SATソルバー,Tseytin 変換

SATソルバーを動かすときには,論理式をCNFで与えなければならない.初めからうまく書ければ良いが,ただでさえ論理式を作るのは面倒なので,論理式自体は普通に書いておいて,あとからCNFに変換した方が考えやすい.分配則を使って変換すると,論理式のサイズが指数的に増大してしまうので,Tseytin変換を用いる.Wikipediaの記事の通り変換すると,結構余計な変数を導入してしまう.以下のようにしたら良いように思う.まあ,後でSATソルバーが動くので,どれくらい益があるかわからないけれども.

基本的な考え方: 否定標準形の論理式 f を充足させたいとする.f の中に,a and b という部分があったとき,新しい変数 v を導入する.f が充足可能であることと, f’, not v or a, not v or b がみな充足可能であることが同値になる.ただし,f’ は, fk の a and b の部分を変数 v で置き換えたもの.

これを確認すると,まず,fが充足可能だとすると,その割当での a and b の値を v に割り当てれば,書き換え後の3つの論理式は充足される.逆に書き換え後の論理式が充足可能だとして,その割当で v が true であれば,a も b も true になるので,元の論理式列は充足される.vがfalseであるときには,fとf’は否定標準形なので,f は,a and b の部分が true であっても false であっても充足される.

ということで,論理式fが与えられたとき,以下の手続きで得られる節集合Cの全部が充足できることと,fが充足できることが同値になる:

f を否定標準形f0にする.「節集合」Cを空にして,「未処理論理式集合」Yをf0のみを含む集合として以下の手続きを繰返し行い,Yが空になったときのCが求めるものである.

  • Yから一つ論理式gを取り出す.
  • gがリテラル (変数やその否定) なら,gをCに追加する.
  • gが and(h1, .., hn) なら,h1, …, hn を Y に追加する.
  • gが or(h1, …, hn) の場合は,次のようにする.
    • h1, …, hn の中には or(…) の形のものが無いようにする.もし有ったら,リストに吸収してしまえば良い. (たとえば,or(v1, and(v2, or(v3, v4)), or(v5, or(v6, v7, v8), v9)) → or(v1, and(v2, or(v3, v4)), v5, v6, v7, v8, v9))
    • 各 j = 1, …, n に対して,リテラル xj と論理式の集合 Pj を次のように定める.
      • hj がリテラルなら,xj = hj.Pj は空集合.
      • hj が and(h1′, …, hm’) なら,新しい変数 v を導入して,xj = v.Pj = {or(not v, h1′), …, or(not v, hm’)}
    • そして,Cに,or(x1, …, xn) を追加し,各Pj の要素をすべて Y に追加する.

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

*