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SAT问题及其解决方法

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:SAT 问题是组合优化中的一个经典问题,也是计算机科学理论与应用的一个核心问题。从算法复杂性的角度来说,SAT 问题是第一个被证明是NP完全的问题。这也就意味着,基本上任何SAT 算法都只能解决一定规模的SAT 问题,而且随着问题规模的增大,要找到有效的算法越来越难。解决SAT 问题的最直接的方法是穷举法,也就是构造出它的真值表。若F 中的每个子句的长度都为l,则称为l-SAT 问题。

SAT问题及其解决方法

SAT 问题是组合优化中的一个经典问题,也是计算机科学理论与应用的一个核心问题。由于现代科技、军事以及经济管理的大量重要应用都可归结为求解NP 完全问题,而NP完全问题之间又是可以互相转化的,因此,SAT 问题的快速求解不仅具有重要的理论意义,而且在软件自动开发技术、逻辑推理机、VLSI芯片设计、优化计算以及知识库维护等诸多领域有着实际应用价值。

算法复杂性的角度来说,SAT 问题是第一个被证明是NP完全的问题。这也就意味着,基本上任何SAT 算法都只能解决一定规模的SAT 问题,而且随着问题规模的增大,要找到有效的算法越来越难。

解决SAT 问题的最直接的方法是穷举法,也就是构造出它的真值表。由于变元的个数是有限的,而每个变元只有真和假两种取值,所以这种方法从理论上来说是可行的,但是在实际应用中显然是不合适的。例如,设有n 个变元的SAT 问题,由于布尔变量取值有0和1两种可能,所以n 个变元的取值共有2n 种可能情况。举个例子来看,设变元数为15,计算机每1ms计算一种可能(即1s计算1 000种),则要列举所有可能需要 215/1 000s(约1.0×1014 年),显然这一计算时间是无法接受的。该问题的定义如下:

定义4-3 真值指派:是一个函数t:U →{T,F},若U 的布尔变量的个数为m,则每个真值指派为一个m 元布尔向量。

定义4-4 合取范式CNF:F=c1 ∧c2 ∧… ∧ci,其中ci 为子句,∧为合取运算符。范式F 在一真值指派t下为真,当且仅当每个子句ci 在真值指派t下为真。(www.xing528.com)

根据以上定义,则SAT 问题就是确定是否存在一真值指派t,使得布尔变量集U 上的CNF范式F 为真,若存在一真值指派t使F 为真,则称SAT 问题可满足。若F 中的每个子句的长度都为l,则称为l-SAT 问题。

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