Un langage de modélisation à base de règles pour la programmation par contraintes PDF Download
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Author: Julien Pierre Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 123
Book Description
La programmation par contraintes (PPC) est un style de programmation déclaratif qui connaît un grand succès pour la spécification et la résolution de problèmes combinatoires, y compris en milieu industriel. La PPC est fondée sur deux composantes : une composante contraintes et une composante recherche [VanHentenryck, 1999]. Les langages de modélisation se concentrent sur l'expression des contraintes du problème. Ils fournissent des constructions de haut niveau et une notation algébrique proche de la notation mathématique. Néanmoins, les constructions proposées et les concepts nécessaires peuvent être parfois nombreux et difficiles d'accès au non-programmeur. De plus, l'expression de la recherche et des heuristiques demeure une tâche de programmation spécifique difficile à appréhender pour le modélisateur, ce qui limite l'application de ces principes de programmation. Cette thèse présente un langage de modélisation général à base de règles, nommé Cream (pour Constraints with Rules to Ease Modelling), qui a été conçu pour rendre accessible aux non-programmeurs la formulation de problèmes combinatoires et l'intégration de connaissances spécifiques à un domaine d'activité dans des bibliothèques de règles. En pratique, les problèmes réels se réduisent rarement à des problèmes purs, et pour un ingénieur il est souvent plus facile de comprendre ou de décrire une structure complexe en petits fragments plutôt qu'en un tout monolithique. C'est pourquoi le langage est fondé sur la définition de règles et leur organisation en bibliothèques, ce qui permet précisément d'exprimer et de composer facilement des fragments de connaissance dans un domaine métier. Dans le même souci d'accessibilité, le langage adopte des structures de données simples basées sur les enregistrements et les listes données avec des itérateurs, intègre contraintes réifiées et globales, et n'autorise pas les définitions récursives. Nous montrons de plus que dans ce formalisme de règles, la composante recherche peut être spécifiée de façon déclarative. Plus précisément, les arbres de recherche y sont définis par des formules logiques et des critères heuristiques complexes d'ordonnancement des sous-formules peuvent y être définis de façon originale par filtrage sur les parties gauches des règles. La compilation des modèles Cream produit des programmes de contraintes sur domaines finis avec contraintes réifiées et contraintes globales. Le schéma de compilation fondamental, dit statique, est formalisé par un système de réécriture de termes qui procède par expansion des règles du modèle. Nous décrivons une sémantique déclarative pour les modèles Cream vis-à-vis de laquelle nous prouvons la correction de la transformation, et nous montrons la confluence, la terminaison et la complexité possiblement exponentielle de cette transformation. Certains problèmes sont de trop grande taille pour être complètement développés ou dépendent d'une valeur inconnue au moment de la compilation. À l'égard de tels problèmes dont les modèles ne peuvent être compilés selon le schéma statique, nous étudions un deuxième schéma par génération de code procédural qui conserve la structure de règles du modèle et produit du code légèrement moins efficace mais montré linéaire en la taille du modèle originel. Nous évaluons ensuite l'expressivité du langage et l'efficacité des programmes générés sur des problèmes de placement non seulement académiques mais aussi industriels. Les modèles évalués reposent sur une bibliothèque de modélisation des connaissances en placement appliquée à des problèmes purs et des problèmes de colisage dans l'industrie automobile.
