[論文レビュー] XML Representation of Constraint Networks: Format XCSP 2.1

Olivier Roussel, Christophe Lecoutre|ArXiv.org|Feb 13, 2009

Model-Driven Software Engineering Techniques被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、制約充足問題（CSP）、量化制約充足問題（QCSP）、重み付きCSP（WCSP）の制約ネットワークの表現のためのXMLベースのフォーマット、XCSP 2.1を紹介する。このフォーマットは、拡張的および内包的制約、グローバル制約、コストを伴うソフト制約をサポートしており、CPコミュニティにおける標準化されたベンチマークとツール間相互運用性を可能にする。

ABSTRACT

We propose a new extended format to represent constraint networks using XML. This format allows us to represent constraints defined either in extension or in intension. It also allows us to reference global constraints. Any instance of the problems CSP (Constraint Satisfaction Problem), QCSP (Quantified CSP) and WCSP (Weighted CSP) can be represented using this format.

研究の動機と目的

• 制約プログラミング（CP）コミュニティにおいて、制約ネットワークインスタンスを表現するための標準フォーマットの欠如に対処すること。
• 異なるCSP、QCSP、WCSPソルバーの比較と評価を容易にする共通のテストベッドを提供すること。
• 人間の著者と機械処理の両方の観点から、可読性、簡潔さ、構造的明確性のバランスを取ること。
• 拡張的、内包的、グローバル、およびソフト（重み付き）制約を含む多様な制約タイプをサポートすること。
• CSP、QCSP、WCSP問題の間で一貫した表現を可能にする、単一で拡張可能なフォーマットを用いて、統合すること。

提案手法

• マシン解析用の完全タグ付きXMLと人間の可読性を考慮した省略表記の二重表現を定義する。
• XML構文を用いて、変数、ドメイン、制約、述語、関数を明確な意味論で構造化する。
• 明示的なタプル（オプションでコストを伴う）による拡張的制約と、関数的または論理的式による内包的制約をサポートする。
• ソフト関係には defaultCost 属性と明示的な重み付きタプルを導入し、WCSPのコスト構造をモデル化する。
• 制約違反コストを計算する返り値が 'int' の関数としてコスト関数を定義し、論理述語とは明確に区別する。
• WCSPインスタンスにおける評価フレームワークを定義するため、制約に maximalCost および initialCost 属性を指定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様な制約問題を対象とした、標準化され、人間が読みやすく、機械で処理可能なフォーマットをどのように設計できるか？
• RQ2 CSP、QCSP、WCSPを1つの統一フォーマット内でサポートするための表現メカニズムは何か？
• RQ3 拡張的および内包的制約（ハードおよびソフト）をXMLで一貫してエンコードする方法は何か？
• RQ4 制約インスタンスフォーマットにおいて、冗長性、可読性、パース可能性の間にはどのようなトレードオフがあるか？
• RQ5 グローバル制約とコスト関数を、一貫性があり拡張可能なフォーマットに統合する方法は何か？

主な発見

• XCSP 2.1は、CSP、QCSP、WCSPインスタンスをサポートする標準化され、拡張可能なXMLフォーマットを提供し、タグ付きおよび省略表記の両方の構文を用いる。
• 省略表記により、表形式と同等の長さの簡潔で人間が編集可能な表現が可能となり、使いやすさが向上する。
• 重み付きタプルと defaultCost 属性を用いてソフト制約をサポートし、WCSPのコスト構造を正確にモデル化できる。
• コスト関数は、返り値が整数の式としてモデル化され、論理述語とは明確に分離されており、内包的制約における柔軟なコスト計算を可能にする。
• 2008年のCSPコンペティションでは、finite integer の maximalCost と 0 の initialCost に制限されており、一貫性と単純さが保証された。
• 共通で明確に定義された表現を提供することで、ソルバーやツール間の相互運用性が可能となり、ベンチマーク化と評価が可能になる。