Risolvi 2-SAT (soddisfacibilità booleana)


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Il problema generale SAT (soddisfacibilità booleana) è NP-completo. Ma 2-SAT , dove ogni clausola ha solo 2 variabili, è in P . Scrivi un solutore per 2-SAT.

Ingresso:

Un'istanza 2-SAT, codificata in CNF come segue. La prima riga contiene V, il numero di variabili booleane e N, il numero di clausole. Quindi seguono N linee, ciascuna con 2 numeri interi diversi da zero che rappresentano i letterali di una clausola. Gli interi positivi rappresentano la variabile booleana data e gli interi negativi rappresentano la negazione della variabile.

Esempio 1

ingresso

4 5
1 2
2 3
3 4
-1 -3
-2 -4

che codifica la formula (x 1 o x 2 ) e (x 2 o x 3 ) e (x 3 o x 4 ) e (non x 1 o non x 3 ) e (non x 2 o non x 4 ) .

L'unica impostazione delle 4 variabili che rende vera l'intera formula è x 1 = false, x 2 = true, x 3 = true, x 4 = false , quindi il tuo programma dovrebbe generare la riga singola

produzione

0 1 1 0

che rappresentano i valori di verità delle variabili V (nell'ordine da x 1 a x V ). Se esistono più soluzioni, è possibile generare un sottoinsieme non vuoto di esse, una per riga. Se non esiste una soluzione, è necessario eseguire l'output UNSOLVABLE.

Esempio 2

ingresso

2 4
1 2
-1 2
-2 1
-1 -2

produzione

UNSOLVABLE

Esempio 3

ingresso

2 4
1 2
-1 2
2 -1
-1 -2

produzione

0 1

Esempio 4

ingresso

8 12
1 4
-2 5
3 7
2 -5
-8 -2
3 -1
4 -3
5 -4
-3 -7
6 7
1 7
-7 -1

produzione

1 1 1 1 1 1 0 0
0 1 0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 1 1 1 0

(o qualsiasi sottoinsieme non vuoto di queste 3 righe)

Il programma deve gestire tutti N, V ​​<100 in un tempo ragionevole. Prova questo esempio per assicurarti che il tuo programma sia in grado di gestire una grande istanza. Vince il programma più piccolo.


Dici che 2-SAT è in P, ma non che è un requisito che la soluzione debba essere eseguita in tempo polinomiale ;-)
Timwi

@Timwi: No, ma deve gestire V = 99 in un tempo ragionevole ...
Keith Randall

Risposte:


4

Haskell, 278 personaggi

(∈)=elem
r v[][]=[(>>=(++" ").show.fromEnum.(∈v))]
r v[]c@(a:b:_)=r(a:v)c[]++r(-a:v)c[]++[const"UNSOLVABLE"]
r v(a:b:c)d|a∈v||b∈v=r v c d|(-a)∈v=i b|(-b)∈v=i a|1<3=r v c(a:b:d)where i w|(-w)∈v=[]|1<3=r(w:v)(c++d)[]
t(n:_:c)=(r[][]c!!0)[1..n]++"\n"
main=interact$t.map read.words

Forza non bruta. Funziona in tempo polinomiale. Risolve rapidamente il problema difficile (60 variabili, 99 clausole):

> time (runhaskell 1933-2Sat.hs < 1933-hard2sat.txt)
1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 

real 0m0.593s
user 0m0.502s
sys  0m0.074s

E in realtà, la maggior parte del tempo viene impiegato per compilare il codice!

File di origine completo, con casi di test e test di verifica rapida disponibili .

Ungolf'd:

-- | A variable or its negation
-- Note that applying unary negation (-) to a term inverts it.
type Term = Int

-- | A set of terms taken to be true.
-- Should only contain  a variable or its negation, never both.
type TruthAssignment = [Term]

-- | Special value indicating that no consistent truth assignment is possible.
unsolvable :: TruthAssignment
unsolvable = [0]

-- | Clauses are a list of terms, taken in pairs.
-- Each pair is a disjunction (or), the list as a whole the conjuction (and)
-- of the pairs.
type Clauses = [Term]

-- | Test to see if a term is in an assignment
(∈) :: Term -> TruthAssignment -> Bool
a∈v = a `elem` v;

-- | Satisfy a set of clauses, from a starting assignment.
-- Returns a non-exhaustive list of possible assignments, followed by
-- unsolvable. If unsolvable is first, there is no possible assignment.
satisfy :: TruthAssignment -> Clauses -> [TruthAssignment]
satisfy v c@(a:b:_) = reduce (a:v) c ++ reduce (-a:v) c ++ [unsolvable]
  -- pick a term from the first clause, either it or its negation must be true;
  -- if neither produces a viable result, then the clauses are unsolvable
satisfy v [] = [v]
  -- if there are no clauses, then the starting assignment is a solution!

