Algorithmes paramétrés pour des problèmes de satisfaction de contraintes presque traitables

Harnessing tractability in constraint satisfaction problems

• Auteur / Autrice : Clément Carbonnel
• Direction : Martin C. Cooper, Emmanuel Hebrard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Intelligence Artificielle
• Date : Soutenance le 07/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Nadia Creignou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martin C. Cooper, Emmanuel Hebrard, Stanislav Zivny, Stefan Szeider, Philippe Jégou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stanislav Zivny, Stefan Szeider

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation par contraintes

Contraintes (intelligence artificielle)

Mots clés libres

Problème de satisfaction de Contraintes

Classe traitable

Polymorphisme

Backdoor

Complexité paramétrée

Kernelisation

Constraint satisfaction Problem

Tractable class

Polymorphism

Backdoor

Parameterized complexity

Kernelization

Résumé

Le problème de satisfaction de contraintes (CSP) est un problème NP-complet classique en intelligence artificielle qui a suscité un engouement important de la communauté scientifique grâce à la richesse de ses aspects pratiques et théoriques. Cependant, au fil des années un gouffre s'est creusé entre les praticiens, qui développent des méthodes exponentielles mais efficaces pour résoudre des instances industrielles, et les théoriciens qui conçoivent des algorithmes sophistiqués pour résoudre en temps polynomial certaines restrictions de CSP dont l'intérêt pratique n'est pas avéré. Dans cette thèse nous tentons de réconcilier les deux communautés en fournissant des méthodes polynomiales pour tester automatiquement l'appartenance d'une instance de CSP à une sélection de classes traitables majeures. Anticipant la possibilité que les instances réelles ne tombent que rarement dans ces classes traitables, nous analysons également de manière systématique la possibilité de décomposer efficacement une instance en sous-problèmes traitables en utilisant des méthodes de complexité paramétrée. Finalement, nous introduisons un cadre général pour exploiter dans les CSP les idées développées pour la kernelization, un concept fondamental de complexité paramétrée jusqu'ici peu utilisé en pratique. Ce dernier point est appuyé par des expérimentations prometteuses.

The Constraint Satisfaction Problem (CSP) is a fundamental NP-complete problem with many applications in artificial intelligence. This problem has enjoyed considerable scientific attention in the past decades due to its practical usefulness and the deep theoretical questions it relates to. However, there is a wide gap between practitioners, who develop solving techniques that are efficient for industrial instances but exponential in the worst case, and theorists who design sophisticated polynomial-time algorithms for restrictions of CSP defined by certain algebraic properties. In this thesis we attempt to bridge this gap by providing polynomial-time algorithms to test for membership in a selection of major tractable classes. Even if the instance does not belong to one of these classes, we investigate the possibility of decomposing efficiently a CSP instance into tractable subproblems through the lens of parameterized complexity. Finally, we propose a general framework to adapt the concept of kernelization, central to parameterized complexity but hitherto rarely used in practice, to the context of constraint reasoning. Preliminary experiments on this last contribution show promising results.