布尔不可满足子式的求解方法研究进展

解释布尔公式不可满足的原因在诸如形式化验证与电子设计自动化等众多领域中都具有非常重要的理论与应用价值.不可满足子式能够为布尔公式不可满足的原因提供精确的解释,帮助应用领域的自动化工具迅速定位错误,诊断问题失败的本质缘由.针对近年来出现的许多求解布尔不可满足子式的研究工作,根据算法的类型归类比较,对各种求解方法进行了概述评论,并简要介绍了在该领域所做的一些研究工作.最后讨论了布尔不可满足子式的求解方法目前面临的主要挑战,并对今后的研究方向进行了展望.     

基于警示传播与DPLL算法的启发式极性决策算法

警示传播(WP)算法是信息传播算法的重要基础,WP算法的本质是因子图上警示信息的迭代过程,在算法收敛时得到一组稳定的警示信息,并利用局部腔域得到公式变元的部分赋值。分析了警示传播算法的基本原理,给出了算法的改进。RB实例集上的实验证明,改进后的算法比原算法具有迭代次数和运行时间,提高了收敛速度。然而,在RB模型产生的大部分实例集上,警示传播算法不收敛,因而不能有效求解公式。警示传播算法与DPLL算法的组合使用使回溯计算次数大大降低,从而有效地弥补了WP算法的不足。通过在RI3实例集上的测试实验表明,该方法是有效的。     

MAX(1)和MARG(1)中公式改名的复杂性

改名是一个将变元映射到变元本身或它的补的函数,变元改名是公式变元集合上的一个置换,文字改名是一个改名和一个变元改名的组合.研究CNF公式的改名有助于改进DPLL算法.考虑判定问题"对于给定的CNF公式H和F是否存在一个变元(或文字)改名ψ使得ψ(H)=F?"的计算复杂性.MAX(1)和MARG(1)是极小不可满足公式的两个子类,这两个子类中的公式可以用树表示.树同构的判定问题在线性时间内是可解的.证明了对于MAX(1)和MARG(1)中的公式,文字改名问题在线性时间内可解,变元改名问题在平方次时间内可解.     

MAX(1)和MARG(1)中公式改名的复杂性

改名是一个将变元映射到变元本身或它的补的函数,变元改名是公式变元集合上的一个置换,文字改名是一个改名和一个变元改名的组合.研究CNF公式的改名有助于改进DPLL算法.考虑判定问题"对于给定的CNF公式H和F是否存在一个变元(或文字)改名ψ使得ψ(H)=F?"的计算复杂性.MAX(1)和MARG(1)是极小不可满足公式的两个子类,这两个子类中的公式可以用树表示.树同构的判定问题在线性时间内是可解的.证明了对于MAX(1)和MARG(1)中的公式,文字改名问题在线性时间内可解,变元改名问题在平方次时间内可解.     

求解多文字可满足SAT问题的置信传播算法

可满足(SAT)问题是指:是否存在一组布尔变元赋值,使得合取范式公式中每个子句至少有一个文字为真.多文字可满足SAT问题是指:是否存在一组布尔变元赋值,使得CNF公式中每个子句至少有两个文字为真.显然,此问题仍然是一个NP难问题.为了研究解决多文字可满足SAT问题的算法,引入随机实例产生模型,设计求解多文字可满足SAT问题的置信传播算法.最后,用实例模型产生了大量数据进行实验验证,结果表明:该算法求解多文字可满足SAT问题的性能优于其他启发式算法.     

基于扩展失败文字检测的MaxSAT完备算法

为提高MaxSAT完备算法剪枝率和运算效率,分析失败文字检测寻找冲突集的过程,提出扩展失败文字检测方法。通过延长失败文字搜索冲突的路径,形成搜索1步、2步和任意步的递进失败文字检测方式,实现改进的MaxsatzEF算法。实验测试了MaxSAT国际竞赛4个类别的500多个算例,实验结果表明,递进失败文字检测方法找到了更多独立冲突集,可有效提高算法的下界,大幅缩短复杂算例的运行时间。     

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.     

k-LSAT (k≥3)是NP-完全的

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LSA(≥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.     

