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

A Declarative Semantics for CLP with Qualification and Proximity

Uncertainty in Logic Programming has been investigated during the last decades, dealing with various extensions of the classical LP paradigm and different applications. Existing proposals rely on different approaches, such as clause annotations based on uncertain truth values, qualification values as a generalization of uncertain truth values, and unification based on proximity relations. On the other hand, the CLP scheme has established itself as a powerful extension of LP that supports efficient computation over specialized domains while keeping a clean declarative semantics. In this paper we propose a new scheme SQCLP designed as an extension of CLP that supports qualification values and proximity relations. We show that several previous proposals can be viewed as particular cases of the new scheme, obtained by partial instantiation. We present a declarative semantics for SQCLP that is based on observables, providing fixpoint and proof-theoretical characterizations of least program models as well as an implementation-independent notion of goal solutions.Comment: 17 pages, 26th Int'l. Conference on Logic Programming (ICLP'10

On the Implementation of GNU Prolog

GNU Prolog is a general-purpose implementation of the Prolog language, which distinguishes itself from most other systems by being, above all else, a native-code compiler which produces standalone executables which don't rely on any byte-code emulator or meta-interpreter. Other aspects which stand out include the explicit organization of the Prolog system as a multipass compiler, where intermediate representations are materialized, in Unix compiler tradition. GNU Prolog also includes an extensible and high-performance finite domain constraint solver, integrated with the Prolog language but implemented using independent lower-level mechanisms. This article discusses the main issues involved in designing and implementing GNU Prolog: requirements, system organization, performance and portability issues as well as its position with respect to other Prolog system implementations and the ISO standardization initiative.Comment: 30 pages, 3 figures, To appear in Theory and Practice of Logic Programming (TPLP); Keywords: Prolog, logic programming system, GNU, ISO, WAM, native code compilation, Finite Domain constraint

Optimal Placement of Valves in a Water Distribution Network with CLP(FD)

This paper presents a new application of logic programming to a real-life problem in hydraulic engineering. The work is developed as a collaboration of computer scientists and hydraulic engineers, and applies Constraint Logic Programming to solve a hard combinatorial problem. This application deals with one aspect of the design of a water distribution network, i.e., the valve isolation system design. We take the formulation of the problem by Giustolisi and Savic (2008) and show how, thanks to constraint propagation, we can get better solutions than the best solution known in the literature for the Apulian distribution network. We believe that the area of the so-called hydroinformatics can benefit from the techniques developed in Constraint Logic Programming and possibly from other areas of logic programming, such as Answer Set Programming.Comment: Best paper award at the 27th International Conference on Logic Programming - ICLP 2011; Theory and Practice of Logic Programming, (ICLP'11) Special Issue, volume 11, issue 4-5, 201

Logic Programming approaches for routing fault-free and maximally-parallel Wavelength Routed Optical Networks on Chip (Application paper)

One promising trend in digital system integration consists of boosting on-chip communication performance by means of silicon photonics, thus materializing the so-called Optical Networks-on-Chip (ONoCs). Among them, wavelength routing can be used to route a signal to destination by univocally associating a routing path to the wavelength of the optical carrier. Such wavelengths should be chosen so to minimize interferences among optical channels and to avoid routing faults. As a result, physical parameter selection of such networks requires the solution of complex constrained optimization problems. In previous work, published in the proceedings of the International Conference on Computer-Aided Design, we proposed and solved the problem of computing the maximum parallelism obtainable in the communication between any two endpoints while avoiding misrouting of optical signals. The underlying technology, only quickly mentioned in that paper, is Answer Set Programming (ASP). In this work, we detail the ASP approach we used to solve such problem. Another important design issue is to select the wavelengths of optical carriers such that they are spread across the available spectrum, in order to reduce the likelihood that, due to imperfections in the manufacturing process, unintended routing faults arise. We show how to address such problem in Constraint Logic Programming on Finite Domains (CLP(FD)). This paper is under consideration for possible publication on Theory and Practice of Logic Programming.Comment: Paper presented at the 33nd International Conference on Logic Programming (ICLP 2017), Melbourne, Australia, August 28 to September 1, 2017. 16 pages, LaTeX, 5 figure