A generic, collaborative framework for internal constraint solving

Esta tesis propone un esquema genérico y cooperativo para CLP(Interval(X)) donde X es cualquier dominio de computación con estructura de retículo. El esquema, que está basado en la teoría de retículos, es un enfoque general para la satisfacción y op-timización de restricciones de intervalo así como para la cooperación de resolutores de intervalo definidos sobre dominios de computación con estructura de retículos, independientemente de la cardinalidad de estos. Nuestra propuesta asegura un enfoque transparente sobre el cual las restricciones, los dominios de computación y los mecanismos de propagación y cooperación, definidos entre las variables restringidas, pueden ser fácilmente especificados a nivel del usuario. La parte principal de la tesis presenta una especificación formal de este esquema.Los principales resultados conseguidos en esta tesis son los siguientes:Una comparativa global de la eficiencia y algunos aspectos de la expresividad de ocho sistemas de restricciones. Esta comparativa, realizada sobre el dominio finito y el dominio Booleano, muestra diferencias principales entre los sistemas de restricciones existentes.Para formalizar el marco de satisfacción de restricciones para CLP(Interval(X))hemos descrito el proceso global de resolución de restricciones de intervalo sobre cualquier retículo, separando claramente los procesos de propagación y división (ramificación) de intervalos. Una de las ventajas de nuestra propuesta es que la monótona de las restricciones esta implícitamente definida en la teoría. Además, declaramos un conjunto de propiedades interesantes que, bajo ciertas condiciones, son satisfechas por cualquier instancia del esquema genérico. Mas aún, mostramos que muchos sistemas de restricciones actualmente existentes satisfacen estas condiciones y, además, proporcionamos indicaciones sobre como extender el sistema mediante la especificación de otras instancias interesantes y novedosas. Nuestro esquema para CLP(Interval(X)) permite la cooperación de resolutores de manera que la información puede ⁰uir entre diferentes dominios de computación.Además, es posible combinar distintas instancias del esquema: por ejemplo, instancias bien conocidas tales como CLP(Interval(<)), CLP(Interval(Integer)),CLP(Interval(Set)), CLP(Interval(Bool)), y otras novedosas que son el resultado de la generación de nuevos dominios de computación definidos por el usuario, o incluso que surgen de la combinación de dominios ya existentes como puede ser CLP(Interval(X1 £ : : : £ Xn)). Por lo tanto, X puede ser instanciado a cualquier conjunto de dominios de computación con estructura de retículo de forma que su correspondiente instancia CLP(Interval(X)) permite una amplia flexibilidad en la definición de dominios en X (probablemente definidos por el usuario) y en la interaccion entre estos dominios.Mediante la implementacion de un prototipo, demostramos que un unico sistema,que este basado en nuestro esquema para CLP(Interval(X)), puede proporcionarsoporte para la satisfaccion y la optimizacion de restricciones as como para la cooperacion de resolutores sobre un conjunto conteniendo multiples dominios decomputacion. Ademas, el sistema sigue un novedoso enfoque transparente sujeto a una doble perspectiva ya que el usuario puede definir no solo nuevas restricciones y su mecanismo de propagacion, sino tambien nuevos dominios sobre los cuales nuevas restricciones pueden ser resueltas as como el mecanismo de cooperacion entre todos los dominios de computación (ya sean definidos por el usuario o predefinidos por el sistema).En nuestra opinión, esta tesis apunta nuevas y potenciales direcciones de investigación dentro de la comunidad de las restricciones de intervalo.Para alcanzar los resultados expuestos, hemos seguido los siguientes pasos (1) la elección de un enfoque adecuado sobre el cual construir los fundamentos teóricos de nuestro esquema genérico; (2) la construcción de un marco teórico genérico (que llamaremos el marco básico) para la propagación de restricciones de intervalo sobre cualquier retículo; (3) la integración, en el marco básico, de una técnica novedosa que facilita la cooperación de resolutores y que surge de la definición, sobre múltiples dominios, de operadores de restricciones y (4) la extensión del marco resultante para la resolución y optimización completa de las restricciones de intervalo.Finalmente presentamos clp(L), un lenguaje de programación lógica de restricciones de intervalo que posibilita la resolución de restricciones sobre cualquier conjunto de retículos y que esta implementado a partir de las ideas formalizadas en el marco teórico. Describimos una primera implementación de este lenguaje y desarrollamos algunos ejemplos de como usarla. Este prototipo demuestra que nuestro esquema para CLP(Interval(X)) puede ser implementado en un sistema único que, como consecuencia, proporciona, bajo un enfoque transparente sobre dominios y restricciones, cooperación de resolutores así como satisfacción y optimización completa de restricciones sobre diferentes dominios de computación

