎距离的一阶逻辑子句集预处理方法

一阶逻辑定理证明是人工智能的核心基础,研究一阶逻辑自动定理证明器的相关理论和高效的算法实现具有重要的学术意义。当前一阶逻辑自动定理证明器首先通过子句集预处理约简子句集规模,然后通过演绎方法对定理进行判定。现有的应用于证明器中的子句集预处理方法普遍只从与目标子句项符号相关性角度出发,不能很好地从文字的互补对关系中体现子句间的演绎。为了在子句集预处理时从演绎的角度刻画子句间的关系,定义了目标演绎距离的概念并给出了计算方法,提出了一种基于目标演绎距离的一阶逻辑子句集预处理方法。首先对原始子句集进行包含冗余子句约简并应用纯文字删除规则,然后根据目标子句计算剩余子句集中的文字目标演绎距离、子句目标演绎距离,并最终通过设定子句演绎距离阈值来实现对子句集的进一步预处理。将该预处理方法应用于顶尖证明器Vampire,以2017年国际一阶逻辑自动定理证明器标准一阶逻辑问题组竞赛例为测试对象,在标准的300 s内,加入提出的子句集预处理方法的Vampire4.1相比原始的Vampire4.1多证明4个定理,能证明10个Vampire4.1未证明的定理,占其未证明定理总数的13.5%;在证明的定理中,提出的子句集预处理方法能对77.2%的子句集进行约简,最大子句集约简规模达到51.7%。实验结果表明,提出的一阶逻辑子句集预处理方法是一种有效的方法,能有效地约简一阶逻辑子句集的规模,提高一阶逻辑自动定理证明器的证明能力。     

全句推导

在一般的单元归结(unit-resolution)中,证明一个子句S是不可满足的,通常是从S中取一个子句C,然后设法将C中的文字逐次归结掉,最后得出空子句.在归结某文字时,一般是在子句集中盲目搜索可与该文字归结的单元子句;可能在归结到某一步时,发现由该子质推导不出空子句,再取另一个子句重新归结.另外,对于一个子句C=L_1,L_2…L_n,由于选择文字进行归结的次序不同,可能有很多重复性的工作.     

命题逻辑的子句集中文字的分类

检测和消除命题逻辑公式中的冗余文字,是人工智能领域广泛研究的基本问题。针对命题逻辑的子句集中子句的划分,结合冗余子句和冗余文字的概念,将命题逻辑的子句集中的文字分为必需文字、有用文字和无用文字3类,并分别给出其定义。讨论3种文字与无冗余等价子集的性质,给出其等价子集的等价描述方法。得到题逻辑的子句集中必需文字、有用文字和无用文字的判定方法,借助子句集的可满足性得到3种文字与子句集的可满足性的等价条件。上述结果对命题逻辑中文字属性的判断提供了多种可选择方法,同时为命题逻辑公式的化简奠定了理论基础。     

一个用于一阶逻辑自动定理证明的新算法

本文提出一个用于一阶逻辑(FOPC)自动定理证明的并行算法,它基于分治的思想,把原问题子句集S划分成两个独立的子句集S1和S2,并通过并行地证明S_1和S_2的不可满足性。本文首先讨论了子句集的划分问题,引入了导出子句集及划分因子的概念;然后,在此基础上,提出了FOPC定理证明的并行算法;最后,给出了算法的有效性和完备性证明。文中还讨论了子句集的化简及算法性能评价等问题。     

命题模态归结的一种变型

本文给出了模态子句集的标准子句集概念，提出了一种基于标准子句集的模态归结方法的变型，称之为标准模态归结，证明了任意模态子句集恒假当且仅当存在从它的标准子句集出发，使用标准模态归结推出空子句的演绎，从而证明了对于不可满足标准子句集、标准模态归结是完备的，这种标准模态归结，揄规则简单、直观且容易实现。     

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.     

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.     

结合扩展规则重构的#SAT问题增量求解方法

#SAT问题是人工智能中的重要问题,在人工智能领域被广泛应用.在对基于扩展规则的模型计数求解方法CER深入研究的基础上,重构CER中使用的计算公式,并对其正确性进行了证明;提出极大项相交集和扩展极大项相交集的概念,并给出根据两者关系重用极大项相交集计算结果的增量求解方法,且对广义互补子句集对应的所有扩展极大项相交集进行剪枝,有效避免了计算所有极大项相交集对应极大项个数时的冗余求解;提出构建记录子句间互补关系的互补表方法,给出重用极大项相交集基础子句集互补结果的增量互补判定方法,较好地避免了判断子句间和各极大项相交集的基础子句集互补关系时的重复计算.实验结果表明:RCER方法易于实现,扩展性强,比CER方法效率更高,尤其是在互补因子较低时,效率提升更为显著.     

Automatic decidability and combinability

Verification problems can often be encoded as first-order validity or satisfiability problems. The availability of efficient automated theorem provers is a crucial pre-requisite for automating various verification tasks as well as their cooperation with specialized decision procedures for selected theories, such as Presburger Arithmetic. In this paper, we investigate how automated provers based on a form of equational reasoning, called paramodulation, can be used in verification tools. More precisely, given a theory T axiomatizing some data structure, we devise a procedure to answer the following questions. Is the satisfiability problem of T decidable by paramodulation? Can a procedure based on paramodulation for T be efficiently combined with other specialized procedures by using the Nelson-Oppen schema? Finally, if paramodulation decides the satisfiability problem of two theories, does it decide satisfiability in their union?The procedure capable of answering all questions above is based on Schematic Saturation; an inference system capable of over-approximating the inferences of paramodulation when solving satisfiability problems in a given theory T. Clause schemas derived by Schematic Saturation describe all clauses derived by paramodulation so that the answers to the questions above are obtained by checking that only finitely many different clause schemas are derived or that certain clause schemas are not derived.     

Exact satisfiability,a natural extension of set partition,and its average case behavior

The problem of determining whether a Boolean formula in conjunctive normal form is satisfiable in such a way that in each clause exactly one literal is set true, and all the other literals are set false is called the exact satisfiability problem. The exact satisfiability problem is well known to be NP-complete [5] and it contains the well known set partitioning problem as a special case. We study here the average time complexity of a simple backtracking strategy for solving the exact satisfiability problem under two probability models, the constant density model and the constant degree model. For both models we present results sharply separating classes of instances solvable in low degree polynomial time in the average from classes for which superpolynomial or exponential time is needed in the average.     

语义网的一阶逻辑推理技术支持

研究了一阶逻辑推理工具对语义网的推理支持.语义网的关键推理问题可以化为公式的可满足性判定问题.一阶逻辑的自动定理证明器可以证明不可满足性,而有限模型查找器为可满足的公式在有限域内构造模型.提出在语义网的推理中,同时使用定理证明器和有限模型查找器.实验结果表明,这样可以解决描述逻辑工具的不足,并可以弥补定理证明器对可满足的公式推理的不完备性.     

Resolution-based decision procedures for the universal theory of some classes of distributive lattices with operators

We establish a link between the satisfiability of universal sentences with respect to classes of distributive lattices with operators and their satisfiability with respect to certain classes of relational structures. This justifies a method for structure-preserving translation to clause form of universal sentences in such classes of algebras. We show that refinements of resolution yield decision procedures for the universal theory of some such classes. In particular, we obtain exponential space and time decision procedures for the universal clause theory of (i) the class of all bounded distributive lattices with operators satisfying a set of (generalized) residuation conditions, and (ii) the class of all bounded distributive lattices with operators, and a doubly-exponential time decision procedure for the universal clause theory of the class of all Heyting algebras.