[논문 리뷰] Solving XCSP problems by using Gecode

Massimo Morara, Jacopo Mauro외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 28.

Constraint Satisfaction and Optimization참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 XCSP 형식으로 지정된 문제를 직접 Gecode C++ 라이브러리 호출로 변환함으로써 Gecode 제약 솔버가 XCSP 형식을 네이티브로 실행할 수 있도록 해주는 플러그인 x4g를 제시한다. 이 방법은 C++ 프로그래밍과 FlatZinc 중간 컴파일 단계를 회피하여, 표준 제약 문제에 대해 효율성과 호환성을 중시한 네이티브 XCSP 지원을 통해 국제 제약 솔버 경쟁에 Gecode가 참여할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

Gecode is one of the most efficient libraries that can be used for constraint solving. However, using it requires dealing with C++ programming details. On the other hand several formats for representing constraint networks have been proposed. Among them, XCSP has been proposed as a format based on XML which allows us to represent constraints defined either extensionally or intensionally, permits global constraints and has been the standard format of the international competition of constraint satisfaction problems solvers. In this paper we present a plug-in for solving problems specified in XCSP by exploiting the Gecode solver. This is done by dynamically translating constraints into Gecode library calls, thus avoiding the need to interact with C++.

연구 동기 및 목표

• Gecode 제약 솔버가 저수준 C++ 프로그래밍을 요구하지 않고 XCSP 형식으로 지정된 문제를 네이티브로 해결할 수 있도록 하는 것.
• 직접 XCSP에서 Gecode로의 변환 파이프라인을 제공하여 Gecode의 국제 제약 솔버 경쟁 참가를 지원하는 것.
• Gecode가 네이티브로 지원하는 것이 FlatZinc 뿐이라는 제한을 극복하기 위해 XCSP에서 Gecode 제약으로의 직접 매핑을 만드는 것.
• 표준 제약 만족 벤치마크에서 Gecode의 성능을 평가하기 위한 유연하고 확장 가능한 도구를 제공하는 것.
• 가장 흔히 사용되는 전역 제약 조건의 일부를 지원하여 실제 문제에 대한 실용성을 확보하는 것.

제안 방법

• x4g 플러그인은 libxml2를 기반으로 수정된 XCSP 파arser를 사용하여 약어화된 XML 표기법을 처리하는 방식으로 XCSP 인스턴스를 구문 분석한다.
• 각 XCSP 제약 조건은 중간 FlatZinc 컴파일을 피하기 위해 직접 라이브러리 호출을 사용하여 등가의 Gecode 제약 조건으로 변환된다.
• XCSP의 유한 도메인은 도메인 인코딩과 제약 조건을 유지하면서 Gecode의 유한 도메인 변수에 직접 매핑된다.
• XCSP의 관계는 허용되는 값 조합 또는 허용되지 않는 값 조합을 정의하는지에 따라 확장 제약 조건 또는 부등식 제약 조건으로 변환된다.
• XCSP의 술어는 유의미한 예외가 소수에 불과한 경우를 제외하고는 해당하는 Gecode API 호출로 매핑되며, 의미론적 동치성을 보장한다.
• 전역 제약 조건 카탈로그에서 가장 널리 사용되는 제약 조건의 일부가 지원되며, alldifferent, cumulative, global_cardinality 포함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 C++ 코드 작성과 중간 FlatZinc 컴파일이 필요 없도록 XCSP에서 Gecode 제약 조건으로의 직접 변환을 구현할 수 있는가?
• RQ2 관계, 술어, 전역 제약 조건과 같은 XCSP의 제약 구성 요소가 Gecode 라이브러리 호출로 얼마나 효과적으로 매핑될 수 있는가?
• RQ3 x4g 플러그인은 표준 XCSP 벤치마크에서 가장 흔히 발견되는 전역 제약 조건을 어느 정도 지원하는가?
• RQ4 x4g 플러그인을 통해 Gecode가 네이티브 XCSP 입력을 사용하여 국제 제약 솔버 경쟁에서 공정하게 평가될 수 있는가?
• RQ5 기존의 FlatZinc 기반 Gecode 플러그인과 비교해 볼 때, XCSP에서 Gecode로의 직접 변환은 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• x4g 플러그인은 사용자가 C++ 코드를 작성할 필요 없이 XCSP 형식의 제약 만족 문제를 Gecode로 해결할 수 있도록 성공적으로 구현하였다.
• 플러그인은 전역 제약 조건 카탈로그에서 가장 자주 사용되는 제약 조건의 포괄적인 부분 집합을 지원하며, alldifferent, cumulative, global_cardinality 포함.
• XCSP의 관계는 정확하게 Gecode의 확장 제약 조건 또는 부등식 제약 조건으로 변환되어 의미론적 정확성을 유지한다.
• XCSP에서 Gecode로의 직접 매핑은 잠재적인 정보 손실과 FlatZinc 중간 형식에 대한 의존성을 피할 수 있다.
• 도구는 국제 제약 솔버 경쟁에서 사용 가능한 출력을 생성하도록 설계되어, 향후 경쟁에 Gecode가 참가할 수 있도록 한다.
• 저자들은 소스 코드와 공개용 샘플 프로그램을 배포하여 재현 가능성과 향후 벤치마크 평가를 지원한다.