A Tutorial on Clique Problems in Communications and Signal Processing

Since its first use by Euler on the problem of the seven bridges of K\"onigsberg, graph theory has shown excellent abilities in solving and unveiling the properties of multiple discrete optimization problems. The study of the structure of some integer programs reveals equivalence with graph theory problems making a large body of the literature readily available for solving and characterizing the complexity of these problems. This tutorial presents a framework for utilizing a particular graph theory problem, known as the clique problem, for solving communications and signal processing problems. In particular, the paper aims to illustrate the structural properties of integer programs that can be formulated as clique problems through multiple examples in communications and signal processing. To that end, the first part of the tutorial provides various optimal and heuristic solutions for the maximum clique, maximum weight clique, and $k$-clique problems. The tutorial, further, illustrates the use of the clique formulation through numerous contemporary examples in communications and signal processing, mainly in maximum access for non-orthogonal multiple access networks, throughput maximization using index and instantly decodable network coding, collision-free radio frequency identification networks, and resource allocation in cloud-radio access networks. Finally, the tutorial sheds light on the recent advances of such applications, and provides technical insights on ways of dealing with mixed discrete-continuous optimization problems

Model predictive control techniques for hybrid systems

This paper describes the main issues encountered when applying model predictive control to hybrid processes. Hybrid model predictive control (HMPC) is a research field non-fully developed with many open challenges. The paper describes some of the techniques proposed by the research community to overcome the main problems encountered. Issues related to the stability and the solution of the optimization problem are also discussed. The paper ends by describing the results of a benchmark exercise in which several HMPC schemes were applied to a solar air conditioning plant.Ministerio de Eduación y Ciencia DPI2007-66718-C04-01Ministerio de Eduación y Ciencia DPI2008-0581

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

Tractability in Constraint Satisfaction Problems: A Survey

International audienceEven though the Constraint Satisfaction Problem (CSP) is NP-complete, many tractable classes of CSP instances have been identified. After discussing different forms and uses of tractability, we describe some landmark tractable classes and survey recent theoretical results. Although we concentrate on the classical CSP, we also cover its important extensions to infinite domains and optimisation, as well as #CSP and QCSP

Orbit-finite linear programming

An infinite set is orbit-finite if, up to permutations of the underlying structure of atoms, it has only finitely many elements. We study a generalisation of linear programming where constraints are expressed by an orbit-finite system of linear inequalities. As our principal contribution we provide a decision procedure for checking if such a system has a real solution, and for computing the minimal/maximal value of a linear objective function over the solution set. We also show undecidability of these problems in case when only integer solutions are considered. Therefore orbit-finite linear programming is decidable, while orbit-finite integer linear programming is not.Comment: Full version of LICS 2023 pape

Integration of process design and control: A review

There is a large variety of methods in literature for process design and control, which can be classified into two main categories. The methods in the first category have a sequential approach in which, the control system is designed, only after the details of process design are decided. However, when process design is fixed, there is little room left for improving the control performance. Recognizing the interactions between process design and control, the methods in the second category integrate some control aspects into process design. With the aim of providing an exploration map and identifying the potential areas of further contributions, this paper presents a thematic review of the methods for integration of process design and control. The evolution paths of these methods are described and the advantages and disadvantages of each method are explained. The paper concludes with suggestions for future research activities