[论文解读] Polsat: A Portfolio LTL Satisfiability Solver

Jianwen Li, Geguang Pu+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2013

Formal Methods in Verification参考文献 7被引用 9

一句话总结

Polsat 是一个组合式 LTL 可满足性求解器，它在多核硬件上并行执行四个现成的 LTL 求解器——pltl、TRP++、NuSMV 和 Aalta，一旦任一求解器返回结果即终止。它在随机和复杂公式上表现出更优的整体性能，并作为统一的测试平台，用于评估和优化 LTL 求解器。

ABSTRACT

In this paper we present a portfolio LTL-satisfiability solver, called Polsat. To achieve fast satisfiability checking for LTL formulas, the tool integrates four representative LTL solvers: pltl, TRP++, NuSMV, and Aalta. The idea of Polsat is to run the component solvers in parallel to get best overall performance; once one of the solvers terminates, it stops all other solvers. Remarkably, the Polsat solver utilizes the power of modern multi-core compute clusters. The empirical experiments show that Polsat takes advantages of it. Further, Polsat is also a testing plat- form for all LTL solvers.

研究动机与目标

• 通过结合多种求解器类型来提升整体性能，以应对缺乏普遍占优的 LTL 可满足性求解器的问题。
• 利用现代多核计算集群并行运行多个 LTL 求解器，以加快可满足性检查速度。
• 提供一个标准化的测试平台，使用统一的基准测试套件来评估和比较 LTL 求解器的性能。
• 通过实证分析优化求解器性能，识别在特定公式类型上表现最佳的求解器。
• 通过整合符号化、表列法、归结法和混合方法等多样化算法，提升 LTL 可满足性检查的可扩展性和鲁棒性。

提出的方法

• 集成四种具有代表性的 LTL 求解器：pltl（基于表列法）、TRP++（时序归结法）、NuSMV（基于 BDD 和 SAT 的符号模型检测）以及 Aalta（带启发式的混合表列法）。
• 通过专用线程并行部署所有求解器，并采用集中式协调机制，在任一求解器完成时立即终止其余线程。
• 使用统一的输入解析器，将 Polsat 原生的 LTL 语法转换为各集成求解器所需的输入格式。
• 通过将结果归一化为统一格式（'sat' 或 'unsat'、来源求解器、执行时间）来标准化各求解器的输出。
• 通过支持外部求解器以相同输入/输出接口接入，实现可扩展性。
• 采用基于 cactus 图的评估框架，对多个基准测试集（包括扩展的随机公式和合取公式）进行求解器性能比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 组合多个 LTL 求解器的组合方法是否能在多样化的基准测试中超越单个求解器？
• RQ2 在多核系统上并行执行是否能显著提升 LTL 可满足性检查的整体性能？
• RQ3 Polsat 是否可作为评估和优化新型 LTL 求解器的有效测试平台？
• RQ4 在不同类别的 LTL 公式上，哪种求解器类型（符号化、表列法、归结法、混合方法）表现最佳？
• RQ5 Polsat 在大规模和复杂基准测试（尤其是随机和合取公式）上的可扩展性如何？

主要发现

• 在 Schuppan 收集的基准测试中，Polsat 的整体性能优于任一单个求解器，14 种公式类型中有 12 种的求解速度超过表现最佳的单个求解器。
• 在扩展的随机公式（100–200 个字符）和随机合取公式（1–20 个组件）上，Polsat 在 60 秒超时内解决的实例数量多于其他任何求解器，如 cactus 图所示。
• 在 /alaska/lift 公式中，集成 NuSMV-BMC 的效果最为显著；而在 /schuppan/O1formula 和 /schuppan/O2formula 公式集中，Aalta 表现优于其他求解器。
• 输入格式转换带来的开销在部分基准测试中略微降低了 Polsat 的性能，但其带来的求解器多样性与并行执行优势显著抵消了这一影响。
• Polsat 平台通过实证反馈实现了对 Aalta 的性能优化，证明了其在求解器开发与基准测试环境中的实用价值。
• 采用早期终止的组合方法确保 Polsat 的性能由集合中最快的求解器决定，使其兼具高效性与可扩展性。