Improving SAT and pseudo-boolean solving technology

(English) The Boolean satisfiability (SAT) problem has seen remarkable progress, from early DPLL and resolution methods to the modern Conflict-Driven Clause Learning (CDCL) paradigm. Nevertheless, significant challenges remain. Theoretically "simple" yet structurally complex problems, such...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Zhao, Rui|||0000-0002-1796-0062
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2026
País:España
Institución:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Repositorio:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:upcommons.upc.edu:2117/456957
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/2117/456957
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-456957
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:SAT
Pseudo-Boolean Optimization
CDCL
Unit Propagation
Conflict Analysis.
Optimización Pseudo-Booleana
Propagación Unitaria
Análisis de Conflictos
Optimizació Pseudo-Booleana
Propagació Unitària
Anàlisi de Conflictes
004 - Informàtica
Àrees temàtiques de la UPC::Informàtica
id ES_73b93a8af0ea8d1a5d6568afccded47a
oai_identifier_str oai:upcommons.upc.edu:2117/456957
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
title Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
spellingShingle Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
Zhao, Rui|||0000-0002-1796-0062
SAT
Pseudo-Boolean Optimization
CDCL
Unit Propagation
Conflict Analysis.
Optimización Pseudo-Booleana
Propagación Unitaria
Análisis de Conflictos
Optimizació Pseudo-Booleana
Propagació Unitària
Anàlisi de Conflictes
004 - Informàtica
Àrees temàtiques de la UPC::Informàtica
title_short Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
title_full Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
title_fullStr Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
title_full_unstemmed Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
title_sort Improving SAT and pseudo-boolean solving technology
dc.creator.none.fl_str_mv Zhao, Rui|||0000-0002-1796-0062
author Zhao, Rui|||0000-0002-1796-0062
author_facet Zhao, Rui|||0000-0002-1796-0062
author_role author
dc.subject.none.fl_str_mv SAT
Pseudo-Boolean Optimization
CDCL
Unit Propagation
Conflict Analysis.
Optimización Pseudo-Booleana
Propagación Unitaria
Análisis de Conflictos
Optimizació Pseudo-Booleana
Propagació Unitària
Anàlisi de Conflictes
004 - Informàtica
Àrees temàtiques de la UPC::Informàtica
topic SAT
Pseudo-Boolean Optimization
CDCL
Unit Propagation
Conflict Analysis.
Optimización Pseudo-Booleana
Propagación Unitaria
Análisis de Conflictos
Optimizació Pseudo-Booleana
Propagació Unitària
Anàlisi de Conflictes
004 - Informàtica
Àrees temàtiques de la UPC::Informàtica
description (English) The Boolean satisfiability (SAT) problem has seen remarkable progress, from early DPLL and resolution methods to the modern Conflict-Driven Clause Learning (CDCL) paradigm. Nevertheless, significant challenges remain. Theoretically "simple" yet structurally complex problems, such as the pigeonhole principle, continue to challenge state-of-the-art SAT solvers, revealing inherent limitations in core algorithms like CDCL. Although CDCL-based Pseudo-Boolean (PB) solving extends SAT with 0-1 linear arithmetic constraints—enabling more natural modeling and offering exponential speedups in theory—its added complexity introduces computational bottlenecks in propagation, conflict analysis, and optimization. These challenges underscore the need for deeper algorithmic insights and innovative techniques to advance SAT and PB solver performance. This thesis addresses these gaps by advancing the core algorithms and implementation techniques underlying modern SAT and PB solvers. It is structured in two parts: • Part I: SAT Solving – We analyze the limitations of CDCL through both theoretical and practical lenses. The contributions are: (i) new insights from analyzing multiple conflicts, aimed at identifying opportunities to enhance CDCL or understanding the fundamental reasons for the failure of this particular idea; (ii) an empirical study on the equivalence between CDCL solvers and resolution, examining how solvers reproduce unsatisfiability proofs and how decision heuristics and resolution proofs interact. • Part II: Pseudo-Boolean Solving – We introduce optimizations in unit propagation and conflict analysis. Propagation is accelerated through a carefully engineered hybrid technique, while enhanced conflict analysis produces some stronger constraints for more effective search pruning. Beyond performance gains, this work offers profound insights into Boolean constraint reasoning, bridging theoretical gaps and opening new research avenues in SAT, PB, and beyond.
