约束程序的搜索技术研究

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维持表约束网络广义弧相容(generalized arc consistency,简称GAC)的串行传播模式是约束程序搜索技术研究的一个重要分支,该模式由串行传播算法和串行过滤算法两部分组成,串行传播算法会依次执行在表约束上维持GAC的串行过滤算法。为了进一步提升串行传播模式的效率,本文关注到了并行计算。并行计算是在不改变预期结果的情况下,同时对问题的多个部分进行处理的能力。随着计算机并行处理能力的发展,约束程序与并行计算的结合研究已成为被关注的领域,即并行约束程序。针对并行约束程序的研究大致可分为以下几类:并行传播、搜索空间分割、组合算法和问题分解等。其中,并行传播是指并行执行在约束上的过滤算法,其研究意义在于利用并行计算提高约束传播的效率。本文提出了维持表约束网络临时广义弧相容(temporary generalized arc consistency,简称TGAC)的并行传播模式。该模式基于多核CPU,由并行传播算法和并行过滤算法两部分组成,并行传播算法利用线程池并行调用维持表约束TGAC的并行过滤算法。本文给出了并行传播模式的可靠性证明,即并行传播模式也维持表约束网络GAC。并行传播模式的最坏时间复杂度也得到了分析,经过与串行传播模式最坏时间复杂度的对比,我认为并行传播模式在平均过滤时间较长的实例上要快于串行传播模式。最终的实验结果也验证了上述结论。对照实验在22组实例集上进行,使用回溯搜索算法分别测试了串行传播模式和并行传播模式。在串行传播模式下,串行过滤算法分别使用CT和STRbit;在并行传播模式下,并行过滤算法分别使用PCT和PSTRbit,线程池的并行度依次被置为2、4和6。最终的实验结果表明,在17组实例集上,并行传播模式要快于串行传播模式,而且在其中的多数实例集上取得了从1.4至3.4不等的加速比。
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