[論文レビュー] Solving XCSP problems by using Gecode

Massimo Morara, Jacopo Mauro+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2011

Constraint Satisfaction and Optimization参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

この論文では、XCSP形式で指定された問題を、Gecode C++ライブラリ呼び出しに直接変換することで、Gecode制約ソルバがXCSPフォーマットをネイティブに実行できるようにするプラグインx4gを提示する。このアプローチにより、C++コードの記述やFlatZinc中間コンパイルの必要がなくなり、標準的な制約問題における効率性と互換性を重視した、国際CSPソルバーレースへのGecodeの参加が可能になる。

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++.

研究の動機と目的

• Gecode制約ソルバが、低レベルのC++プログラミングを必要とせずに、XCSPフォーマットで指定された問題をネイティブに解けるようにすること。
• 直接的なXCSPからGecodeへの変換パイプラインを提供することで、Gecodeの国際CSPソルバーレースへの統合を支援すること。
• GecodeがネイティブにFlatZincのみをサポートするという制限を克服し、XCSPからGecodeの制約への直接マッピングを構築すること。
• 標準的な制約充足ベンチマークにおけるGecodeのパフォーマンスを評価するための柔軟で拡張可能なツールを提供すること。
• XCSPで最も一般的に使用されるグローバル制約のサブセットをサポートし、実世界の問題における実用性を確保すること。

提案手法

• x4gプラグインは、libxml2に基づく修正済みのXCSPパーサーを用いて、XCSPインスタンスを解析する。
• 各XCSP制約は、中間のFlatZincコンパイルを回避するため、直接Gecodeの制約呼び出しに変換される。
• XCSPの有限ドメインは、ドメイン符号化と制約を保持したまま、Gecodeの有限ドメイン変数に直接マッピングされる。
• XCSPの関係は、許容される値の組み合わせを定義するか、禁止される組み合わせを定義するかに応じて、拡張制約または不等式制約に変換される。
• XCSPの述語は、わずかな例外を除き、対応するGecode API呼び出しにマッピングされ、意味的同等性が保たれる。
• グローバル制約カタログに含まれる最も広く使われるグローバル制約のサブセットがサポートされており、alldifferent、cumulative、global_cardinalityを含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C++コードの記述や中間のFlatZincコンパイルを排除するために、XCSPからGecode制約への直接変換を実装できるか？
• RQ2 関係、述語、グローバル制約といったXCSPの制約構造が、Gecodeライブラリ呼び出しにどの程度効果的にマッピングできるか？
• RQ3 x4gプラグインが、標準XCSPベンチマークに見られる最も一般的なグローバル制約をどの程度サポートできるか？
• RQ4 x4gプラグインが、ネイティブXCSP入力を用いて、国際CSPソルバーレースにおけるGecodeの公平な評価を可能にできるか？
• RQ5 既存のFlatZincベースのGecodeプラグインと比較して、XCSPからGecodeへの直接変換のパフォーマンスへの影響は何か？

主な発見

• x4gプラグインは、ユーザーがC++コードを記述する必要なく、XCSPフォーマットの制約充足問題をGecodeで解けるようにした。
• プラグインは、グローバル制約カタログで最も頻繁に使用される制約の包括的なサブセットをサポートしており、alldifferent、cumulative、global_cardinalityを含む。
• XCSPの関係は、正確にGecodeの拡張制約または不等式制約に変換され、意味的正しさが保持された。
• XCSPからGecodeへの直接マッピングにより、情報損失の可能性やFlatZinc中間形式への依存が回避された。
• このツールは、国際CSPソルバーレースでの出力互換性を考慮して設計されており、今後のレースへのGecode参加を可能にした。
• 著者らは、再現性とさらなるベンチマークのため、ソースコードとサンプルプログラムを公開した。