Inconsistency Measurement based on Variables in Minimal Unsatisfiable Subsets

International audienceMeasuring inconsistency degrees of knowledge bases (KBs) provides important context information for facilitating inconsistency handling. Several semantic and syntax based measures have been proposed separately. In this paper, we propose a new way to define inconsistency measurements by combining semantic and syntax based approaches. It is based on counting the variables of minimal unsatisfiable subsets (MUSes) and minimal correction subsets (MCSes), which leads to two equivalent inconsistency degrees, named IDMUS and IDMCS. We give the theoretical and experimental comparisons between them and two purely semantic-based inconsistency degrees: 4-valued and the Quasi Classical semantics based inconsistency degrees. More- over, the computational complexities related to our new inconsistency measurements are studied. As it turns out that computing the exact inconsistency degrees is intractable in general, we then propose and evaluate an anytime algorithm to make IDMUS and IDMCS usable in knowledge management applications. In particular, as most of syntax based measures tend to be difficult to compute in reality due to the exponential number of MUSes, our new inconsistency measures are practical because the numbers of variables in MUSes are often limited or easily to be approximated. We evaluate our approach on the DC benchmark. Our encourag- ing experimental results show that these new inconsistency measure- ments or their approximations are efficient to handle large knowledge bases and to better distinguish inconsistent knowledge bases

On Exploiting Hitting Sets for Model Reconciliation

In human-aware planning, a planning agent may need to provide an explanation to a human user on why its plan is optimal. A popular approach to do this is called model reconciliation, where the agent tries to reconcile the differences in its model and the human's model such that the plan is also optimal in the human's model. In this paper, we present a logic-based framework for model reconciliation that extends beyond the realm of planning. More specifically, given a knowledge base $KB_1$ entailing a formula $\varphi$ and a second knowledge base $KB_2$ not entailing it, model reconciliation seeks an explanation, in the form of a cardinality-minimal subset of $KB_1$, whose integration into $KB_2$ makes the entailment possible. Our approach, based on ideas originating in the context of analysis of inconsistencies, exploits the existing hitting set duality between minimal correction sets (MCSes) and minimal unsatisfiable sets (MUSes) in order to identify an appropriate explanation. However, differently from those works targeting inconsistent formulas, which assume a single knowledge base, MCSes and MUSes are computed over two distinct knowledge bases. We conclude our paper with an empirical evaluation of the newly introduced approach on planning instances, where we show how it outperforms an existing state-of-the-art solver, and generic non-planning instances from recent SAT competitions, for which no other solver exists

Human-Centred Feasibility Restoration

Decision systems for solving real-world combinatorial problems must be able to report infeasibility in such a way that users can understand the reasons behind it, and understand how to modify the problem to restore feasibility. Current methods mainly focus on reporting one or more subsets of the problem constraints that cause infeasibility. Methods that also show users how to restore feasibility tend to be less flexible and/or problem-dependent. We describe a problem-independent approach to feasibility restoration that combines existing techniques from the literature in novel ways to yield meaningful, useful, practical and flexible user support. We evaluate the resulting framework on two real-world applications

Core-guided minimal correction set and core enumeration

A set of constraints is unsatisfiable if there is no solution that satisfies these constraints. To analyse unsatisfiable problems, the user needs to understand where inconsistencies come from and how they can be repaired. Minimal unsatisfiable cores and correction sets are important subsets of constraints that enable such analysis. In this work, we propose a new algorithm for extracting minimal unsatisfiable cores and correction sets simultaneously. Building on top of the relaxation and strengthening framework, we introduce novel techniques for extracting these sets. Our new solver significantly outperforms several state of the art algorithms on common benchmarks when it comes to extracting correction sets and compares favorably on core extraction.Peer ReviewedPostprint (published version

Tunable Online MUS/MSS Enumeration

In various areas of computer science, the problem of dealing with a set of constraints arises. If the set of constraints is unsatisfiable, one may ask for a minimal description of the reason for this unsatisifiability. Minimal unsatisfiable subsets (MUSes) and maximal satisfiable subsets (MSSes) are two kinds of such minimal descriptions. The goal of this work is the enumeration of MUSes and MSSes for a given constraint system. As such full enumeration may be intractable in general, we focus on building an online algorithm, which produces MUSes/MSSes in an on-the-fly manner as soon as they are discovered. The problem has been studied before even in its online version. However, our algorithm uses a novel approach that is able to outperform the current state-of-the art algorithms for online MUS/MSS enumeration. Moreover, the performance of our algorithm can be adjusted using tunable parameters. We evaluate the algorithm on a set of benchmarks