Author: Julien Pierre Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 123
Book Description
La programmation par contraintes (PPC) est un style de programmation déclaratif qui connaît un grand succès pour la spécification et la résolution de problèmes combinatoires, y compris en milieu industriel. La PPC est fondée sur deux composantes : une composante contraintes et une composante recherche [VanHentenryck, 1999]. Les langages de modélisation se concentrent sur l'expression des contraintes du problème. Ils fournissent des constructions de haut niveau et une notation algébrique proche de la notation mathématique. Néanmoins, les constructions proposées et les concepts nécessaires peuvent être parfois nombreux et difficiles d'accès au non-programmeur. De plus, l'expression de la recherche et des heuristiques demeure une tâche de programmation spécifique difficile à appréhender pour le modélisateur, ce qui limite l'application de ces principes de programmation. Cette thèse présente un langage de modélisation général à base de règles, nommé Cream (pour Constraints with Rules to Ease Modelling), qui a été conçu pour rendre accessible aux non-programmeurs la formulation de problèmes combinatoires et l'intégration de connaissances spécifiques à un domaine d'activité dans des bibliothèques de règles. En pratique, les problèmes réels se réduisent rarement à des problèmes purs, et pour un ingénieur il est souvent plus facile de comprendre ou de décrire une structure complexe en petits fragments plutôt qu'en un tout monolithique. C'est pourquoi le langage est fondé sur la définition de règles et leur organisation en bibliothèques, ce qui permet précisément d'exprimer et de composer facilement des fragments de connaissance dans un domaine métier. Dans le même souci d'accessibilité, le langage adopte des structures de données simples basées sur les enregistrements et les listes données avec des itérateurs, intègre contraintes réifiées et globales, et n'autorise pas les définitions récursives. Nous montrons de plus que dans ce formalisme de règles, la composante recherche peut être spécifiée de façon déclarative. Plus précisément, les arbres de recherche y sont définis par des formules logiques et des critères heuristiques complexes d'ordonnancement des sous-formules peuvent y être définis de façon originale par filtrage sur les parties gauches des règles. La compilation des modèles Cream produit des programmes de contraintes sur domaines finis avec contraintes réifiées et contraintes globales. Le schéma de compilation fondamental, dit statique, est formalisé par un système de réécriture de termes qui procède par expansion des règles du modèle. Nous décrivons une sémantique déclarative pour les modèles Cream vis-à-vis de laquelle nous prouvons la correction de la transformation, et nous montrons la confluence, la terminaison et la complexité possiblement exponentielle de cette transformation. Certains problèmes sont de trop grande taille pour être complètement développés ou dépendent d'une valeur inconnue au moment de la compilation. À l'égard de tels problèmes dont les modèles ne peuvent être compilés selon le schéma statique, nous étudions un deuxième schéma par génération de code procédural qui conserve la structure de règles du modèle et produit du code légèrement moins efficace mais montré linéaire en la taille du modèle originel. Nous évaluons ensuite l'expressivité du langage et l'efficacité des programmes générés sur des problèmes de placement non seulement académiques mais aussi industriels. Les modèles évalués reposent sur une bibliothèque de modélisation des connaissances en placement appliquée à des problèmes purs et des problèmes de colisage dans l'industrie automobile.
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Cet ouvrage est un véritable guide de bonnes pratiques en Programmation par contraintes (PPC). Il développe un ensemble de démarches permettant de proposer des modèles efficaces pour des problèmes d'optimisation complexes. Les outils et les raisonnements présentés dans le livre s’adressent à un vaste public, d’ingénieurs de chercheurs et d’étudiants. Les exemples variés analysés sont essentiellement des problèmes d’optimisation de type ordonnancement / transport réalisés avec le solveur Choco. Sont présentées pour chacun une modélisation mathématique et une modélisation PPC. Les codes proposés, et disponibles en téléchargement, ont été réalisés en Java avec l'environnement NetBeans.
Author: Vincent Vigneron Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Des travaux récents ont montré l'intérêt de la programmation par contraintes pour la fouille de données. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la recherche de motifs sur séquences, et en particulier à la caractérisation, à l'aide de motifs, de classes de séquences pré-établies. Nous proposons à cet effet un langage de modélisation à base de contraintes qui suppose une représentation matricielle du jeu de séquences. Un motif s'y définit comme un ensemble de caractères (ou de patrons) et pour chacun une localisation dans différentes séquences. Diverses contraintes peuvent alors s'appliquer : validité des localisations, couverture d'une classe de séquences, ordre sur les localisations des caractères commun aux séquences, etc. Nous formulons deux problèmes de caractérisation NP-complets : la caractérisation par motif totalement ordonné (e.g. sous-séquence exclusive à une classe) ou partiellement ordonné. Nous en donnons deux modélisations CSP qui intègrent des contraintes globales pour la preuve d'exclusivité. Nous introduisons ensuite un algorithme mémétique pour l'extraction de motifs partiellement ordonnés qui s'appuie sur la résolution CSP lors des phases d'initialisation et d'intensification. Cette approche hybride se révèle plus performante que l'approche CSP pure sur des séquences biologiques. La mise en forme matricielle de jeux de séquences basée sur une localisation des caractères peut être de taille rédhibitoire. Nous proposons donc de localiser des patrons plutôt que des caractères. Nous présentons deux méthodes ad-hoc, l'une basée sur un parcours de treillis et l'autre sur la programmation dynamique.
