k-LSAT (k≥3)是NP-完全的

合取范式(conjunctive normal form,简称CNF)公式F是线性公式,如果F中任意两个不同子句至多有一个公共变元.如果F中的任意两个不同子句恰好含有一个公共变元,则称F是严格线性的.所有的严格线性公式均是可满足的,而对于线性公式类LCNF,对应的判定问题LSAT仍然是NP-完全的.LCNF_≥k是子句长度大于或等于k的CNF公式子类,判定问题LSA(≥k)的NP-完全性与LCNF(≥k)中是否含有不可满足公式密切相关.即LSAT_≥k的NP-完全性取决于LCNF_≥k是否含有不可满足公式.S.Porschen等人用超图和拉丁方的方法构造了LCNF_≥3和LCNF_≥4中的不可满足公式,并提出公开问题:对于k≥5,LCNF_≥k是否含有不可满足公式?将极小不可满足公式应用于公式的归约,引入了一个简单的一般构造方法.证明了对于k≥3,k-LCNF含有不可满足公式,从而证明了一个更强的结果:对于k≥3,k-LSAT是NP-完全的.     

极小不可满足公式在多项式归约中的应用

合取范式(CNF)公式F是极小不可满足的,如果F不可满足,并且从F中删去任意一个子句后得到的公式可满足,(r,s)-CNF是限制CNF公式中每个子句恰有r个不同的文字,且每个变元出现的次数不超过s次的公式类,对应的满足性问题(r,s)-SAT指实例公式限制于(r,s)-CNF.对于正整数r≥3,有一个临界函数f(r),使得(r,f(r))-CNF中的公式都是可满足的,而(r,f(r)+1)-SAT却是NP-完全的.函数f是否可计算是一个开问题,除了知道f(3)=3,f(4)=4外,只能估计f(r)的界.描述了极小不可满足公式在CNF公式类之间转换中的作用.为使转换过程中引入较少的新变元,给出了CNF公式到3-CNF公式的一种新的转换方法,对于长度为l(＞3)的子句,仅需引入|l/2|个新变元.并且,给出了CNF到(r,s)-CNF公式转换以及(r,s)-CNF中不可满足公式构造的原理和方法.     

MAX(1)和MARG(1)中公式改名的复杂性

改名是一个将变元映射到变元本身或它的补的函数,变元改名是公式变元集合上的一个置换,文字改名是一个改名和一个变元改名的组合.研究CNF公式的改名有助于改进DPLL算法.考虑判定问题"对于给定的CNF公式H和F是否存在一个变元(或文字)改名ψ使得ψ(H)=F?"的计算复杂性.MAX(1)和MARG(1)是极小不可满足公式的两个子类,这两个子类中的公式可以用树表示.树同构的判定问题在线性时间内是可解的.证明了对于MAX(1)和MARG(1)中的公式,文字改名问题在线性时间内可解,变元改名问题在平方次时间内可解.     

一个正则NP-完全问题及其不可近似性

通过一个适当的归约变换,可以将一个CNF (conjunctive normal form)公式变换为另一个具有某种特殊结构或性质的公式,使两者具有相同的可满足性.带有正则结构的CNF公式的因子图在图论中具有某些良好的性质和结果,可以用于研究公式的可满足性和计算复杂性.极小不可满足公式具有一个临界特征,公式本身不可满足,从原始公式中删去任意一个子句后得到的公式可满足.借助此临界特性,给出了一个从3-CNF公式到正则(3,4)-CNF公式的多项式归约转换.这里,正则(3,4)-CNF公式是指公式中每个子句的长度恰为3,每个变元出现的次数恰为4.因此,正则(3,4)-SAT问题是一个NP-完全问题,并且MAX(3,4)-SAT是不可近似问题.     