Temporal reasoning in a logic programming language with modularity

Actualmente os Sistemas de Informação Organizacionais (SIO) lidam cada vez mais com informação que tem dependências temporais. Neste trabalho concebemos um ambiente de trabalho para construir e manter SIO Temporais. Este ambiente assenta sobre um linguagem lógica denominada Temporal Contextua) Logic Programming que integra modularidade com raciocínio temporal fazendo com que a utilização de um módulo dependa do tempo do contexto. Esta linguagem é a evolução de uma outra, também introduzida nesta tese, que combina Contextua) Logic Programming com Temporal Annotated Constraint Logic Programming, na qual a modularidade e o tempo são características ortogonais. Ambas as linguagens são formalmente discutidas e exemplificadas. As principais contribuições do trabalho descrito nesta tese incluem: • Optimização de Contextua) Logic Programming (CxLP) através de interpretação abstracta. • Sintaxe e semântica operacional para uma linguagem que combina de um modo independente as linguagens Temporal Annotated Constraint Logic Programming (TACLP) e CxLP. É apresentado um compilador para esta linguagem. • Linguagem (sintaxe e semântica) que integra de um modo inovador modularidade (CxLP) com raciocínio temporal (TACLP). Nesta linguagem a utilização de um dado módulo está dependente do tempo do contexto. É descrito um interpretador e um compilador para esta linguagem. • Ambiente de trabalho para construir e fazer a manutenção de SIO Temporais. Assenta sobre uma especificação revista da linguagem ISCO, adicionando classes e manipulação de dados temporais. É fornecido um compilador em que a linguagem resultante é a descrita no item anterior. ABSTRACT- Current Organisational Information Systems (OIS) deal with more and more Infor-mation that, is time dependent. In this work we provide a framework to construct and maintain Temporal OIS. This framework builds upon a logical language called Temporal Contextual. Logic Programming that deeply integrates modularity with tem-poral reasoning making the usage of a module time dependent. This language is an evolution of another one, also introduced in this thesis, that combines Contextual Logic Programming with Temporal Annotated Constraint Logic Programming where modularity and time are orthogonal features. Both languages are formally discussed and illustrated. The main contributions of the work described in this thesis include: • Optimisation of Contextual Logic Programming (CxLP) through abstract interpretation. • Syntax and operational semantics for an independent combination of the temporal framework Temporal Annotated Constraint Logic Programming (TACLP) and CxLP. A compiler for this language is also provided. • Language (syntax and semantics) that integrates in a innovative way modularity (CxLP) with temporal reasoning (TACLP). In this language the usage of a given module depends of the time of the context. An interpreter and a compiler for this language are described. • Framework to construct and maintain Temporal Organisational Information Systems. It builds upon a revised specification of the language ISCO, adding temporal classes and temporal data manipulation. A compiler targeting the language presented in the previous item is also given

Developments in the Extended Finite Element Method and Algebraic Multigrid for Solid Mechanics Problems Involving Discontinuities

In this dissertation, some contributions related to computational modeling and solution of solid mechanics problems involving discontinuities are discussed. The main tool employed for discrete modeling of discontinuities is the extended finite element method and the primary solution method discussed is the algebraic multigrid. The extended finite element method has been shown to be effective for both weak and strong discontinuities. With respect to weak discontinuities, a new approach that couples the extended finite element method with Monte Carlo simulations with the goal of quantifying uncertainty in homogenization of material properties of random microstructures is presented. For accelerated solution of linear systems arising from problems involving cracks, several new methods involving the algebraic multigrid are presented. In the first approach, the Schur complement of the linear system arising from XFEM is used to develop a Hybrid-AMG method such that crack-conforming aggregates are formed. Another alternative approach involves transforming the original linear system into a modified system that is amenable for a direct application of algebraic multigrid. It is shown that if only Heaviside-enrichments are present, a simple transformation based on the phantom-node approach is available, which decouples the linear system along the discontinuities such that crack conforming aggregates are automatically generated via smoother aggregation algebraic multigrid. Various numerical examples are presented to verify the accuracy of the resulting solutions and the convergence properties of the proposed algorithms. The parallel scalability performance of the implementation are also discussed

Extending the Finite Domain Solver of GNU Prolog

International audienceThis paper describes three significant extensions for the Finite Domain solver of GNU Prolog. First, the solver now supports negative integers. Second, the solver detects and prevents integer overflows from occurring. Third, the internal representation of sparse domains has been redesigned to overcome its current limitations. The preliminary performance evaluation shows a limited slowdown factor with respect to the initial solver. This factor is widely counterbalanced by the new possibilities and the robustness of the solver. Furthermore these results are preliminary and we propose some directions to limit this overhead

An FE-DMN method for the multiscale analysis of thermomechanical composites

We extend the FE-DMN method to fully coupled thermomechanical two-scale simulations of composite materials. In particular, every Gauss point of the macroscopic finite element model is equipped with a deep material network (DMN). Such a DMN serves as a high-fidelity surrogate model for full-field solutions on the microscopic scale of inelastic, non-isothermal constituents. Building on the homogenization framework of Chatzigeorgiou et al. (Int J Plast 81:18–39, 2016), we extend the framework of DMNs to thermomechanical composites by incorporating the two-way thermomechanical coupling, i.e., the coupling from the macroscopic onto the microscopic scale and vice versa, into the framework. We provide details on the efficient implementation of our approach as a user-material subroutine (UMAT). We validate our approach on the microscopic scale and show that DMNs predict the effective stress, the effective dissipation and the change of the macroscopic absolute temperature with high accuracy. After validation, we demonstrate the capabilities of our approach on a concurrent thermomechanical two-scale simulation on the macroscopic component scale

An FE-DMN method for the multiscale analysis of thermomechanical composites

We extend the FE-DMN method to fully coupled thermomechanical two-scale simulations of composite materials. In particular, every Gauss point of the macroscopic finite element model is equipped with a deep material network (DMN). Such a DMN serves as a high-fidelity surrogate model for full-field solutions on the microscopic scale of inelastic, non-isothermal constituents. Building on the homogenization framework of Chatzigeorgiou et al. (Int J Plast 81:18–39, 2016), we extend the framework of DMNs to thermomechanical composites by incorporating the two-way thermomechanical coupling, i.e., the coupling from the macroscopic onto the microscopic scale and vice versa, into the framework. We provide details on the efficient implementation of our approach as a user-material subroutine (UMAT). We validate our approach on the microscopic scale and show that DMNs predict the effective stress, the effective dissipation and the change of the macroscopic absolute temperature with high accuracy. After validation, we demonstrate the capabilities of our approach on a concurrent thermomechanical two-scale simulation on the macroscopic component scale