自然約束語(yǔ)言

前言

　　設(shè)計(jì)一門(mén)接近人類(lèi)的基礎(chǔ)推理、以常規(guī)數(shù)理邏輯為語(yǔ)法的問(wèn)題求解語(yǔ)言是可行的，這一目標(biāo)可以通過(guò)結(jié)合人丁智能（Artificial Intel gence）、運(yùn)籌學(xué)（OperationsResearCh）和邏輯規(guī)劃（Logic Programming）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本書(shū)為讀者介紹自然約束語(yǔ)言（Natural Constraint Language，NCL）及其軟件平臺(tái)POEM （programming in Operationand Expressive Models）。NCL使問(wèn)題建模及求解近乎自然，提供給用戶(hù)一門(mén)學(xué)習(xí)快捷、使用簡(jiǎn)便、以自然簡(jiǎn)潔的方法求解組合問(wèn)題的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言?！　∽髡咴?995年博士學(xué)習(xí)階段開(kāi)始構(gòu)思研發(fā)NCL，設(shè)計(jì)思想相當(dāng)簡(jiǎn)單，使用TEX作為元語(yǔ)言來(lái)描述組合問(wèn)題并用NCL解算器進(jìn)行問(wèn)題求解。簡(jiǎn)而言之，NCL是一門(mén)支持智能語(yǔ)法（上下文相關(guān)語(yǔ)法）的、求解約束滿(mǎn)足問(wèn)題的描述型語(yǔ)言，支持隱式類(lèi)型的聲明、進(jìn)行全局的語(yǔ)義分析、基于上下文的推理及求解。NCL將數(shù)值約束、簡(jiǎn)化的一階邏輯及集合推理集成在一個(gè)語(yǔ)言環(huán)境之下，形成一個(gè)在混合域（實(shí)數(shù)、整數(shù)、布爾值、索引及集合）上針對(duì)約束滿(mǎn)足問(wèn)題的聯(lián)合求解系統(tǒng)。因此，NCL具有獨(dú)特的編程風(fēng)格：①自然建模；②混合集合規(guī)劃?！　CL的語(yǔ)言原型于1997年12月提交給第三屆國(guó)際系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)工程會(huì)議（Zhou，1998），并于1998年3月正式提交給邏輯規(guī)劃協(xié)會(huì)的官方雜志廠The journal ofLogic programming （Zhou，2000）。　　迄今為止，本書(shū)介紹的：NCL距NCL的原型已十年有余。NCL從最初幾萬(wàn)行的C++代碼發(fā)展到現(xiàn)今的30余萬(wàn)行，技術(shù)趨于成熟。產(chǎn)品POEM的總體代碼量也已突破70萬(wàn)行的C++代碼，成為一個(gè)大型的、支持工程化開(kāi)發(fā)優(yōu)化方案的基礎(chǔ)型軟件。NCL朝著“將數(shù)理邏輯產(chǎn)業(yè)化”的目標(biāo)前進(jìn)了一步。

內(nèi)容概要

本書(shū)介紹自然約束語(yǔ)言NCL及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)POEM。全書(shū)共6章，其中第1章簡(jiǎn)要介紹NCL語(yǔ)言與求解系統(tǒng)；第2章和第3章介紹NCL語(yǔ)言的基本體系和原理方法，內(nèi)容包括NCL的詞法、語(yǔ)法及語(yǔ)義等；第4章介紹NCL語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)平臺(tái)POEM的使用方法；第5章介紹如何用NCL語(yǔ)言進(jìn)行建模及求解；第6章介紹NCL語(yǔ)言在工業(yè)優(yōu)化中的部分應(yīng)用。    本書(shū)可作為高等院校及科研院所研究運(yùn)籌學(xué)、物流優(yōu)化、人工智能和軟件方向的教師和研究生的科研參考書(shū)。針對(duì)如何用NCL語(yǔ)言及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)POEM求解運(yùn)籌學(xué)組合優(yōu)化問(wèn)題，本書(shū)可作為企事業(yè)單位中從事生產(chǎn)制造、物流信息化、人力資源優(yōu)化等工作的IT人員研究計(jì)劃、排程與優(yōu)化的指導(dǎo)書(shū)，也可以作為POEM軟件平臺(tái)配套的參考手冊(cè)。

