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5.3.5.3 Erweiterungen von Hull-Konsistenz

Um dem Problem der Terminierung des Propagationsvorgangs bei zyklischen Constraints zu begegnen, schlägt Lhomme (1993) zur Präzisionsbegrenzung eine partielle Form von 2B-Konsistenz, die 2B(w)-Konsistenz, vor und führt einen entsprechend modifizierten Algorithmus ein. Mit 2B(w)-Konsistenz wird der Grad lokaler Konsistenz gekennzeichnet, der erreicht wird, wenn die Propagation vor Erreichen von 2B-Konsistenz, bzw. der Präzision der Fließkomma-Darstellung des eingesetzten Rechnersystems, vorzeitig terminiert. Durch w (von engl. width) wird die erlaubte Ungenauigkeit der berechneten Intervallgrenzen charakterisiert, wobei für $w=0$ die 2B(w)-Konsistenz äquivalent mit 2B-Konsistenz ist. Analog existiert für 3B-Konsistenz eine Erweiterung 3B$(w_1,w_2)$-Konsistenz, wobei $w_1$ für die Präzision der Intervallgrenzen von 3B-, und $w_2$ für die Präzision der eingesetzten 2B-Konsistenz steht. Wiederum ist 3B$(0,0)$-Konsistenz äquivalent mit 3B-Konsistenz.

Weitere Optimierungen bzgl. des cycling und slow convergence (vgl. Abschnitt 5.3.3) und verbesserte Algorithmen der vorgestellten Verfahren finden sich in den Arbeiten von Lhomme et al. (1998,1996) und Lebbah und Lhomme (1998,2002). So besteht ein Ansatz darin, nur relevante Projektionen bzw. solution functions pro Variable einzusetzen, bzw. deren Reihenfolge geschickt zu verändern, so dass weniger wichtige und zyklenauslösende Funktionen erst dann berechnet werden, wenn bereits ein Fixpunkt erreicht ist (vgl. Lhomme et al., 1998,1996). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mittels mathematischer Grenzwertberechnungen in bestimmten Situationen eine Hochrechnung über die voraussichtliche Konvergenz der Intervallgrenzen und eine entsprechende Beschleunigung dieses Vorgangs vorzunehmen (vgl. Lebbah und Lhomme, 1998,2002).5.105

Frédéric Benhamou et al. stellen einen neuen Algorithmus HC-4 vor, der 2B- bzw., Hull-Konsistenz ohne eine vorherige Zerlegung in basic constraints bzw. primitive Constraints herstellt (vgl. Benhamou et al., 1999a).5.106 Der Algorithmus leistet dies, indem der Baum der Repräsentation eines jeden einzelnen Constraint-Ausdrucks sowohl in Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung durchlaufen wird, und dabei jeweils die Wertebereiche der Variablen an die propagierten Grenzen angepasst werden. Von Vorteil ist der verringerte Berechnungsaufwand und Speicherbedarf, da primitive Constraints nicht generiert und insgesamt weniger Constraints propagiert werden müssen (vgl. Benhamou et al., 1999a, S. 235).

Boi V. Faltings zeigt wie höhere lokale Konsistenz erreicht werden kann, indem jeweils alle Constraints, welche dieselben Variablen betreffen, zu totalen Constraints zusammengefasst werden (vgl. Definition 4.1.2). Lokale Konsistenz auf totalen Constraints ermöglicht die Berechnung engerer Intervallgrenzen, setzt allerdings eine komplexe Auswertung der Constraints einschließlich Extremwertberechnungen voraus (vgl. Faltings, 1994). Das vorgestellte Verfahren arbeitet ausschließlich auf binären Constraints, eine Generalisierung ist möglich, erfordert jedoch anspruchsvolle mathematische Vorverarbeitung der Constraints (vgl. Faltings und Gelle, 1997).

Ebenfalls höhere Konsistenz garantiert die global hull consistency, erstmals erwähnt in der Arbeit von Cruz und Barahona (1999). Globale Hull-Konsistenz wird erreicht, indem überprüft wird, ob globale (kanonische) Lösungen möglich sind, wenn jeweils eine Variable auf ihre Intervallgrenzen gesetzt wird. Anders als bei Varianten der kB-Konsistenz, die das restliche ICSP jeweils lediglich auf (k-1)B-Konsistenz überprüfen, wird hier auf globale Konsistenz der Intervallgrenzen getestet. Eine vollständige Beschreibung sowie entsprechende Algorithmen werden von Cruz und Barahona (2001,2003) vorgestellt. Globale Hull-Konsistenz wird insbesondere zur Lösung von System mit Differentialgleichungen eingesetzt. Effiziente Algorithmen werden unterstützt von lokalen Suchverfahren. Aufgrund der hohen Komplexität ist globale Hull-Konsistenz derzeit jedoch bei einer größeren Anzahl Variablen nicht effizient anwendbar.



Fußnoten

...5.105
Algorithmen zur Herstellung von 3B-Konsistenz prüfen mit Hilfe von 2B-Konsistenz, dass in einem bestimmten Teil des Lösungsraums keine mögliche Lösung enthalten ist, und löschen diesen Teil ggf., indem die entsprechenden Intervallgrenzen eingeschränkt werden. Wenn frühzeitig festgestellt werden kann, dass eine Hochrechnung gegen eine 2B-konsistente Grenze konvergiert (was sich recht einfach gestaltet), ist es sinnvoll, diese nicht separat auf 2B-Inkonsistenz zu testen, und dadurch insgesamt das Verfahren stark zu beschleunigen (vgl. Lebbah und Lhomme, 2002, S. 127).
...5.106
Der ursprüngliche Algorithmus von Lhomme (1993) wird hier in Anlehnung an AC-3 mit HC-3 benannt (vgl. Benhamou und Older, 1997; Benhamou, 1995).

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