publishDate 2026
dc.date.none.fl_str_mv 2026
2026-02-05
2026
2026-03-09
dc.type.none.fl_str_mv doctoral thesis
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
VoR
http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
dc.identifier.none.fl_str_mv https://hdl.handle.net/2117/456957
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-456957
url https://hdl.handle.net/2117/456957
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-456957
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
eng
language_invalid_str_mv Inglés
language eng
dc.rights.none.fl_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rights.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
dc.source.none.fl_str_mv reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
instname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
instname_str Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
reponame_str UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
collection UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869410830334820352
spelling Improving SAT and pseudo-boolean solving technologyZhao, Rui|||0000-0002-1796-0062SATPseudo-Boolean OptimizationCDCLUnit PropagationConflict Analysis.Optimización Pseudo-BooleanaPropagación UnitariaAnálisis de ConflictosOptimizació Pseudo-BooleanaPropagació UnitàriaAnàlisi de Conflictes004 - InformàticaÀrees temàtiques de la UPC::Informàtica(English) The Boolean satisfiability (SAT) problem has seen remarkable progress, from early DPLL and resolution methods to the modern Conflict-Driven Clause Learning (CDCL) paradigm. Nevertheless, significant challenges remain. Theoretically "simple" yet structurally complex problems, such as the pigeonhole principle, continue to challenge state-of-the-art SAT solvers, revealing inherent limitations in core algorithms like CDCL. Although CDCL-based Pseudo-Boolean (PB) solving extends SAT with 0-1 linear arithmetic constraints—enabling more natural modeling and offering exponential speedups in theory—its added complexity introduces computational bottlenecks in propagation, conflict analysis, and optimization. These challenges underscore the need for deeper algorithmic insights and innovative techniques to advance SAT and PB solver performance. This thesis addresses these gaps by advancing the core algorithms and implementation techniques underlying modern SAT and PB solvers. It is structured in two parts: • Part I: SAT Solving – We analyze the limitations of CDCL through both theoretical and practical lenses. The contributions are: (i) new insights from analyzing multiple conflicts, aimed at identifying opportunities to enhance CDCL or understanding the fundamental reasons for the failure of this particular idea; (ii) an empirical study on the equivalence between CDCL solvers and resolution, examining how solvers reproduce unsatisfiability proofs and how decision heuristics and resolution proofs interact. • Part II: Pseudo-Boolean Solving – We introduce optimizations in unit propagation and conflict analysis. Propagation is accelerated through a carefully engineered hybrid technique, while enhanced conflict analysis produces some stronger constraints for more effective search pruning. Beyond performance gains, this work offers profound insights into Boolean constraint reasoning, bridging theoretical gaps and opening new research avenues in SAT, PB, and beyond.(Català) El problema de la satisfactibilitat Booleana (SAT) ha experimentat un progrés notable, des dels primers mètodes de DPLL i resolució fins al modern paradigma d’Aprenentatge de Clàusules Impulsat per Conflictes (CDCL). No obstant, segueixen existint desafiaments significatius. Problemes teòricament "simples"però estructuralment complexos, com el pigeonhole problem, continuen desafiant els SAT solvers d’avantguarda, revelant limitacions inherents en algoritmes centrals com CDCL. Encara que l’enfocament Pseudo-Booleà (PB) basat en CDCL estén SAT amb restriccions aritmètiques lineals 0-1, permetent una modelització més natural i oferint possibles guanys exponencials, la seva complexitat addicional introdueix colls d’ampolla computacionals en propagació, anàlisi de conflictes i optimització. Aquests desafiaments posen