MAX(1)和MARG(1)中公式改名的复杂性

改名是一个将变元映射到变元本身或它的补的函数,变元改名是公式变元集合上的一个置换,文字改名是一个改名和一个变元改名的组合.研究CNF公式的改名有助于改进DPLL算法.考虑判定问题"对于给定的CNF公式H和F是否存在一个变元(或文字)改名ψ使得ψ(H)=F?"的计算复杂性.MAX(1)和MARG(1)是极小不可满足公式的两个子类,这两个子类中的公式可以用树表示.树同构的判定问题在线性时间内是可解的.证明了对于MAX(1)和MARG(1)中的公式,文字改名问题在线性时间内可解,变元改名问题在平方次时间内可解.     

基于聚类和划分的SAT分治判定

提出了一种将布尔公式划分为子句组来进行布尔可满足性判定的方法.CNF(conjunctive normal form)公式是可满足的当且仅当划分产生的每个子句组都是可满足的,因此,通过判定子句组的可满足性来判定原公式的可满足性,相当于用分治法将复杂问题分解为多个子问题来求解.这种分治判定方法一方面降低了原公式的可满足性判定复杂度;另一方面,由于子句组的判定可以并行,因而判定速度能够得到进一步的提高.对于不能直接产生布尔子句组划分的情形,提出了一种利用聚类技术将CNF公式聚类成多个簇,然后消去簇间的公共变量来产生子句组划分的方法.     

MAX-k-SAT的PTAS归约等价性

通过构造适当的极小不可满足公式,利用子句拼接技术,引入了一个一般化的从k-CNF公式(k≥3)到3-CNF公式之间的归约转换。基于该转换,给出了一个真值指派的转换算法,并证明了MAX-k-SAT与MAX-3-SAT是PTAS归约等价的。因此,对于k,t≥3,MAX-k-SAT与MAX-t-SAT是PTAS归约等价的。     

不可满足公式的同态证明系统

合取范式(CNF)公式H到F的同态φ是一个从H的文字集合到F的文字集合的映射,并保持补运算和子句映到子句.同态映射保持一个公式的不可满足性.一个公式是极小不可满足的是指该公式本身不可满足,而且从中删去任意一个子句后得到的公式可满足.MU(1)是子句数与变元数的差等于1的极小不可满足公式类.一个三元组(H,φ,F)称为的一个来自H的同态证明,如果φ是一个从H到F的同态.利用基础矩阵的方法证明了:一个不可满足公式F的树消解证明,可以在多项式时间内转换成一个来自MU(1)中公式的同态证明.从而,由MU(1)中的公式构成的同态证明系统是完备的,并且由MU(1)中的公式构成的同态证明系统与树消解证明系统之间是多项式等价的.     

d-正则(k,s)-SAT问题的NP完全性

研究具有正则结构的SAT问题是否是NP完全问题,具有重要的理论价值.(k,s)-CNF公式类和正则(k,s)-CNF公式类已被证明存在一个临界函数f(k),使得当s≤f(k)时,所有实例都可满足;当s≥f(k)+1时,对应的SAT问题是NP完全问题.研究具有更强正则约束的d-正则(k,s)-SAT问题,其要求实例中每个变元的正负出现次数之差不超过给定的自然数d.通过设计一种多项式时间的归约方法,证明d-正则(k,s)-SAT问题存在一个临界函数f(k,d),使得当s≤f(k,d)时,所有实例都可满足;当s≥f(k,d)+1时,d-正则(k,s)-SAT问题是NP完全问题.这种多项式时间的归约变换方法通过添加新的变元和新的子句,可以更改公式的子句约束密度,并约束每个变元正负出现次数的差值.这进一步说明,只用子句约束密度不足以刻画CNF公式结构的特点,对临界函数f(k,d)的研究有助于在更强正则约束条件下构造难解实例.     

基于因子图求解(3,4=)-CNF公式类下可满足问题

合取范式(CNF)公式F是(3,4=)-CNF公式,如果F中每个子句的长度是3,每个变元出现的次数恰好为4次.与(3,4=)-CNF公式所关联的因子图是一类规则的二部图,即每个子句结点的度为3,每个变元结点的度为4,此类规则图被称为(3,4)-双向正则二部图.对于一个(3,4=)-CNF公式F,如果它关联的因子图GF有P7路径因子,则F可满足.     