用于求解正则(3,4)-SAT实例集的修正警示传播算法

利用极小不可满足公式的临界特性,可以将任意的一个3-CNF公式多项式时间归约转换为一个正则(3,4)-CNF公式,从而得到一个保留NP完全性的正则(3,4)-SAT问题。警示传播算法(Warning Propagation,WP)在归约转换后的正则(3,4)-SAT实例集上高概率收敛,但在任意一个实例上都无法判断公式的可满足性,因此算法求解失效。对于一个归约转换后的正则(3,4)-CNF公式,每一变元出现的正负次数之差具有趋于稳定的结构特征,基于该特征,提出基于变元正负出现次数规则的WP算法来求解归约转换后的正则(3,4)-SAT实例。实验结果表明,修正的WP算法对正则公式的可满足性判定有效,从而可以利用公式的正则性特征进一步研究WP算法的收敛性特征条件。     

数字锁相环位同步器及其FPGA设计

首先详细介绍了超前滞后型数字锁相环从位流数据中恢复出位时钟的原理,分析了其结构参数对于环路性能的影响并加以改进,最后在FPGA中利用VHDL语言实现。仿真结果表明,设计的方案对于受到干扰的基带数据可以稳定、快速锁定。     

Solving SAT problem by heuristic polarity decision-making algorithm

This paper presents a heuristic polarity decision-making algorithm for solving Boolean satisfiability (SAT). The algorithm inherits many features of the current state-of-the-art SAT solvers, such as fast BCP, clause recording, restarts, etc. In addition, a preconditioning step that calculates the polarities of variables according to the cover distribution of Karnaugh map is introduced into DPLL procedure, which greatly reduces the number of conflicts in the search process. The proposed approach is implemented as a SAT solver named DiffSat. Experiments show that DiffSat can solve many "real-life" instances in a reasonable time while the best existing SAT solvers, such as Zchaff and MiniSat, cannot. In particular, DiffSat can solve every instance of Bart benchmark suite in less than 0.03 s while Zchaff and MiniSat fail under a 900 s time limit. Furthermore, DiffSat even outperforms the outstanding incomplete algorithm DLM in some instances.     

Improvement of Boosting Algorithm by Modifying the Weighting Rule

AdaBoost is a method for improving the classification accuracy of a given learning algorithm by combining hypotheses created by the learning alogorithms. One of the drawbacks of AdaBoost is that it worsens its performance when training examples include noisy examples or exceptional examples, which are called hard examples. The phenomenon causes that AdaBoost assigns too high weights to hard examples. In this research, we introduce the thresholds into the weighting rule of AdaBoost in order to prevent weights from being assigned too high value. During learning process, we compare the upper bound of the classification error of our method with that of AdaBoost, and we set the thresholds such that the upper bound of our method can be superior to that of AdaBoost. Our method shows better performance than AdaBoost.     

基于文档文字特征的碎纸机碎片拼接算法

针对经碎纸机粉碎的文档碎片,提出拼接复原的模型并研制了相应的算法。首先研究文档碎片边界像素特征,据此提出碎片横向拼接的两种算法;然后,研究行高、字体间间距以及字体大小等文本特征,据此提出针对经横向拼接形成的水平残条的纵向拼接算法。最后根据算法编写Matlab程序,并进行实验,结果表明该算法效果良好。     

一种强引导进化型遗传算法

针对遗传算法随机性过强,收敛速度慢的问题,从选择机制、交叉算子、变异算子三方面强化了对进化方向的引导,提出了“保留最优,调节中间,淘汰最差”的确定型选择策略．用基因调节加自适应变焦微调算子代替常规的交叉算子,用淘汰替代方式代替变异算子,构造出一种强化引导型遗传算法．多变量函数优化的仿真计算结果说明了该算法的有效性．     

基于方向约束的对称距离聚类算法

K-means算法是数据挖掘领域研究、应用都非常广泛的一种聚类算法,其各种衍生算法很多,其中包括近年出现的以点对称距离为测度的K-means聚类算法。在点对称距离聚类算法的基础上提出一种新的聚类算法,根据对对称性的分析,为对称性的描述增加方向约束,提高对称距离的描述准确性,以此来提高聚类的准确性。同时,针对对称点成对出现的特点,调整了聚类过程中的收敛策略,以对称点对连线中点计算聚类中心,改善了基于对称距离的聚类算法收敛性能。通过数值仿真比较了所提算法与原有算法的优劣,结果显示该算法在计算复杂度不变的条件下获得了更准确的结果,聚类结果更接近数据的真实分类。