書(shū)籍目錄

前言第1章  NCL與求解系統(tǒng)  1.1  求解系統(tǒng)    解算器（SOLVER）    語(yǔ)法分析器（PARSER）    規(guī)則（RULES）  1.2  NCL語(yǔ)言簡(jiǎn)介    自然建模（NATURAL MODELING）    混合集合規(guī)劃（MIXED SET PROGRAMMING）    求解規(guī)則（SEARCH RULES）    NCL是聯(lián)合求解系統(tǒng)  1.3  基于NCL的POEM平臺(tái)第2章  NCL的詞法  2.1  常規(guī)詞法    字符    標(biāo)識(shí)符    特殊標(biāo)識(shí)符    常量    未確定值    注釋    2.2數(shù)學(xué)編碼    數(shù)學(xué)符號(hào)一覽表    函數(shù)一覽表    TEX聚合符  2.3  數(shù)據(jù)類(lèi)型    廣義數(shù)據(jù)類(lèi)型    邏輯推理的數(shù)據(jù)精度    集合類(lèi)型    日期/時(shí)間類(lèi)型    缺省值    數(shù)據(jù)示例第3章  NCL的語(yǔ)法及語(yǔ)義  3.1 NCL的常規(guī)邏輯    語(yǔ)句（STATEMENT）    量詞（QUANTIFICATION）    索引（INDEX）    條件句（CONDITIONAL）    約束（CONSTRAINT）    表達(dá)式（EXPRESSION）    浮點(diǎn)數(shù)表達(dá)式（FLOAT EXPRESSION）    整數(shù)表達(dá)式（INTEGER EXPRESSION）    字符串（STRING）    邏輯指針（REFERENCE）    集合表達(dá)式（SET EXPRESSION）    布爾表達(dá)式（BOOLEAN EXPRESSION）    聚合式（AGGREGATION）    常量（CONSTANT）    輸入/輸出的格式（INPUTAND OUTPUT FORMAT）    日期/時(shí)間格式（DATE/TIME FORMAT）    日期/時(shí)間的屬性函數(shù)（DATE/TIME ATTRIBUTE）    變量（VARIABLE）    匿名變量（ANONYMOUS VARIABLE）    連綴（CONCATENATION）    個(gè)性化消（CUSTOM MESSAGE）    軟約束（SOFT CONSTRAINT）    數(shù)據(jù)源（DATA POOL）    輸入/輸出的指定（I/O SPECIFICATION）    輸出（PRINT）    宏調(diào)用（INCLUDE）3.2 NCL的時(shí)態(tài)邏輯    系統(tǒng)變量（SYSTEM VARIABLE）    抽取（EXTRACTION）    賦值（ASSIGNMENT）    跳轉(zhuǎn)（GOTO）    子模型（SUB MODEL）    SQL語(yǔ)言接口    操作系統(tǒng)的OS命令（OS COMMAND）    期待約束（EXPECTATION CONSTRAINT）3.3  NCL的求解邏輯    切削與搜索（CUTAND SEARCH）    查詢(xún)與搜索（QUERYAND SEARCH）    枚舉方式（ENUMERATION MODE）    查詢(xún)準(zhǔn)則（QUERY CRITERIA）    優(yōu)化目標(biāo)（OPTIMIZATION OBJECTIVE）    求解過(guò)程的示范    對(duì)求解的系統(tǒng)控制  3.4  消息與跟蹤管理    NCL消息（NCL MESSAGE）    終止?fàn)顟B(tài)（TERMINATION STATUS）    可編程的暫停（PROGRAMMED BREAK）    可編程的調(diào)試（PROGRAMMED DEBUGGING）    消息處理器（MESSAGE HANDLER）  3.5  NCL的語(yǔ)法范例    布爾邏輯（BOOLEAN LOGIC）    無(wú)窮大（INFINITY）    數(shù)值約束（NUMERIC CONSTRAINTS）    集合推理（SET REASONING）    量詞（QUANTIFICATION）    混合集合規(guī)劃示例（MIXED SET PROGRAM）    分支（SWITCH）    規(guī)則（RULE）    優(yōu)化目標(biāo)（OPTIMIZATION OBJECTIVE）    輸入，輸出機(jī)制（I/O FACILITIES）    查詢(xún)及搜索（QUERY AND SEARCH）    跳轉(zhuǎn)（GOTO）    聚合（AGGREGATION）    用作下標(biāo)的指針（REFERENCE SUBSCRIPTS）    被引用的運(yùn)算式（REFERENCED OPERATORS）    連綴（CONCATENATION）    日期/時(shí)間的管理（DATE/TIME MANAGEMENT）    抽取及時(shí)態(tài)邏輯（EXTRACTION AND TEMPORALLOGIC）    賦值（ASSIGNMENT）    子字符串及集合的元素（SUBSTRING AND ELEMENTS FROM SET）    獲取集合的分段區(qū)間（OBTAINING PIECEWISE INTERVALS FROMA SET）    個(gè)性化消息（CUSTOM MESSAGE）    內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)源（BUFFER POOL）    存儲(chǔ)于文件的子模型（SUB MODEL IN A FILE）    存儲(chǔ)于內(nèi)存緩沖區(qū)的子模型（SUB