de relleu la necessitat d’obtenir coneixements algorísmics més profunds i tècniques innovadores per avançar en el rendiment dels solvers per a SAT i PB. Aquesta tesi aborda aquestes bretxes mitjançant l’avenç dels algoritmes centrals i les tècniques d’implementació que subjauen als solucionadors moderns de SAT i PB. La tesi està estructurada en dues parts: • Part I: SAT solving – Analitzem les limitacions de CDCL mitjançant perspectives tant teòriques com pràctiques. Les contribucions són: (i) noves perspectives obtingudes de l’anàlisi de múltiples conflictes, amb l’objectiu d’identificar oportunitats per millorar CDCL o d’entendre les raons fonamentals de fracàs d’aquesta idea particular; (ii) un estudi empíric sobre la equivalència entre els CDCL solvers i la resolució, examinant com els solvers reprodueixen proves d’insatisfactibilitat i com interactuen les heurístiques de decisió i les proves per resolució . • Part II: Pseudo-Boolean solving – Introduïm optimitzacions en la propagació unitària i en l’anàlisi de conflictes. La propagació s’accelera mitjançant una tècnica híbrida acuradament dissenyada, mentre que l’anàlisi de conflictes millorat produeix restriccions més fortes per a una poda més efectiva de la cerca. Més enllà de les millores de rendiment, aquest treball ofereix coneixements profunds sobre el raonament amb restriccions booleanes, reduint les bretxes teòriques i obrint noves vies d’investigació en SAT, PB i més enllà.(Español) El problema de satisfacibilidad Booleana (SAT) ha experimentado un progreso notable desde los primeros métodos de DPLL y resolución hasta el moderno paradigma de Aprendizaje de Cláusulas Impulsado por Conflictos (CDCL). Sin embargo, persisten desafíos significativos. Problemas teóricamente "simples"pero estructuralmente complejos, como el pigeonhole problem, continúan desafiando a los SAT solvers de vanguardia, revelando limitaciones inherentes en algoritmos centrales como CDCL. Aunque el enfoque Pseudo-Booleano (PB) basado en CDCL extiende SAT con restricciones aritméticas lineales 0-1, permitiendo un modelado más natural y ofreciendo posibles ganancias exponenciales, su complejidad adicional introduce cuellos de botella computacionales en propagación, análisis de conflictos y optimización. Estos desafíos subrayan la necesidad de obtener ideas algorítmicas más profundas y técnicas innovadoras para avanzar en el rendimiento de los solvers para SAT y PB. Esta tesis aborda estas brechas mediante el avance de los algoritmos centrales y las técnicas de implementación que subyacen a los solvers modernos para SAT y PB. La tesis está estructurada en dos partes: • Parte I: SAT solving – Analizamos las limitaciones de CDCL mediante perspectivas tanto teóricas como prácticas. Las contribuciones son: (i) nuevas perspectivas obtenidas del análisis de múltiples conflictos, dirigidas a identificar oportunidades para mejorar CDCL o a comprender las razones fundamentales del fracaso de esta idea particular; (ii) un estudio empírico sobre la equivalencia entre los solvers CDCL y la resolución, examinando cómo los solvers reproducen pruebas de insatisfacibilidad y cómo interactúan las heurísticas de decisión y las pruebas de resolución. • Parte II: Pseudo-Boolean Solving – Introducimos optimizaciones en la propagación y en el análisis de conflictos. La propagación se acelera mediante una técnica híbrida cuidadosamente diseñada, mientras que el análisis de conflictos mejorado produce restricciones más fuertes para una poda de búsqueda más efectiva. Más allá de las mejoras de rendimiento, este trabajo ofrece entendimientos profundos sobre el razonamiento con restricciones booleanas, reduciendo las brechas teóricas y abriendo nuevas vías de investigación en SAT, PB y más allá.Universitat Politècnica de Catalunya20262026-02-0520262026-03-09doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/456957https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-456957reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCinstname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Inglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:upcommons.upc.edu:2117/4569572026-05-27T15:37:01Z
score 15,812429

Similares en LA Referencia