Prolog手动或自定义标签



我目前正在Prolog中编写一个楼层规划问题的求解器,并且在标签部分遇到了一些问题。

目前的问题是,我的约束条件已经发布,但当我启动标签时,需要很长时间才能找到解决方案。我想引入一些启发法。

我的问题是,如何手动标记变量?恐怕在定义了这样一个clpfd变量之后:

X in Xinf..Xsup

并约束它,如果我做一些类似的事情:

    fd_sup(X, Xmax),
    X = Xmax,
...

在我的自定义标签中,我不会使用Prolog的回溯功能来测试X域的其他值。我错了吗?

此外,有没有比编写自定义标记过程更聪明的方法来标记我的变量?我的启发式思想包括交替尝试变量域的极值(如max(X)、min(X),max(X-1)、min

希望你能帮助我:)

编写一个自定义标记过程并不困难,对于大多数实际问题,你最终都需要一个,以便结合特定问题的启发式方法。

标签程序的两个主要组成部分是

  1. 变量选择:从所有剩余的(即尚未实例化的)问题变量中,选择一个来考虑下一个
  2. 值选择分支:通过回溯,以(通常)互补的方式减少所选变量的域,探索两个或多个备选子问题

使用此方案,默认标记程序可以写成

label(Xs) :-
    ( select_variable(X, Xs, Xs1) ->
         branch(X),
         label(Xs1)
    ;
         true    % done, no variables left
    ).
select_variable(X, [X|Xs], Xs).     % 'leftmost' strategy
branch(X) :- indomain(X).

现在,您可以重新定义select_variable/3以实现诸如"首次失败"之类的技术,并重新定义branch/1以尝试不同顺序的域值。只要您确保branch/1在回溯时枚举了X的所有域值,您的搜索就会保持完整。

有时你只想先尝试一个域值(比如启发式算法建议的值),但如果不好,就不要立即尝试另一个值。比方说,在您的示例中,您希望首先尝试最大域值。你可以把它写成

branch(X) :-
    fd_sup(X, Xmax),
    (
         X = Xmax           % try the maximum
    ;
         X #= Xmax         % otherwise exclude the maximum
    ).

因为这两种情况是互补的,并且涵盖了X的所有可能值,所以您的搜索仍然是完整的。然而,由于第二种选择,branch/1现在可以使用未实例化的X成功,这意味着您必须确保在标记过程中不会从列表中丢失此变量。一种可能性是:

label(Xs) :-
    ( select_variable(X, Xs, Xs1) ->
         branch(X),
         ( var(X) -> append(Xs1, [X], Xs2) ; Xs2=Xs1 ),
         label(Xs2)
    ;
         true    % done, no variables left
    ).

首先,一定要尝试内置的启发式方法。ff通常是一个很好的策略。

对于自定义标记策略,通常最简单的方法是首先将域转换为列表,然后对列表进行重新排序,然后简单地使用member/2使用新顺序分配域的值。

一个好的建筑黑是dom_integers/2,它将有限CLP(FD)域与整数列表相关联:

:- use_module(library(clpfd)).
dom_integers(D, Is) :- phrase(dom_integers_(D), Is).
dom_integers_(I)      --> { integer(I) }, [I].
dom_integers_(L..U)   --> { numlist(L, U, Is) }, Is.
dom_integers_(D1/D2) --> dom_integers_(D1), dom_integers_(D2).

您的特定策略可以很容易地在这样的有序整数列表中表达,将这些整数与第二个列表联系起来,其中的值按您描述的顺序出现:

outside_in([]) --> [].
outside_in([I]) --> [I].
outside_in([First|Rest0]) --> [First,Last],
        { append(Rest, [Last], Rest0) },
        outside_in(Rest).

示例查询和结果:

?-短语(outside_in([1,2,4]),Is)。Is=[1,4,2,3];false。

将其与fd_dom/2dom_integers/2相结合,我们得到(省略了除X之外的变量的绑定):

?- X in 10..20,
   fd_dom(X, Dom),
   dom_integers(Dom, Is0),
   phrase(outside_in(Is0), Is),
   member(X, Is).
X = 10 ;
X = 20 ;
X = 11 ;
X = 19 ;
X = 12 ;
X = 18 ;
etc.

member/2保留了非确定性。

确保将标记策略与其他传播区分开来。这两个方面目前在你的问题中有点混淆。

在SWI-Prolog中,有一个谓词clpfd:contracting/1。它执行您所描述的操作:它尝试域边界中的值,并删除可以被视为不一致的值,即已知不存在解决方案的值。

因此,如果您有一个变量Vs的列表,您可以尝试:clpfd:contracting(Vs),看看这是否有帮助。

请注意,这也会显著减慢搜索速度,但另一方面,也有助于在尝试任何标记之前显著减少搜索空间!

为了补充其他答案(一个对比标记和传播,一个显示专用标记方法),我现在解决这个问题的另一个非常重要的方面:

很多时候,当初学者抱怨他们的代码速度太快时,事实证明他们的代码甚至没有终止!在这种情况下,提高效率无济于事。

因此,这个答案指向您首先确保您的关系实际终止。

确保CLP(FD)程序终止的最佳方法是将它们分为两部分:

  1. 第一个称为核心关系,只是发布所有约束
  2. 第二个使用CCD_ 18来执行实际的搜索

你在你的节目中做到了吗?如果没有,请这样做。完成此操作后,请确保核心关系,例如solution/2(参数为:表示任务实例的术语和要标记的变量列表)通过查询普遍终止

?- solution(Instance, Vs), false.

如果终止,以下结束:

?- solution(Instance, Vs), label(Vs), false.

当然,在较大的任务中,您没有机会实际见证后一个查询的终止,但很有机会见证第一个查询的结束,因为设置约束通常比实际获得单个解决方案快得多。

因此,测试您的核心关系是否终止!

这是@mat之前的回答。

如果您还有更多的CPU周期要消耗,请尝试前面答案中定义的shave_zs/1

CCD_ 23的工作原理类似于辅助库谓词CCD_。然而,与contracting/1不同,所有值都是"可供争夺的"—不仅仅是边界上的那些。YMMV!

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