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c++如何实现一个简单的布尔可满足性(SAT)求解器_c++ DPLL算法实践【算法】

尼克

尼克

发布时间:2025-12-21 14:08:40

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来源于php中文网

原创

SAT问题是判断CNF公式是否存在使公式为真的变量赋值;DPLL是经典回溯+剪枝算法,含单位传播、纯文字消去和递归分支,C++实现用vector管理子句与赋值,变量从1开始编号,注意索引安全与状态回溯。

c++如何实现一个简单的布尔可满足性(sat)求解器_c++ dpll算法实践【算法】

什么是SAT问题和DPLL算法

布尔可满足性(SAT)问题是判断一个合取范式(CNF)公式是否存在一组变量赋值,使得整个公式为真。DPLL(Davis-Putnam-Logemann-Loveland)是求解SAT的经典回溯+剪枝算法,核心包括:单位传播(Unit Propagation)、纯文字消去(Pure Literal Elimination)和递归分支(Branching)。

用C++实现基础DPLL框架

我们不依赖外部库,用标准容器构建轻量结构。关键数据结构包括:

  • Clause:用std::vector表示,每个整数代表文字(正数=变量xᵢ,负数=¬xᵢ)
  • Formula:用std::vector存储所有子句
  • Assignment:用std::vector(-1=未赋值,0=假,1=真)记录当前变量状态

注意:变量编号从1开始,避免0造成歧义;内部统一用整数索引操作,提升效率。

核心步骤的C++实现要点

单位传播:扫描所有未满足子句,若某子句只剩一个未赋值文字,则必须令其为真以满足该子句。重复直到无新单位文字。

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冲突检测:若某子句中所有文字都被赋为假,说明当前路径不可行,返回false。

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分支策略:选一个未赋值变量(如最小编号),先尝试赋真,递归求解;失败则回溯,再试赋假。可用std::stack<:p style="color:#f60; text-decoration:underline;" title="ai" href="https://www.php.cn/zt/17539.html" target="_blank">air>辅助回溯状态保存。

纯文字消去可作为预处理步骤——若某变量只以一种极性出现(全为xᵢ或全为¬xᵢ),直接赋值使其对应文字为真,删去所有含它的子句。

完整可运行示例(简化版)

以下是一个能处理小规模CNF的最小可行代码片段(省略输入解析,聚焦算法逻辑):

bool dpll(std::vector& clauses, std::vector& ass, int var) {
  // 单位传播
  while (unit_propagate(clauses, ass)) {}
  
  // 检查冲突
  if (has_conflict(clauses, ass)) return false;
  
  // 全部赋值完成
  if (is_complete(ass)) return true;
  
  // 分支:找第一个未赋值变量
  int next_var = find_unassigned(ass);
  ass[next_var] = 1;
  if (dpll(clauses, ass, next_var)) return true;
  
  ass[next_var] = 0;
  return dpll(clauses, ass, next_var);
}

实际使用时建议加入简单启发式(如MOMS、JW),并用引用传递+就地修改避免拷贝开销。对大规模问题需引入更高级技术(如冲突驱动子句学习CDCL),但DPLL已足够理解SAT求解本质。

基本上就这些。不复杂但容易忽略细节——比如变量索引越界、重复传播、回溯时未恢复状态等,调试时建议加断言和小样例验证每步行为。

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