-- | Reduce a set of clauses, given a starting assignment, then solve that
reduce :: TruthAssignment -> Clauses -> [TruthAssignment]
reduce v c = reduce' v c []
  where
    reduce' v (a:b:c) d
        | a∈v || b∈v = reduce' v c d
            -- if the clause is already satisfied, then just drop it
        | (-a)∈v = imply b
        | (-b)∈v = imply a
            -- if either term is not true, the other term must be true
        | otherwise = reduce' v c (a:b:d)
            -- this clause is still undetermined, save it for later
        where 
          imply w
            | (-w)∈v = []  -- if w is also false, there is no possible solution
            | otherwise = reduce (w:v) (c++d)
                -- otherwise, set w true, and reduce again
    reduce' v [] d = satisfy v d
        -- once all caluses have been reduced, satisfy the remaining

-- | Format a solution. Terms not assigned are choosen to be false
format :: Int -> TruthAssignment -> String
format n v
    | v == unsolvable = "UNSOLVABLE"
    | otherwise = unwords . map (bit.(∈v)) $ [1..n]
  where
    bit False = "0"
    bit True = "1"

main = interact $ run . map read . words 
  where
    run (n:_:c) = (format n $ head $ satisfy [] c) ++ "\n"
        -- first number of input is number of variables
        -- second number of input is number of claues, ignored
        -- remaining numbers are the clauses, taken two at a time

Nella versione golf, satisfye formatsono stati inseriti reduce, anche se per evitare il passaggio n, reducerestituisce una funzione da un elenco di variabili ( [1..n]) al risultato della stringa.


  • Modifica: (330 -> 323) ha creato sun operatore, una migliore gestione della nuova riga
  • Modifica: (323 -> 313) il primo elemento di un elenco pigro di risultati è più piccolo di un operatore di cortocircuito personalizzato; rinominata funzione principale del solutore perché mi piace usare come operatore!
  • Modifica: (313 -> 296) mantiene le clausole come un unico elenco, non un elenco di elenchi; elaboralo due elementi alla volta
  • Modifica: (296 -> 291) hanno unito le due funzioni reciprocamente ricorsive; era più economico da integrare, quindi ora il test è stato rinominato
  • Modifica: (291 -> 278) formattazione dell'output in linea nella generazione dei risultati

4

J, 119 103

echo'UNSOLVABLE'"_`(#&c)@.(*@+/)(3 :'*./+./"1(*>:*}.i)=y{~"1 0<:|}.i')"1 c=:#:i.2^{.,i=:0&".;._2(1!:1)3
  • Supera tutti i casi di test. Nessun runtime evidente.
  • Forza bruta. Supera i casi di test di seguito, oh, N = 20 o 30. Non sono sicuro.
  • Testato tramite script di test completamente cerebrali (tramite ispezione visiva)

Modifica: eliminato (n#2)e quindi n=:, oltre ad eliminare alcune parentesi di rango (grazie, isawdrones). Tacito-> esplicito e diadico-> monadico, eliminando alcuni caratteri in più ciascuno. }.}.a }.,.

Modifica: Whoops. Non solo si tratta di una non soluzione per N di grandi dimensioni, ma i. 2^99x-> "errore di dominio" per aggiungere insulti alla stupidità.

Ecco la versione originale non rigata e una breve spiegazione.

input=:0&".;._2(1!:1)3
n =:{.{.input
clauses=:}.input
cases=:(n#2)#:i.2^n
results =: clauses ([:*./[:+./"1*@>:@*@[=<:@|@[{"(0,1)])"(_,1) cases
echo ('UNSOLVABLE'"_)`(#&cases) @.(*@+/) results
  • input=:0&".;._2(1!:1)3 taglia l'input su newline e analizza i numeri su ogni riga (accumulando i risultati in input).
  • n è assegnato a n, matrice di clausole assegnata a clauses(non è necessario il conteggio delle clausole)
  • casesè 0..2 n -1 convertito in cifre binarie (tutti i casi di test)
  • (Long tacit function)"(_,1)viene applicato a ciascun caso casescon tutti clauses.
  • <:@|@[{"(0,1)] ottiene una matrice degli operandi delle clausole (prendendo abs (numero op) - 1 e dereferenziando dal caso, che è un array)
  • *@>:@*@[ ottiene una matrice a forma di clausola di bit 'not not' (0 per not) tramite abuso di signum.
  • = applica i non bit agli operandi.
  • [:*./[:+./"1si applica +.(e) attraverso le righe della matrice risultante e *.(o) attraverso il risultato di quella.
  • Tutti questi risultati finiscono come una matrice binaria di "risposte" per ciascun caso.
  • *@+/ applicato ai risultati dà uno 0 se ci sono risultati e 1 se non ce ne sono.
  • ('UNSOLVABLE'"_) `(#&cases) @.(*@+/) results esegue la funzione costante fornendo "UNSOLVABLE" se 0 e una copia di ogni elemento "soluzione" dei casi se 1.
  • echo stampa magica il risultato.

