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2023 Fiscal Year Research-status Report

Research and Development of a New SAT Solving Technologies for Constraint Satisfaction Problems

Research Project

Project/Area Number 22K11973
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

田村 直之  神戸大学, DX・情報統括本部, 名誉教授 (60207248)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宋 剛秀  神戸大学, 情報基盤センター, 准教授 (00625121)
番原 睦則  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (80290774)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords制約充足問題 / 制約プログラミング / 制約ソルバー / SAT技術 / SATソルバー
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,制約充足問題に対する新しいSAT解法技術を研究開発し,さらに開発したシステムを実用的な問題に応用し,既存技術では解けなかった問題の解決を目指すとともに研究開発した技術を評価することである.研究遂行のため(WG1) SAT符号化手法の研究開発,(WG2) SAT型制約ソルバーの研究開発,(WG3) 応用・評価の3つの研究開発テーマを設定し,研究開発を分担して進めている.
(WG1)では,昨年度に引き続き順序符号化に関する実験を行い,結果を評価した.また,接頭和を用いた符号化法,剰余記数法を用いた符号化法,MDDを用いた符号化法について検討を進めた.
(WG2)では,ベースとなるSAT型制約ソルバーFun-sCOPで2023年XCSP3競技会 (http://xcsp.org/competitions/)に参加し,昨年度と同様にMain CSPトラックで準優勝という結果を得た.また,Python上で動作するSAT型制約ソルバーのプロトタイプを開発した.
(WG3)では,非同期オートマタネットワークとして表現されている遺伝子ネットワークについて,そのアトラクターをSATソルバーを利用して発見する手法の発展研究を行い,成果を(雑誌論文3)で発表した.また(雑誌論文1)で,供給経路と電流・電圧に関する制約を満たす配電網の構成を求める配電網問題,および配電網問題の2つの実行可能解が与えられたとき,遷移制約を満たしつつ一方の解から他方の解へ到達できるかを判定する配電網遷移問題について研究成果を発表した.さらに(雑誌論文2)で,与えられたグラフの2つのハミルトン閉路が与えられたとき,定められた遷移制約を満たしながら一方の閉路から他方の閉路に遷移することが可能かどうかを判定するハミルトン閉路遷移問題について研究成果を発表した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(WG1) SAT符号化手法の研究開発,(WG2) SAT型制約ソルバーの研究開発,(WG3) 応用・評価の3つの研究開発テーマのそれぞれについて,以下の理由によりおおむね順調に進展していると考えている.
(WG1)では,順序符号化に関する基本的な実験・評価を進め,問題点の解決方法について検討した.
(WG2)では,研究開発のベースの一つであるSAT型制約ソルバーFun-sCOPについて,昨年度に引き続き国際的な制約ソルバーの競技会に参加し2位になるという良い結果を得た.
(WG3)では,システム生物学,配電網遷移問題,ハミルトン閉路遷移問題など実用的な研究分野のいくつかの問題に対し,SAT型手法を応用し,その有効性を示すことができた.

Strategy for Future Research Activity

(WG1) SAT符号化手法の研究開発,(WG2) SAT型制約ソルバーの研究開発,(WG3) 応用・評価の3つの研究開発テーマのそれぞれに関し,以下のように今後の研究を推進する予定である.
(WG1)では,接頭和を用いた符号化法,剰余記数法を用いた符号化法,MDDを用いた符号化法の検討をさらに進め,アルゴリズムの実装および実験評価を行う.
(WG2)では,(WG1)で研究開発したSAT符号化手法を既開発のSugar, Copris等に組み込むことで,新しいSAT型制約ソルバーを実現する.また,Python上に実装したプロトタイプを完成させる.
(WG3)では,これまで進めてきた応用分野での研究をさらに進展させるとともに,グラフの支配集合や独立集合の遷移問題への応用を進める.

Causes of Carryover

2023年度は2022年度からの繰越しがあったため,その一部がさらに次年度使用となった.
2024年度は成果発表回数などを調整し研究費を使用する予定である.

  • Research Products

    (20 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Centrale Nantes/CRIL-CNRS UMR 8188/Artois University(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Centrale Nantes/CRIL-CNRS UMR 8188/Artois University
  • [Int'l Joint Research] University of Potsdam(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      University of Potsdam
  • [Journal Article] Combinatorial Reconfiguration with Answer Set Programming: Algorithms, Encodings, and Empirical Analysis2024

    • Author(s)
      Yamada Yuya、Banbara Mutsunori、Inoue Katsumi、Schaub Torsten、Uehara Ryuhei
    • Journal Title

      Proceedings of the 18th International Conference and Workshops on Algorithms and Computation (WALCOM 2024)

      Volume: LNCS 14549 Pages: 242~256

    • DOI

      10.1007/978-981-97-0566-5_18

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] On the Computational Complexity of Generalized Common Shape Puzzles2024

    • Author(s)
      Banbara Mutsunori、Minato Shin-ichi、Ono Hirotaka、Uehara Ryuhei
    • Journal Title

      Proceedings of the 49th International Conference on Current Trends in Theory and Practice of Computer Science (SOFSEM 2024)

      Volume: LNCS 14519 Pages: 55~68

    • DOI

      10.1007/978-3-031-52113-3_4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 解集合プログラミングを用いた配電網問題の解法2023