Smallest Explanations and Diagnoses of Rejection in Abstract Argumentation

Peer reviewe

Explanation in constraint satisfaction: A survey

Much of the focus on explanation in the field of artificial intelligence has focused on machine learning methods and, in particular, concepts produced by advanced methods such as neural networks and deep learning. However, there has been a long history of explanation generation in the general field of constraint satisfaction, one of the AI's most ubiquitous subfields. In this paper we survey the major seminal papers on the explanation and constraints, as well as some more recent works. The survey sets out to unify many disparate lines of work in areas such as model-based diagnosis, constraint programming, Boolean satisfiability, truth maintenance systems, quantified logics, and related areas

Engineering SAT Applications

Das Erfüllbarkeitsproblem der Aussagenlogik (SAT) ist nicht nur in der theoretischen Informatik ein grundlegendes Problem, da alle NP-vollständigen Probleme auf SAT zurückgeführt werden können. Durch die Entwicklung von sehr effizienten SAT Lösern sind in den vergangenen 15 Jahren auch eine Vielzahl von praktischen Anwendungsmöglichkeiten entwickelt worden. Zu den bekanntesten gehört die Verifikation von Hardware- und Software-Bausteinen. Bei der Berechnung von unerfüllbaren SAT-Problemen sind Entwickler und Anwender oftmals an einer Erklärung für die Unerfüllbarkeit interessiert. Eine Möglichkeit diese zu ermitteln ist die Berechnung von minimal unerfüllbaren Teilformeln. Es sind drei grundlegend verschiedene Strategien zur Berechnung dieser Teilformeln bekannt: mittels Einfügen von Klauseln in ein erfüllbares Teilproblem, durch Entfernen von Kauseln aus einem unerfüllbaren Teilproblem und eine Kombination der beiden erstgenannten Methoden. In der vorliegenden Arbeit entwickeln wir zuerst eine interaktive Variante der Strategie, die auf Entfernen von Klauseln basiert. Sie ermöglicht es den Anwendern interessante Bereiche des Suchraumes manuell zu erschließen und aussagekräftige Erklärung für die Unerfüllbarkeit zu ermitteln. Der theoretische Hintergrund, der für die interaktive Berechnung von minimal unerfüllbaren Teilformeln entwickelt wurde, um dem Benutzer des Prototyps unnötige Schritte in der Berechnung der Teilformeln zu ersparen werden im Anschluss für die automatische Aufzählung von mehreren minimal unerfüllbaren Teilformeln verwendet, um dort die aktuell schnellsten Algorithmen weiter zu verbessern. Die Idee dabei ist mehrere Klauseln zu einem Block zusammenzufassen. Wir zeigen, wie diese Blöcke die Berechnungen von minimal unerfüllbaren Teilformeln positiv beeinflussen können. Durch die Implementierung eines Prototypen, der auf den aktuellen Methoden basiert, konnten wir die Effektivität unserer entwickelten Ideen belegen. Nachdem wir im ersten Teil der Arbeit grundlegende Algorithmen, die bei unerfüllbaren SAT-Problemen angewendet werden, verbessert haben, wenden wir uns im zweiten Teil der Arbeit neuen Anwendungsmöglichkeiten für SAT zu. Zuerst steht dabei ein Problem aus der Bioinformatik im Mittelpunkt. Wir lösen das sogenannte Kompatibilitätproblem für evolutionäre Bäume mittels einer Kodierung als Erfüllbarkeitsproblem und zeigen anschließend, wie wir mithilfe dieser neuen Kodierung ein nah verwandtes Optimierungsproblem lösen können. Den von uns neu entwickelten Ansatz vergleichen wir im Anschluss mit den bisher effektivsten Ansätzen das Optmierungsproblem zu lösen. Wir konnten zeigen, dass wir für den überwiegenden Teil der getesteten Instanzen neue Bestwerte in der Berechnungszeit erreichen. Die zweite neue Anwendung von SAT ist ein Problem aus der Graphentheorie, bzw. dem Graphenzeichen. Durch eine schlichte, intuitive, aber dennoch effektive Formulierung war es uns möglich neue Resultate für das Book Embedding Problem zu ermitteln. Zum einen konnten wir eine nicht triviale untere Schranke von vier für die benötigte Seitenzahl von 1-planaren Graphen ermitteln. Zum anderen konnten wir zeigen, dass es nicht für jeden planaren Graphen möglich ist, eine Einbettung in drei Seiten mittels einer sogenannten Schnyder-Aufteilung in drei verschiedene Bäume zu berechnen