MODEL IN A BUFFER PooL）    子模型的返回值（RETURN VALUES oFA SUB MODEL）    嵌套調(diào)用（NESTED CALL）    子模型調(diào)用溢出（OvERFLoW INA SUB MODEL CALL）    數(shù)據(jù)庫(kù)連接及SQL查詢(xún)（DATABASECONNECTIONAND SQL QLTERY）    操作系統(tǒng)OS命令（OS COMMAND）    匿名變量及缺省值（ANONYMOUS VARlABLES AND DEFAULT VALUES）    系統(tǒng)變量（SYSTEM VARIABLE）    軟約束（SOFIT CONSTRAINT）    用期待約束進(jìn)行程序調(diào)試（PROGRAMMED DEBLIGGING WITH EXPEC TATION CONSTRAINTT第4章  NCL語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)平臺(tái)POEM@  4.1  POEM的主界面    工具欄（TooL BAR）    TEX符號(hào)欄    工作區(qū)（WORKSPACE）    編輯窗（EDIT WINDOW）    跟蹤窗（TRACE WINDOW）  4.2  項(xiàng)目配置    NCL的數(shù)據(jù)源    NCL的參數(shù)配置    項(xiàng)目配置窗  4.3  模型夾及模型庫(kù)    模型夾（MODEL FoLDER）    NCL模型庫(kù)（MODELLIBRARY）  4.4  信息表    現(xiàn)行模型表（RUNNING MODELS）    常量表（CONSTANTS）    變量表（VARIABLES）    約束表（CONSTRAINTS）  4.5  視圖及調(diào)試    快捷查視（QUICK WATCH）    瀏覽器（BROWSER）    約束調(diào)試器（CONSTRAINT DEBtIGGER）    可視化調(diào)試器（VISUAL DEBUGGER）    結(jié)果可視化窗（SoLUTION VIEWER）  4.6  跟蹤窗與工作模式    調(diào)試模式（DEBUG MODE）    計(jì)時(shí)模式（TIMER MODE）    跟蹤級(jí)別（TRACE LEVEL）    診斷信息的選項(xiàng)窗    統(tǒng)計(jì)信息的選項(xiàng)窗    推薦的模型診斷模式    推薦的正常工作模式  4.7  在線(xiàn)幫助第5章  建模及求解  5.1  工程化建模    建模步驟    變量的命名公約    主動(dòng)式模型改進(jìn)    被動(dòng)式模型改進(jìn)  5.2  NCL的模型抽象    兩兩不等的整數(shù)（DISTINCT INTEGERS）    兩兩不交的集合（DISJOINT SETS）    排序（SORTING）    集合的覆蓋與劃分（SET COVERING AND PARTITIONING）    拼排（PACKING）    有限能力（FINITE CAPACITY）    求和（SUM）    二維累積（CUMULATION）  5.3  智力游戲（PIJZZlLES）    字謎（SEND MORE MONEY）    素?cái)?shù)問(wèn)題（PRIMES）    整數(shù)排序（INTEGER SORTING）    皇后問(wèn)題（QUEENS）    神奇的方塊（MAGIC SQUARE）    數(shù)獨(dú)（SUDOKU）    神奇的序列（MAGIC SEQUENCE）    愛(ài)因斯坦的游戲題（EINSTEIN'S QUIz）    數(shù)謎（CALCULS D'ENFER）    方塊拼排（SQUIARE PACKING）    騎士問(wèn)題（KNIGHT）  5.4  求解復(fù)雜問(wèn)題    集合劃分（SET PARTITIONING）    高爾夫球?qū)官悾℅OLF TOURNAMENT）    賽舟會(huì)（PROGRESSIVE PARTY）    貨船裝載（SHIP LOADING）    車(chē)間排序（JoB-SHOP SCHEDULING）    最小化熱能轉(zhuǎn)換器的能耗（MINIMIZINGTHECOST OFA HEATEXCHANGER）    帶時(shí)間窗的取貨與送貨（PICKUP AND DEIJIVERY WITH TIME WINDOWS）    練習(xí)題  5.5  松弛邏輯與二次優(yōu)化    交互邏輯（INTERACTION LOGIC）    迭代優(yōu)化（ITERATIVE OPTIMIZATION）    旅行商問(wèn)題的迭代優(yōu)化方法（ITERATIVE OPTIMIZATION FOR TSP）    TSP的練習(xí)題第6章  NCL的工業(yè)應(yīng)用  6.1  生產(chǎn)排程    問(wèn)題定義    數(shù)據(jù)邏輯    簡(jiǎn)化的優(yōu)化模型    時(shí)間的可視化工具：甘特圖（GANTT CHART）    練習(xí)題  6.2  人員排班計(jì)劃    問(wèn)題定義    數(shù)據(jù)邏輯    簡(jiǎn)化的優(yōu)化模型    統(tǒng)計(jì)信息的可視化工具：直方圖（HISTOGRAM）    練習(xí)題  6.3  多式聯(lián)運(yùn)優(yōu)化    問(wèn)題定義    數(shù)據(jù)邏輯    簡(jiǎn)化的優(yōu)化模型    地理信息的可視化工具：地圖（MAP）    練習(xí)題參考文獻(xiàn)附錄1  NCL語(yǔ)法的TEX編碼附錄2  ComPoem ACtiveX組件英文索引中文索引

