185 research outputs found

    A Maximum Satisfiability Based Approach to Bi-Objective Boolean Optimization

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    Many real-world problem settings give rise to NP-hard combinatorial optimization problems. This results in a need for non-trivial algorithmic approaches for finding optimal solutions to such problems. Many such approaches—ranging from probabilistic and meta-heuristic algorithms to declarative programming—have been presented for optimization problems with a single objective. Less work has been done on approaches for optimization problems with multiple objectives. We present BiOptSat, an exact declarative approach for finding so-called Pareto-optimal solutions to bi-objective optimization problems. A bi-objective optimization problem arises for example when learning interpretable classifiers and the size, as well as the classification error of the classifier should be taken into account as objectives. Using propositional logic as a declarative programming language, we seek to extend the progress and success in maximum satisfiability (MaxSAT) solving to two objectives. BiOptSat can be viewed as an instantiation of the lexicographic method and makes use of a single SAT solver that is preserved throughout the entire search procedure. It allows for solving three tasks for bi-objective optimization: finding a single Pareto-optimal solution, finding one representative solution for each Pareto point, and enumerating all Pareto-optimal solutions. We provide an open-source implementation of five variants of BiOptSat, building on different algorithms proposed for MaxSAT. Additionally, we empirically evaluate these five variants, comparing their runtime performance to that of three key competing algorithmic approaches. The empirical comparison in the contexts of learning interpretable decision rules and bi-objective set covering shows practical benefits of our approach. Furthermore, for the best-performing variant of BiOptSat, we study the effects of proposed refinements to determine their effectiveness

    A New Lower Bound on the Maximum Number of Satisfied Clauses in Max-SAT and its Algorithmic Applications

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    A pair of unit clauses is called conflicting if it is of the form (x)(x), (xˉ)(\bar{x}). A CNF formula is unit-conflict free (UCF) if it contains no pair of conflicting unit clauses. Lieberherr and Specker (J. ACM 28, 1981) showed that for each UCF CNF formula with mm clauses we can simultaneously satisfy at least \pp m clauses, where \pp =(\sqrt{5}-1)/2. We improve the Lieberherr-Specker bound by showing that for each UCF CNF formula FF with mm clauses we can find, in polynomial time, a subformula FF' with mm' clauses such that we can simultaneously satisfy at least \pp m+(1-\pp)m'+(2-3\pp)n"/2 clauses (in FF), where n"n" is the number of variables in FF which are not in FF'. We consider two parameterized versions of MAX-SAT, where the parameter is the number of satisfied clauses above the bounds m/2m/2 and m(51)/2m(\sqrt{5}-1)/2. The former bound is tight for general formulas, and the later is tight for UCF formulas. Mahajan and Raman (J. Algorithms 31, 1999) showed that every instance of the first parameterized problem can be transformed, in polynomial time, into an equivalent one with at most 6k+36k+3 variables and 10k10k clauses. We improve this to 4k4k variables and (25+4)k(2\sqrt{5}+4)k clauses. Mahajan and Raman conjectured that the second parameterized problem is fixed-parameter tractable (FPT). We show that the problem is indeed FPT by describing a polynomial-time algorithm that transforms any problem instance into an equivalent one with at most (7+35)k(7+3\sqrt{5})k variables. Our results are obtained using our improvement of the Lieberherr-Specker bound above

    Parameterized Constraint Satisfaction Problems: a Survey

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    We consider constraint satisfaction problems parameterized above or below guaranteed values. One example is MaxSat parameterized above m/2: given a CNF formula F with m clauses, decide whether there is a truth assignment that satisfies at least m/2 + k clauses, where k is the parameter. Among other problems we deal with are MaxLin2-AA (given a system of linear equations over F_2 in which each equation has a positive integral weight, decide whether there is an assignment to the variables that satisfies equations of total weight at least W/2+k, where W is the total weight of all equations), Max-r-Lin2-AA (the same as MaxLin2-AA, but each equation has at most r variables, where r is a constant) and Max-r-Sat-AA (given a CNF formula F with m clauses in which each clause has at most r literals, decide whether there is a truth assignment satisfying at least sum_{i=1}^m (1-2^{r_i})+k clauses, where k is the parameter, r_i is the number of literals in clause i, and r is a constant). We also consider Max-r-CSP-AA, a natural generalization of both Max-r-Lin2-AA and Max-r-Sat-AA, order (or, permutation) constraint satisfaction problems parameterized above the average value and some other problems related to MaxSat. We discuss results, both polynomial kernels and parameterized algorithms, obtained for the problems mainly in the last few years as well as some open questions

    SAT-based Analysis, (Re-)Configuration & Optimization in the Context of Automotive Product documentation

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    Es gibt einen steigenden Trend hin zu kundenindividueller Massenproduktion (mass customization), insbesondere im Bereich der Automobilkonfiguration. Kundenindividuelle Massenproduktion führt zu einem enormen Anstieg der Komplexität. Es gibt Hunderte von Ausstattungsoptionen aus denen ein Kunde wählen kann um sich sein persönliches Auto zusammenzustellen. Die Anzahl der unterschiedlichen konfigurierbaren Autos eines deutschen Premium-Herstellers liegt für ein Fahrzeugmodell bei bis zu 10^80. SAT-basierte Methoden haben sich zur Verifikation der Stückliste (bill of materials) von Automobilkonfigurationen etabliert. Carsten Sinz hat Mitte der 90er im Bereich der SAT-basierten Verifikationsmethoden für die Daimler AG Pionierarbeit geleistet. Darauf aufbauend wurde nach 2005 ein produktives Software System bei der Daimler AG installiert. Später folgten weitere deutsche Automobilhersteller und installierten ebenfalls SAT-basierte Systeme zur Verifikation ihrer Stücklisten. Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Hauptteilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Entwicklung weiterer SAT-basierter Methoden für Automobilkonfigurationen. Wir zeigen, dass sich SAT-basierte Methoden für interaktive Automobilkonfiguration eignen. Wir behandeln unterschiedliche Aspekte der interaktiven Konfiguration. Darunter Konsistenzprüfung, Generierung von Beispielen, Erklärungen und die Vermeidung von Fehlkonfigurationen. Außerdem entwickeln wir SAT-basierte Methoden zur Verifikation von dynamischen Zusammenbauten. Ein dynamischer Zusammenbau repräsentiert die chronologische Zusammenbau-Reihenfolge komplexer Teile. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Optimierung von Automobilkonfigurationen. Wir erläutern und vergleichen unterschiedliche Optimierungsprobleme der Aussagenlogik sowie deren algorithmische Lösungsansätze. Wir beschreiben Anwendungsfälle aus der Automobilkonfiguration und zeigen wie diese als aussagenlogisches Optimierungsproblem formalisiert werden können. Beispielsweise möchte man zu einer Menge an Ausstattungswünschen ein Test-Fahrzeug mit minimaler Ergänzung weiterer Ausstattungen berechnen um Kosten zu sparen. DesWeiteren beschäftigen wir uns mit der Problemstellung eine kleinste Menge an Fahrzeugen zu berechnen um eine Testmenge abzudecken. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir einen Prototypen eines (Re-)Konfigurators, genannt AutoConfig, entwickelt. Unser (Re-)Konfigurator verwendet im Kern SAT-basierte Methoden und besitzt eine grafische Benutzeroberfläche, welche interaktive Konfiguration erlaubt. AutoConfig kann mit Instanzen von drei großen deutschen Automobilherstellern umgehen, aber ist nicht alleine darauf beschränkt. Mit Hilfe dieses Prototyps wollen wir die Anwendbarkeit unserer Methoden demonstrieren
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