Contributions à la résolution du problème de la Satisfiabilité Propositionnelle

par Jerry Garvin Lonlac Konlac

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Lakhdar Saïs.

Soutenue le 03-10-2014

à l'Artois , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .

Le président du jury était Arab Ali Chérif.

Le jury était composé de Lakhdar Saïs, Arab Ali Chérif, Chumin Li, Frédéric Saubion, Clémentin Tayou Djamegni, Saïd Jabbour.

Les rapporteurs étaient Chumin Li, Frédéric Saubion.


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution du problème de la satisfiabilité propositionnelle (SAT). Ce problème fondamental en théorie de la complexité est aujourd'hui utilisé dans de nombreux domaines comme la planification, la bio-informatique, la vérification de matériels et de logiciels. En dépit d'énormes progrès observés ces dernières années dans la résolution pratique du problème SAT, il existe encore une forte demande d'algorithmes efficaces pouvant permettre de résoudre les problèmes difficiles. C'est dans ce contexte que se situent les différentes contributions apportées par cette thèse. Ces contributions s'attellent principalement autour de deux composants clés des solveurs SAT : l'apprentissage de clauses et les heuristiques de choix de variables de branchement. Premièrement, nous proposons une méthode de résolution permettant d'exploiter les fonctions booléennes cachées généralement introduites lors de la phase d'encodage CNF pour réduire la taille des clauses apprises au cours de la recherche. Ensuite, nous proposons une approche de résolution basée sur le principe d'intensification qui indique les variables sur lesquelles le solveur devrait brancher prioritairement à chaque redémarrage. Ce principe permet ainsi au solveur de diriger la recherche sur la sous-formule booléenne la plus contraignante et de tirer profit du travail de recherche déjà accompli en évitant d'explorer le même sous-espace de recherche plusieurs fois. Dans une troisième contribution, nous proposons un nouveau schéma d'apprentissage de clauses qui permet de dériver une classe particulière de clauses Bi-Assertives et nous montrons que leur exploitation améliore significativement les performances des solveurs SAT CDCL issus de l'état de l'art. Finalement, nous nous sommes intéressés aux principales stratégies de gestion de la base de clauses apprises utilisées dans la littérature. En effet, partant de deux stratégies de réduction simples : élimination des clauses de manière aléatoire et celle utilisant la taille des clauses comme critère pour juger la qualité d'une clause apprise, et motiver par les résultats obtenus à partir de ces stratégies, nous proposons plusieurs nouvelles stratégies efficaces qui combinent le maintien de clauses courtes (de taille bornée par k), tout en supprimant aléatoirement les clauses de longueurs supérieures à k. Ces nouvelles stratégies nous permettent d'identifier les clauses les plus pertinentes pour le processus de recherche.

  • Titre traduit

    Contributions to solving the propositional satisfiability problem


  • Résumé

    In this thesis, we focus on propositional satisfiability problem (SAT). This fundamental problem in complexity theory is now used in many application domains such as planning, bioinformatic, hardware and software verification. Despite enormous progress observed in recent years in practical SAT solving, there is still a strong demand of efficient algorithms that can help to solve hard problems. Our contributions fit in this context. We focus on improving two of the key components of SAT solvers: clause learning and variable ordering heuristics. First, we propose a resolution method that allows to exploit hidden Boolean functions generally introduced during the encoding phase CNF to reduce the size of clauses learned during the search. Then, we propose an resolution approach based on the intensification principle that circumscribe the variables on which the solver should branch in priority at each restart. This principle allows the solver to direct the search to the most constrained sub-formula and takes advantage of the previous search to avoid exploring the same part of the search space several times. In a third contribution, we propose a new clause learning scheme that allows to derive a particular Bi-Asserting clauses and we show that their exploitation significantly improves the performance of the state-of-the art CDCL SAT solvers. Finally, we were interested to the main learned clauses database reduction strategies used in the literature. Indeed, starting from two simple strategies : random and size-bounded reduction strategies, and motivated by the results obtained from these strategies, we proposed several new effective ones that combine maintaing short clauses (of size bounded by k), while deleting randomly clauses of size greater than k. Several other efficient variants are proposed. These new strategies allow us to identify the most important learned clauses for the search process.


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