多文字可满足SAT问题的相变点上界

可满足（SAT）问题是指：是否存在一组布尔变元赋值,使得随机合取范式（CNF）公式中每个子句至少有1个文字为真。多文字可满足SAT问题是指：是否存在一组布尔变元赋值,使得随机CNF公式中每个子句至少有2个文字为真。此问题仍然是一个NP难问题。定义约束密度α为CNF公式子句数与变元数之比,对该问题的相变点上界α*进行了研究。如果α>α*,则多文字可满足SAT问题高概率不可满足。通过一阶矩一个简单的推断,可以证明α*=-ln 2/ln(1-(k+1)/2k),当k=3时,α*=1。利用Kirousis等人的局部最大值技术,提升了多文字可满足3-SAT问题的相变点上界α*=0.7193。最后,选择了大量数据进行实验验证,结果表明,理论结果与实验结果相吻合。     

Generalizations of matched CNF formulas

A CNF formula is called matched if its associated bipartite graph (whose vertices are clauses and variables) has a matching that covers all clauses. Matched CNF formulas are satisfiable and can be recognized efficiently by matching algorithms. We generalize this concept and cover clauses by collections of bicliques (complete bipartite graphs). It turns out that such generalization indeed gives rise to larger classes of satisfiable CNF formulas which we term biclique satisfiable. We show, however, that the recognition of biclique satisfiable CNF formulas is NP-complete, and remains NP-hard if the size of bicliques is bounded. A satisfiable CNF formula is called var-satisfiable if it remains satisfiable under arbitrary replacement of literals by their complements. Var-satisfiable CNF formulas can be viewed as the best possible generalization of matched CNF formulas as every matched CNF formula and every biclique satisfiable CNF formula is var-satisfiable. We show that recognition of var-satisfiable CNF formulas is _P ² P-complete, answering a question posed by Kleine Büning and Zhao.     

Generalizations of matched CNF formulas

A CNF formula is called matched if its associated bipartite graph (whose vertices are clauses and variables) has a matching that covers all clauses. Matched CNF formulas are satisfiable and can be recognized efficiently by matching algorithms. We generalize this concept and cover clauses by collections of bicliques (complete bipartite graphs). It turns out that such generalization indeed gives rise to larger classes of satisfiable CNF formulas which we term biclique satisfiable. We show, however, that the recognition of biclique satisfiable CNF formulas is NP-complete, and remains NP-hard if the size of bicliques is bounded. A satisfiable CNF formula is called var-satisfiable if it remains satisfiable under arbitrary replacement of literals by their complements. Var-satisfiable CNF formulas can be viewed as the best possible generalization of matched CNF formulas as every matched CNF formula and every biclique satisfiable CNF formula is var-satisfiable. We show that recognition of var-satisfiable CNF formulas is ₂ ^P-complete, answering a question posed by Kleine Büning and Zhao.     

On exact selection of minimally unsatisfiable subformulae

A minimally unsatisfiable subformula (MUS) is a subset of clauses of a given CNF formula which is unsatisfiable but becomes satisfiable as soon as any of its clauses is removed. The selection of a MUS is of great relevance in many practical applications. This expecially holds when the propositional formula encoding the application is required to have a well-defined satisfiability property (either to be satisfiable or to be unsatisfiable). While selection of a MUS is a hard problem in general, we show classes of formulae where this problem can be solved efficiently. This is done by using a variant of Farkas' lemma and solving a linear programming problem. Successful results on real-world contradiction detection problems are presented.     

On exact selection of minimally unsatisfiable subformulae

A minimally unsatisfiable subformula (MUS) is a subset of clauses of a given CNF formula which is unsatisfiable but becomes satisfiable as soon as any of its clauses is removed. The selection of a MUS is of great relevance in many practical applications. This expecially holds when the propositional formula encoding the application is required to have a well-defined satisfiability property (either to be satisfiable or to be unsatisfiable). While selection of a MUS is a hard problem in general, we show classes of formulae where this problem can be solved efficiently. This is done by using a variant of Farkas lemma and solving a linear programming problem. Successful results on real-world contradiction detection problems are presented.