Book Description
À destination des ingénieurs, chercheurs et étudiants formés en programmation linéaire, cet ouvrage est un guide pragmatique pour découvrir la programmation par contraintes. Au cours des chapitres, il aborde de nombreux exemples répondant à des problèmes d'optimisation de type ordonnancement/transports : Résolus avec Choco, proposés dans un code informatique en Java effectué avec NetBeams ;Résolus avec CPLEX, proposés dans un code informatique en C++ effectué avec Visual Studio. Sans aborder la partie théorique, cet ouvrage est une approche pratique pour se familiariser avec la programmation par contraintes.
Author: Nicolas Berger Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 143
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Les contraintes sont un moyen générique de représenter les règles qui gouvernent notre monde. Étant donné un ensemble de contraintes, une question centrale est de savoir s’il existe une possibilité de toutes les satisfaire simultanément. Cette problématique est au coeur de la programmation par contraintes, un paradigme puissant pour résoudre efficacement des problèmes qui apparaissent dans de nombreux domaines de l’activité humaine. Initialement dédiée, dans les années 1980, à la résolution de problèmes d’intelligence artificielle à variables entières, c’est dans les années 1990 que la programmation par contraintes a été employée à la résolution de problèmes à variables réelles. Cependant, les problèmes mixtes —utilisant à la fois variables entières et réelles— n’ont été que très peu considérés jusqu’ici par la programmation par contraintes. Dans cette thèse, nous nous plaçons du point de vue de la résolution de problèmes continus. Nous proposons et mettons en oeuvre différentes améliorations de ce cadre de résolution : Intégration de la notion de recherche rigoureuse d’optimum au cadre classique de résolution sans objectif, afin de modéliser et résoudre un problème de conception en robotique ; Collaboration de deux solveurs, l’un discret l’autre continu, plus efficace que chacun des outils pour résoudre les problèmes utilisant contraintes continues et contraintes discrètes ; Comparaison des différentes modélisations et filtrages possibles de la contrainte globale discrète alldifferent, permettant de l’utiliser dans un solveur dédié au continu ; Spécialisation des techniques de filtrage basées sur l’arithmétique des intervalles, augmentant la puissance de filtrage des contraintes arithmétiques discrètes et mixtes.
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LA PROGRAMMATION PAR CONTRAINTES D'INTERVALLES EST UNE APPROCHE PROMETTEUSE POUR LA RESOLUTION DE SYSTEMES DE CONTRAINTES REELLES NON-LINEAIRES : L'EMPLOI DE L'ARITHMETIQUE D'INTERVALLES GARANTIT LA COMPLETUDE DES RESULTATS ET L'EFFICACITE DES METHODES DE FILTRAGE PAR LE CALCUL DE CONSISTANCES PARTIELLES EST IDENTIQUE OU (TRES) SUPERIEURE A CELLE D'ALGORITHMES SPECIALISES. DANS CETTE THESE, NOUS NOUS INTERESSONS A L'EXTENSION DES CAPACITES DE LA PROGRAMMATION PAR CONTRAINTES D'INTERVALLES SUIVANT TROIS AXES : 1. ACCELERATION DU PROCESSUS DE CALCUL : LES LIBRAIRIES D'INTERVALLES UTILISEES PAR LES ALGORITHMES DE RESOLUTION DOIVENT ETRE A LA FOIS CORRECTES ET EFFICACES. NOUS DECRIVONS UNE LIBRAIRIE C++ PARAMETREE DE CALCUL SUR LES INTERVALLES BASEE SUR LA NOTION DE TRAITS ET MONTRONS QUE LA FLEXIBILITE OBTENUE PAR LA PARAMETRISATION DU TYPE DES BORNES N'INDUIT PAS DE SURCOUT A L'EXECUTION ET AUTORISE UNE PLUS GRANDE FIABILITE POUR LA PORTABILITE DE LA LIBRAIRIE. NOUS PRESENTONS AUSSI UNE EXTENSION DE LA DEFINITION DE BOX-CONSISTANCE AUTORISANT LA MISE AU POINT D'UN ALGORITHME POUR SON CALCUL DONT L'EFFICACITE EST TOUJOURS AU MOINS EGALE A CELLE DES ALGORITHMES UTILISES HABITUELLEMENT POUR CALCULER LA BOX-CONSISTANCE OU LA HULL-CONSISTANCE ; 2. EXTENSION DU DOMAINE D'APPLICATION : L'EMPLOI DES INTERVALLES GARANTIT LA COMPLETUDE DES RESULTATS MAIS PAS LEUR CORRECTION ALORS QUE CETTE PROPRIETE EST CRUCIALE POUR CERTAINES APPLICATIONS. NOUS DECRIVONS DES ALGORITHMES DE CALCUL D'APPROXIMATIONS INTERIEURES DE RELATIONS REELLES ASSURANT CETTE CORRECTION ; NOUS INTRODUISONS ENSUITE DES ALGORITHMES AUTORISANT LA RESOLUTION DE SYSTEMES AVEC DES VARIABLES QUANTIFIEES UNIVERSELLEMENT ; 3. DEFINITION D'UN ENVIRONNEMENT DE PROGRAMMATION ADAPTE : NOUS PRESENTONS UNE METHODE D'ABSTRACTION DU STORE DE CONTRAINTES PERMETTANT SA VISUALISATION A DES FINS DE DEBOGAGE/OPTIMISATION/EXPLICATION DE PROGRAMMES CONTENANT DES CONTRAINTES, PUIS DECRIVONS UN OUTIL BASE SUR CETTE TECHNIQUE.
