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聊一聊怎么理解3SAT问题

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什么是3SAT问题?首先我们要聊聊SAT是什么意思:SAT是SATISFIABILITY(可满足性)的缩写。SAT问题就是问某一个布尔表达式是不是“可满足”的问题。这里的术语“可满足”的意思是存在一组“真值赋值”(truth assignment)使得布尔表达式为真。举例来说,"a & !b"(a与非b)就是一个"可满足"的布尔表达式,因为存在一组真值赋值(a=1,b=0)使其为真,而"(a | b) & (a | !b) & (!a | b) & (!a | !b)"就是一个"不可满足"的布尔表达式,因为找不到一个真值赋值使它为真。而3SAT问题就是问某个具有特殊形式的布尔表达式是否可满足的问题,这种特殊形式就是"3合取范式"或"3-CNF"。


1楼2020-04-28 16:28回复
    所谓合取范式,就是一种所有子句都由合取(即“与”)联接所构成的公式,如"a & (!b | c) & (a | !c | d)"。
    这里的“子句”是指一个或多个"文字"的析取,而“文字”就是变量或变量的非。如上式中的“a”,“(!b | c)”和“(a | c | d)”就是“子句”,组成子句的a, !b, c, !c, d就是“文字” ,a, b, c, d就是“变量”。
    “3合取范式”就是每个子句恰好由3个文字所组成的合取范式。


    2楼2020-04-28 19:56
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      举个例子:小红,小王,小江等n人想找个地方去做运动,他们觉得这个地方可能会有m种情况。为了尽量满足所有人的癖好,每个人都根据可能出现的情况提了一个包含3个需求的列表:小红想找个“有窗户”或者“有厕所”或者“没臭味”的地方,小王想找个“没窗户”或“有臭味”或“没厕所”的地方,小江想找个“有厕所”或“没臭味”或“没窗户”的地方。。。问,是否存在一个地方可以满足所有人的(至少一个)要求?
      其中,每个人提的需求列表就是一个“子句”,比如小红提的 " '有窗户'或'有大床'或'没臭味' " 就是一个“子句”。
      需求列表中的每一项具体的需求都是一个“文字”,比如“有窗户”就是一个文字,“没臭味”也是一个文字。
      需求的选项(可能出现的情况)就是“变量”,比如“窗户”就是一个变量,“厕所”是一个变量,“臭味”也是一个变量。
      如果最后找到了一个“有窗户,没厕所,没臭味”的地方,那么“有窗户,没厕所,没臭味”就是变量的真值赋值。
      所有人需求就是合取范式,如果“每个人的需求都有3项且至少要满足1项”就是“3合取范式”。
      3SAT问题就是问 "是否存在"一个满足所有人需求的地方。


      5楼2020-04-29 00:57
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        为啥要研究这么个奇葩的问题?因为3SAT是一个非常著名的NP完全问题:除非“P=NP”,否则找不到一个多项式复杂度的算法求解这个问题。
        有人就问了:“有名就了不起吗?有啥用啊?”
        当然有用了,比方你老板要你解决某个问题X,要是你不能又快又准的解出来他就会发飙。如果你能证明这个问题X比3SAT问题还“难”,那么X就也不可能找到一个多项式复杂度的算法来求解。然后你就可以把这个证明甩到你老板脸上:我做不到,别人TMD也做不到!


        6楼2020-04-29 10:58
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          感谢楼主


          IP属地:广东7楼2020-07-26 20:49
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            举一个例子,想证明3-coloring(三着色)问题是NP,就可以通过将该问题“归约"为3-SAT来证明。
            图着色问题:给定一个无向图G=(V,E),其中V为顶点集合,E为边集合,图着色问题即为将V分为K个颜色组,每个组形成一个独立集,即其中没有相邻的顶点。K=3时,即为3着色问题。
            这里的归约的含义为:任意一个3-SAT问题的实例都可以用找到一个3-coloring实例与之对应。举例解释:任意一个乘方运算n^2都能用一个乘法运算n*n与之对应,所以说明乘法运算不比乘方运算简单。


            8楼2020-08-19 09:43
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              直观理解,可满足性问题就是问是否存在一个可满足实例的问题


              9楼2021-04-05 21:15
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                你可真行...


                IP属地:辽宁10楼2021-04-12 23:06
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                  那么如何归约呢? 一个常用的方法就是构造,我们可以通过构造出一类具有特殊结构的实例,让所有3SAT的实例都能在多项式时间内转换为该类实例。 比方说3着色问题,就可以通过构造出具有特殊拓扑结构的且满足3着色约束的实例。然后证明所有的3-sat问题的实例都能很容易转换为该类"特殊的"实例。
                  这样连3SAT这样NP困难的问题都只是3着色问题的一种“特殊”情况,那当然3着色问题不会比3SAT更简单了。


                  11楼2021-04-19 09:43
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                    楼主牛逼!


                    IP属地:美国12楼2021-04-27 14:36
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                      感谢大佬


                      IP属地:山东14楼2021-12-30 14:54
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                        牛逼


                        IP属地:上海15楼2022-05-16 19:16
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                          那么如何构造这一类特殊的实例呢?首先必须知道问题是什么。这就得对问题进行严格正式的定义:以3着色问题为例,如何进行形式化定义呢?可以分为两步:
                          一,问题的解是什么?3着色问题的解就是每个节点的颜色(不超过3种),比如:每个节点颜色可以是 {1,2,3} 中的一个。当然这些节点的颜色必须满足3着色问题中的要求。这里,问题的解又叫做“证书”(Certificate)或者“见证”(witness)。
                          二,问题是什么?3着色问题恰好是个判定问题(decision problem):判断是否对于图G的每条边(u,v),节点u的颜色和节点v的颜色不一样:意思是如果每条边上的两个节点的颜色都不一样,那么问题为真,否则为假。这里,问题又被称为“Certifier”或者“Verifier”(验证者),意思是你需要验证问题是否为真。


                          16楼2022-10-26 15:11
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                            很显然,问题和问题的解的关系就是:解使得问题为真。


                            17楼2022-10-26 15:16
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