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约束满足问题

约束补偿问题(CSPs)是种数学的问题,其定义为一组物件(object),而这些物件需要满足一些限制或条件。 CSPs将其问题中的单元(entities)表示成在变数上有限条件的一组同质(homogeneous)的集合, 这类问题透过"约束补偿方法"来解决。CSPs是人工智能和运筹学 的热门主题,因为它们公式中的规律,提供了共同基础来分析、解决很多看似不相关的问题。 CSPs通常呈现高复杂性, 需要同时透过启发式搜索 和 联合搜索 的方法,来在合理的时间内解决问题。 布林可满足性问题 (SAT), 可满足性的理论 (SMT)和回答集程式设计 (ASP) 可以算是某种程度上的约束补偿问题。

来源:维基百科
简介

约束满足问题可以定义为一个三元组<X,D,C>的形式,其中:

  • X={X_1, X_2, ... ,X_n}是变数的集合
  • D={D_1, D_2, ... ,D_n}是各个变数的定义域集合
  • C={C_1, C_2, ... ,C_n}是限制条件的集合。

每个变数X_i可以在非空的定义域D_i中取出。每个限制条件(Constraint)C_j依序对应一对<t_j,R_j>,其中t_j是n-tuple的变数, 则是在定义域D_i中,其对应到的子集合上得到的n 维的关系。 变数的评估(evaluation)是一个函数,其从变数的子集合映射到一组特定的集合,集合内为定义域的子集合所对应到的值,也就是

Image.jpg

如果满足:

Image.jpg

则此评估(evaluation)ƒ满足条件限制:

Image.jpg

常见的约束满足问题有:

  1. 八皇后问题
  2. 图着色问题
  3. 填字游戏问题
  4. 哈密顿回路问题

[描述来源:Wikipedia;URL:https://en.wikipedia.org/wiki/Constraint_satisfaction_problem]

2. 发展历史

描述

约束满足问题的求解技术主要分为两部分:推理和搜索。推理是通过变量消元、树分解、相容性技术(也称约束传播算法)等方法将问题规模简化,从而使问题更容易求解,其中相容性技术是约束推理的核心技术。1980年,提出了结合弧相容技术的回溯算法Forward checking来获得CSP的解。1989年,单弧相容被提出来,1991年,结合弧相容技术的回溯算法Maintain arc consistency被提出。同一年,P.Cheeseman等人指出随机中很多难解实例在相变点附近找到。 2011年,Fan等人提出了一个随机的约束选择问题:k-CSP。

主要事件

年份事件相关论文/Reference
1980结合弧相容技术的回溯算法Forward  checking来获得CSP的解Haralick, R. M., & Elliott, G. L. (1980). Increasing tree search efficiency for constraint satisfaction problems. Artificial intelligence, 14(3), 263-313.
1989利用单弧相容来求解CSP问题Dechter, R., & Pearl, J. (1989). Tree clustering for constraint networks. Artificial Intelligence, 38(3), 353-366.
1991结合弧相容技术的回溯算法Maintain arc consistency来获得CSP的解Bessiere, C. (1991, July). Arc-Consistency in Dynamic Constraint Satisfaction Problems. In AAAI (Vol. 91, pp. 221-226).
1991P.Cheeseman等人指出随机中很多难解实例在相变点附近找到  Cheeseman, P. C., Kanefsky, B., & Taylor, W. M. (1991, August). Where the really hard problems are. In IJCAI (Vol. 91, pp. 331-340).
2011提出了一个随机的约束选择问题:k-CSP Fan, Y., & Shen, J. (2011). On the phase transitions of random k-constraint satisfaction problems. Artificial Intelligence, 175(3-4), 914-927.

3. 发展分析

未来发展方向

  1. 基于自适应的CSP算法
  2. 选择更适合的算法来增强自适应强度

Contributor: Yilin Pan

简介