È possibile rimuovere le parentesi attorno agli argomenti di rango. "(_,1)a "_ 1. #:funzionerebbe senza l'argomentazione di sinistra.
isawdrones,

@isawdrones: Penso che la risposta tradizionale sarebbe quella di schiacciare il mio spirito producendo una risposta la metà del tempo. "Grida e salta", come direbbe il Kzin. Grazie, tuttavia, ciò elimina 10 caratteri dispari ... Potrei ottenere meno di 100 quando torno ad esso.
Jesse Millikan,

+1 per la spiegazione piacevole e dettagliata, lettura molto affascinante!
Timwi,

Probabilmente non gestirà N = V = 99 in un tempo ragionevole. Prova il grande esempio che ho appena aggiunto.
Keith Randall,

3

K - 89

Lo stesso metodo della soluzione J.

n:**c:.:'0:`;`0::[#b:t@&&/+|/''(0<'c)=/:(t:+2_vs!_2^n)@\:-1+_abs c:1_ c;5:b;"UNSOLVABLE"]

Bene, non sapevo che ci fosse un'implementazione K gratuita.
Jesse Millikan,

Probabilmente non gestirà N = V = 99 in un tempo ragionevole. Prova il grande esempio che ho appena aggiunto.
Keith Randall,

2

Ruby, 253

n,v=gets.split;d=[];v.to_i.times{d<<(gets.split.map &:to_i)};n=n.to_i;r=[1,!1]*n;r.permutation(n){|x|y=x[0,n];x=[0]+y;puts y.map{|z|z||0}.join ' 'or exit if d.inject(1){|t,w|t and(w[0]<0?!x[-w[0]]:x[w[0]])||(w[1]<0?!x[-w[1]]:x[w[1]])}};puts 'UNSOLVABLE'

Ma è lento :(

Abbastanza leggibile una volta espanso:

n,v=gets.split
d=[]
v.to_i.times{d<<(gets.split.map &:to_i)} # read data
n=n.to_i
r=[1,!1]*n # create an array of n trues and n falses
r.permutation(n){|x| # for each permutation of length n
    y=x[0,n]
    x=[0]+y
    puts y.map{|z| z||0}.join ' ' or exit if d.inject(1){|t,w| # evaluate the data (magic!)
        t and (w[0]<0 ? !x[-w[0]] : x[w[0]]) || (w[1]<0 ? !x[-w[1]] : x[w[1]])
    }
}
puts 'UNSOLVABLE'

Probabilmente non gestirà N = V = 99 in un tempo ragionevole. Prova il grande esempio che ho appena aggiunto.
Keith Randall,

1

Batterie OCaml +, 438 436 caratteri

Richiede un OCaml Batterie incluse di livello superiore:

module L=List
let(%)=L.mem
let rec r v d c n=match d,c with[],[]->[String.join" "[?L:if x%v
then"1"else"0"|x<-1--n?]]|[],(x,_)::_->r(x::v)c[]n@r(-x::v)c[]n@["UNSOLVABLE"]|(x,y)::c,d->let(!)w=if-w%v
then[]else r(w::v)(c@d)[]n in if x%v||y%v then r v c d n else if-x%v then!y else if-y%v then!x else r v c((x,y)::d)n
let(v,_)::l=L.of_enum(IO.lines_of stdin|>map(fun s->Scanf.sscanf s"%d %d"(fun x y->x,y)))in print_endline(L.hd(r[][]l v))

Devo confessare, questa è una traduzione diretta della soluzione Haskell. In mia difesa, che a sua volta è una diretta di codifica dell'algoritmo presentato qui [PDF], con il reciproco satisfy- eliminatericorsione rotolato in una singola funzione. Una versione non offuscata del codice, meno l'uso delle batterie, è:

let rec satisfy v c d = match c, d with
| (x, y) :: c, d ->
    let imply w = if List.mem (-w) v then raise Exit else satisfy (w :: v) (c @ d) [] in
    if List.mem x v || List.mem y v then satisfy v c d else
    if List.mem (-x) v then imply y else
    if List.mem (-y) v then imply x else
    satisfy v c ((x, y) :: d)
| [], [] -> v
| [], (x, _) :: _ -> try satisfy (x :: v) d [] with Exit -> satisfy (-x :: v) d []

let rec iota i =
    if i = 0 then [] else
    iota (i - 1) @ [i]

let () = Scanf.scanf "%d %d\n" (fun k n ->
    let l = ref [] in
    for i = 1 to n do
        Scanf.scanf "%d %d\n" (fun x y -> l := (x, y) :: !l)
    done;
    print_endline (try let v = satisfy [] [] !l in
    String.concat " " (List.map (fun x -> if List.mem x v then "1" else "0") (iota k))
    with Exit -> "UNSOLVABLE") )

(il iota kgioco di parole spero che perdonerai).


Bello vedere la versione OCaml! Fa partire una bella Rosetta Stone per i programmi funzionali. Ora, se potessimo ottenere le versioni Scala e F # ... - Per quanto riguarda l'algoritmo - Non ho visto quel PDF fino a quando non lo hai menzionato qui! Ho basato la mia implementazione sulla descrizione della pagina Wikipedia di "Backtracking limitato".
MtnViewMark,
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