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可满足公式

Satisfiable formula

存在至少一个真值赋值使其为真的命题公式。

条目类型
定义

形式陈述

命题逻辑中,公式 φ 称为可满足,若存在赋值 v 使 v(φ)=;否则称不可满足。公式集 Γ 可满足,若存在同一个赋值同时使每个 γΓ 为真。于是

φ 可满足¬φ 非永真,φ 不可满足¬φ 永真.

对有限 Γ={γ1,,γm},共同可满足等价于合取 iγi 可满足。

直觉

公式可满足,只要求找到一个允许的结构或赋值,让全部约束同时成立;永真则要求所有结构或赋值都成功。可满足性是存在性概念,因此一个失败赋值不能否定它,必须证明每个候选都会违反至少一项约束;不可满足性也等价于公式的否定永真。公式集可满足时,还必须由同一个模型同时满足全部成员。

例子与边界

(pq)(¬pq) 可由 q= 满足。p¬p 不可满足。每个公式单独可满足不意味着整个集合共同可满足,例如 {p,¬p}。空公式集由任意赋值满足。SAT 的证据是一个赋值,可在线性于公式大小的时间检查,但寻找证据在一般情形可能困难。

PQ 可满足,因为赋值 P=Q=true 可行;P¬P 不可满足。PQ 可满足但不是永真。对一阶公式 x2+1=0,在实数结构中不可满足,在复数结构中可满足,说明必须明确结构类别。

推论与应用

真值表决定有限命题公式的可满足性,SAT 问题由此成为复杂度理论核心,并把规划、排程、验证和组合搜索编码为布尔约束。求解器返回模型或不可满足证明,语义蕴涵也可化为不可满足性检查。紧致性定理进一步把公式集的有限可满足性提升为全局可满足性;模型构造和自动求解器都围绕寻找见证展开。

在程序验证中,有界模型检查让一个满足赋值编码长度至多 k 的反例,PDR/IC3则反复调用 SAT 学习可归纳子句;SMT 软件验证还允许数组、算术等背景理论。一次 SAT/SMT 查询只寻找一个模型或证明一个编码不可满足;要断言所有执行满足规格,还必须证明编码覆盖相应路径,或得到对转移封闭的不变式。

参考资料
  • Daniel J. Velleman, How to Prove It: A Structured Approach, 3rd ed., Cambridge University Press, 2019,§§1.1–1.2, sentential semantics and truth tables。
  • Herbert B. Enderton, A Mathematical Introduction to Logic, 2nd ed., Academic Press, 2001,§1.2, satisfaction by truth assignments。
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