    • Author(s)
      山田 健太郎、湊 真一、田村 直之、番原 睦則
    • Journal Title

      コンピュータ ソフトウェア

      Volume: 40 Pages: 2_3~2_18

    • DOI

      10.11309/jssst.40.2_3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hamiltonian Cycle Reconfiguration with Answer Set Programming2023

    • Author(s)
      Hirate Takahiro、Banbara Mutsunori、Inoue Katsumi、Lu Xiao-Nan、Nabeshima Hidetomo、Schaub Torsten、Soh Takehide、Tamura Naoyuki
    • Journal Title

      Proceedings of the 18th European Conference on Logics in Artificial Intelligence (JELIA 2023)

      Volume: LNAI 14281 Pages: 262~277

    • DOI

      10.1007/978-3-031-43619-2_19

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] SAF: SAT-Based Attractor Finder in?Asynchronous Automata Networks2023

    • Author(s)
      Soh Takehide、Magnin Morgan、Le Berre Daniel、Banbara Mutsunori、Tamura Naoyuki
    • Journal Title

      Proceedings of the 21st International Conference on Computational Methods in Systems Biology (CMSB 2023)

      Volume: LNCS 14137 Pages: 175~183

    • DOI

      10.1007/978-3-031-42697-1_12

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ZDD-Based Algorithmic Framework for?Solving Shortest Reconfiguration Problems2023

    • Author(s)
      Ito Takehiro、Kawahara Jun、Nakahata Yu、Soh Takehide、Suzuki Akira、Teruyama Junichi、Toda Takahisa
    • Journal Title

      Proceedings of the 20th International Conference on Integration of Constraint Programming, Artificial Intelligence, and Operations Research (CPAIOR 2023)

      Volume: LNCS 13884 Pages: 167~183

    • DOI

      10.1007/978-3-031-33271-5_12

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solving Reconfiguration Problems of First-Order Expressible Properties of Graph Vertices with Boolean Satisfiability2023

    • Author(s)
      Toda Takahisa、Ito Takehiro、Kawahara Jun、Soh Takehide、Suzuki Akira、Teruyama Junichi
    • Journal Title

      Proceedings of the 35th IEEE International Conference on Tools with Artificial Intelligence (ICTAI 2023)

      Volume: なし Pages: 294-302

    • DOI

      10.1109/ICTAI59109.2023.00050

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recongo: Bounded Combinatorial Reconfiguration with Answer Set Programming2023

    • Author(s)
      Yamada Yuya、Banbara Mutsunori、Inoue Katsumi、Schaub Torsten
    • Journal Title

      Proceedings of the 18th Edition of the European Conference on Logics in Artificial Intelligence (JELIA 2023)

      Volume: LNAI 14281 Pages: 278~286

    • DOI

      10.1007/978-3-031-43619-2_20

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 解集合プログラミングを用いた支配集合遷移2024

    • Author(s)
      加藤聖人, 宋剛秀, 田村直之, 番原睦則
    • Organizer
      第26回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ (PPL 2024)
  • [Presentation] heulingo: 組合せ最適化のための解集合プログラミングに基づく優先度付き巨大近傍探索の実装2024

    • Author(s)
      杉森唯瑠未, 宋剛秀, 田村直之, 井上克巳, 鍋島英知, 番原睦則
    • Organizer
      第26回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ (PPL 2024)
  • [Presentation] 解集合プログラミングを用いた支配集合遷移問題の解法に関する考察2023

    • Author(s)
      加藤聖人, 宋剛秀, 田村直之, 番原睦則
    • Organizer
      2023年度人工知能学会全国大会 (第37回)
  • [Presentation] 最大独立集合問題のSAT技術を用いた解法に関する研究2023

    • Author(s)
      大森 嶺, 宋 剛秀, 田村 直之
    • Organizer
      2023年度人工知能学会全国大会(第37回)
  • [Presentation] 解集合プログラミングを用いたトークンスライディング型・独立集合遷移問題の解法に関する考察2023

    • Author(s)
      髙田和紀, 山田悠也, 番原睦則
    • Organizer
      2023年度人工知能学会全国大会 (第37回)
  • [Presentation] SQL 型制約プログラミングシステム CombSQL+ の複数制約ソルバー連携2023

    • Author(s)
      小菅脩司, 酒井正彦, 番原睦則
    • Organizer
      第125回人工知能基本問題研究会
  • [Presentation] ZDDを用いた疑似ブール制約のSAT符号化2023

    • Author(s)
      大橋 瞭雅, 宋 剛秀
    • Organizer
      題126回人工知能基本問題研究会
  • [Presentation] Answer Set Programming を用いた圧縮指標の計算2023

    • Author(s)
      クップル ドミニク, 番原睦則
    • Organizer
      2023年度冬のLAシンポジウム
  • [Presentation] SATソルバーとその応用について2023

    • Author(s)
      宋 剛秀
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサエティ大会
    • Invited
  • [Book] The Art of Computer Programming Volume 4B Combinatorial Algorithms Part 2 日本語版2023

    • Author(s)
      Donald E. Knuth 著、和田英一 監訳、岩崎英哉 訳、田村直之 訳、寺田実 訳
    • Total Pages
      728
    • Publisher
      カドカワ ドワンゴ
    • ISBN
      9784048931144

URL: 

Published: 2024-12-25  

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