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Le développement des langages de modélisation des programmes à contraintes a eu un grand impact dans le monde industriel. Des langages comme OPL (Optimization Programming Language) de IBM Ilog, Comet de Dynadec, Sicstus Prolog, Gecode, ainsi que d'autres, proposent des solutions robustes aux problèmes du monde réel. De plus, ces langages commencent à être utilisés dans des applications critiques comme la gestion et le contrôle du trafic aérien, le e-commerce et le développement de programmes critiques. D'autre part, il est connu que tout processus de développement logiciel effectué dans un cadre industriel inclut impérativement une phase de test, de vérification formelle et/ou de validation. Par ailleurs, les langages de programmation par contraintes (PPC) ne connaissent pas d'innovations majeures en termes de vérification et de mise au point. Ceci ouvre la voie à des recherches orientées vers les aspects génie logiciel dédiés à la PPC. Notre travail vise à poser les jalons d'une théorie du test des programmes à contraintes pour fournir des outils conceptuels et des outils pratiques d'aide à cette vérification. Notre approche repose sur des hypothèses quant au développement et au raffinement dans un langage de PPC. Il est usuel de démarrer à partir d'un modèle simple et très déclaratif, une traduction fidèle de la spécification du problème, sans accorder un intérêt à ses performances. Par la suite, ce modèle est raffiné par l'introduction de contraintes redondantes ou reformulées, l'utilisation de structures de données optimisées, de contraintes globales, de contraintes qui cassent les symétries, etc. Nous pensons que l'essentiel des fautes introduites est compris dans ce processus de raffinement. Le travail majeur présenté dans la présente thèse est la définition d'un cadre de test qui établit des règles de conformité entre le modèle initial déclaratif et le programme optimisé dédié à la résolution d'instances de grande taille. Par la suite, nous proposons un cadre conceptuel pour la mise-au-point de ce type de programmes avec une méthodologie pour la localisation et la correction automatique des fautes. Nous avons développé un environnement de test, nommé CPTEST, pour valider les solutions proposées, sur des problèmes académiques du monde de la PPC ainsi qu'un problème du monde réel qui est le problème d'ordonnancement des véhicules.
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Cette thèse présente df, un système concurrent de contraintes par traits qui combine certaines idées intéressantes provenant de diverses recherches menées récemment en programmation logique : la logique orientée-objet (représentée ici par la f-logique), les systèmes de contraintes par traits (osf et cft), la programmation concurrente par contraintes (les modèles oz et cc). Elle a pour but final de construire un système démonstratif pour le traitement concurrent du langage naturel basé sur la théorie hpsg. Le système df couple une sémantique déclarative par contraintes de la f-logique avec une sémantique opérationnelle basée sur des règles de réecriture concurrentes. Du point de vue du typage, le système df se situe entre les systèmes osf et cft. Il a sa propre spécificité due au traitement concurrent basé sur des principes orientés-objet des hiérarchies conditionnelles de descriptions par des traits plus fins.
