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制約充足問題 (Constraint Satisfaction Problems)

認知システム論　制約充足（ 1 ） 制約をみたす組合せを探すエージェント. 制約充足問題 (Constraint Satisfaction Problems). 　制約充足問題 　制約充足問題の例. 制約充足問題 ( CSP) とは. x 1 x 2 … x n. CSP. D 1 D 2 … D n. 変数 (variable) の集合　 各変数の 領域 (domain) 変数間の 制約 (constraint) の集合. C ij ={( a,b ),( c,d ),…}

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制約充足問題 (Constraint Satisfaction Problems)

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Presentation Transcript

  1. 認知システム論　制約充足（1） 制約をみたす組合せを探すエージェント 制約充足問題(Constraint Satisfaction Problems) • 　制約充足問題 • 　制約充足問題の例

  2. 制約充足問題(CSP)とは x1 x2… xn CSP D1 D2… Dn • 変数(variable)の集合　 • 各変数の領域(domain) • 変数間の制約(constraint)の集合 Cij={(a,b),(c,d),…} 変数 xi-xj間で許される値の組の集合．与えられた組(u,v)が許されるか否かを判定する関数 allowed(i,j,u,v)でも良い． 解 • すべての制約を満たすような変数への値の割当て x1=a1 x2=a2…xn=an

  3. 探索問題と制約充足問題

  4. 制約グラフ(constraint graph) 問題 • 変数 x, y, z • 領域 Dx=Dy=Dz={0,1} • 制約 Cxy=Cyz={(0,1),(1,0)} x≠y, y≠z １つ見つければ良し 制約グラフ {0,1} 解 y (x,y,z)=(0,1,0) (x,y,z)=(1,0,1) ≠ ≠ x z {0,1} {0,1}

  5. ２項制約と多項制約 許される値の組 ２項制約 x y z ３項制約 x y 多項制約は２項制約に変換できる． この授業では，２項制約のみを考える．

  6. 多項制約を２項制約に変換する z ３項制約 a b c x y 新しい変数の領域 ２項制約に変換できる z ２項制約 y x ２項制約 ２項制約 p 新しい変数

  7. 制約充足問題はNP完全問題 • NP完全 (NP-complete) • 解が与えられれば，それが確かに解であるかどうかは多項式オーダーの実用的な時間で判定できる． • しかし，解を自力で見つけるのは，最悪のケースで指数オーダーの時間となり，非常に難しい． ヒューリスティックで典型的には実用的な時間で解きたい

  8. 制約充足問題の例 n クイーン問題 (n queens problem) クロスワードパズル(crossword puzzles) グラフ彩色問題 (graph coloring) 線画解釈 (interpretation of line drawings) レイアウト (layout) スケジューリング(scheduling)

  9. ｎ クイーン問題(1) n queens problem 互いにアタックしないように n個のQを置く アタック！ n=8 の例

  10. nクイーン問題(2)定式化と解 n=4 の例 領域 {1,2,3,4} 変数 制約 x1 x2 x3 x4 1 2 3 4 制約 解 x3=1, x4=3 x2=4, x1=2,

  11. クロスワードパズル 変数 領域 crossword puzzles 単語ﾘｽﾄ x1 AFTALEEELHEELHIKEHOSESKEELKNOTLASERLEELINESAILSSHEETSTEERTIE D1=D2=D3=D8={HOSES,LASER, SAILS,SHEET,STEER} x2 制約 x1,x2間の制約：　x1の３文字目＝x2の１文字目

  12. グラフ彩色問題(1) graph coloring • 　辺で結ばれたノードが異なる色になるように４色で塗り分けよ

  13. グラフ彩色問題(2)地図の塗り分け

  14. グラフ彩色問題(3)定式化と解 各ノードが変数 変数の取りうる色が領域 隣り合う変数の色が異なるというのが制約 すべての制約を満たす色の配置が解

  15. グラフ彩色問題(4)周波数の割当て 携帯電話基地局 距離が近いどうしを辺で結び，異なる周波数（色）を割り当てる

  16. 休憩

  17. 線画解釈(1) interpretation of line drawings 解釈 線画（２Ｄ） 立体（３Ｄ）

  18. 線画解釈(2)線分のラベル付けによる空間表現 両側に物体の表面が見える．前方に凸． 両側に物体の表面が見える．前方に凹． 矢線の右側だけに物体の表面が見える．

  19. 線画解釈(3)ジャンクションに許される全パターン線画解釈(3)ジャンクションに許される全パターン V W Y T

  20. 線画解釈(4)制約充足による解釈の生成 変数：　ジャンクション領域：　ジャンクション　　　　　のパターン制約：　辺に同じラベル　　　　　が付くこと 制約充足 解：　解釈

  21. レイアウト layout ４つの長方形を右の長方形の中に重ならないように詰めよ．

  22. スケジューリング scheduling 時間制約（順序，長さ）と資源制約（排反実行）のもとで，ジョブを構成する各タスクの開始時刻を決める Jobs 1 1A 1B 1C 2 2A 2C 2B Task (Job 1, Machine C) 3 3B 3C 3B 3A 終了時刻を短くせよ Machines A 1A 2A 3A B 3B 1B 3B 2B C 3C 2C 1C

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