章節(jié)摘錄

　　第1章 NCL與求解系統(tǒng)　　1.1 求解系統(tǒng)　　約束滿(mǎn)足問(wèn)題（constraint satisfaction Problem）在日常生活與工作中無(wú)處不在，很多都屬于NP困難（NP-hard）型。復(fù)雜性理論（complexity Theory）表明，除非P類(lèi)問(wèn)題等于NP類(lèi)問(wèn)題，一個(gè)問(wèn)題如果是NP完備型（或NP困難型）則意味著不存在求解此問(wèn)題的多項(xiàng)式時(shí)間的算法（Lenstra and Kan，1979）?！　”緯?shū)著重討論針對(duì)約束滿(mǎn)足問(wèn)題的求解系統(tǒng)的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：語(yǔ)法分析器（Parser）、解算器（S01ver）、規(guī)則（Rules）。之所以論述這三項(xiàng)技術(shù)，是因?yàn)樗鼈兎謩e涉及數(shù)學(xué)建模、解算及對(duì)求解的規(guī)范。以下先介紹求解系統(tǒng)最核心的解算器，再論述語(yǔ)法分析器及規(guī)則。　　解算器（SoLvER）　　解算器是求解系統(tǒng)的核心，一方面它是一個(gè)算法引擎，另一方面它是一個(gè)推理系統(tǒng)。本書(shū)著重介紹邏輯化、工業(yè)化的求解系統(tǒng)。　　運(yùn)籌學(xué)與線(xiàn)性規(guī)劃　　運(yùn)籌學(xué)是系統(tǒng)研究經(jīng)濟(jì)、軍事等活動(dòng)中有關(guān)決策、管理的問(wèn)題的一門(mén)科學(xué)。提到運(yùn)籌學(xué)，就不免提到線(xiàn)性規(guī)劃（Linear Programming）一一求解以線(xiàn)性函數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)的線(xiàn)性約束系統(tǒng)的技術(shù)。　　……

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