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LA PROGRAMMATION PAR OBJETS ET LA PROGRAMMATION PAR CONTRAINTES CONNAISSENT DEPUIS QUELQUES ANNEES, UN VIF SUCCES DANS L'INFORMATIQUE. SI LES ATOUTS DU PARADIGME OBJET S'EXPRIMENT EN TERMES DE MODULARITE, DE REUTILISABILITE ET DE REPRESENTATION, LA NOTION DE CONTRAINTE APPORTE QUANT A ELLE, UNE GRANDE DECLARATIVITE DANS LE DOMAINE DE LA RESOLUTION DE PROBLEMES. ASSOCIER CES DEUX PARADIGMES SEMBLE NATUREL ET A DEJA FAIT L'OBJET DE NOMBREUSES ETUDES. CETTE ASSOCIATION PERMET D'UNE PART, D'UTILISER LA PROGRAMMATION PAR OBJET POUR REPRESENTER ET GERER DES CONTRAINTES EN BENEFICIANT AINSI POUR LES CONTRAINTES, DES QUALITES LOGICIELLES DES OBJETS, D'AUTRE PART, DE CONTRAINDRE DES OBJETS AFIN D'ETENDRE LE POUVOIR EXPRESSIF DES OBJETS. APRES UNE PRESENTATION GENERALE DES CONTRAINTES, NOTAMMENT DES CSP BASES SUR UNE ENUMERATION DES DOMAINES COUPLEE AVEC DES TECHNIQUES DE REDUCTION ET DES CONTRAINTES FONCTIONNELLES BASEES SUR UNE PROPAGATION LOCALE DE VALEURS, QUELQUES RAPPELS SUR LES OBJETS EN PROGRAMMATION ET EN REPRESENTATION DES CONNAISSANCES, CE MEMOIRE PROPOSE UNE MODELISATION EXHAUSTIVE DES DIVERSES MANIERES NATURELLES D'ASSOCIER CES DEUX PARADIGMES EN SOULIGNANT LES APPORTS SPECIFIQUES DE CHACUN. NOS CONTRIBUTIONS PORTENT SUR L'EXTENSION DE L'ALGORITHME DE PROPAGATION LOCALE (PLANIFIEE) DELTABLUE ET L'INTEGRATION DES DEUX TYPES DE CONTRAINTES (CSP ET FONCTIONNELLES). NOUS PROPOSONS EGALEMENT UNE INTERPRETATION PAR DES OPERATIONS DE REECRITURE DES CONTRAINTES SUR DES CHEMINS D'ATTRIBUTS, ET INTRODUISONS LA NOTION DE CONTRAINTE GENERIQUE, BASEE SUR UNE TRANSPOSITION AUX CONTRAINTES DES FONCTIONS GENERIQUES DE CERTAINS LANGAGES DE PROGRAMMATION PAR OBJETS COMME CLOS OU DYLAN. ENFIN, LE MODELE OBJET YACOS (YET ANOTHER CONSTRAINTS OBJECTS SYSTEM), ECRIT AU DESSUS DU SYSTEME Y3, FOURNIT QUELQUES ELEMENTS DE REPONSES POUR L'IMPLEMENTATION D'UN SYSTEME ALLIANT OBJETS ET CONTRAINTES.
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Nous proposons dans cette thèse une nouvelle approche des systèmes de programmation logique avec contraintes. Son principe est de fournir à l'utilisateur des traits de langage de haut niveau d'abstraction, afin de lui permettre d'exprimer ses problèmes de manière simple et naturelle, dans un environnement proche de son univers de discours. A partir d'éléments de base (entiers, booléens, réels, ...), il est possible de définir de nouvelles classes d'objets, de plus en plus complexes, et les relations entre ces objets. Ces classes sont regroupées en librairies dont l'utilisateur peut disposer pour modéliser son problème. Une fois définie, la modélisation abstraite d'un problème est ensuite soumise à des transformations, dont le but est de déterminer un ensemble équivalent de contraintes de base exploitables par les méthodes classiques de résolution. Cette approche a été validée par le développement d'un système travaillant sur les entiers et les booléens.
Author: Julien Pierre Martin
Author: Julien Pierre Martin
Author: Éric Bourreau
Author: Vincent Vigneron
Author: Éric Bourreau
Author: Nicolas Berger
Author: FREDERIC.. GOUALARD
Author: Nadjib Lazaar
Author: Liviu-Virgil Ciortuz
Author: Stéphane Pelenc
Author: Sylvain Laduguie