1. A Global Constraint for the Exact Cover Problem: Application to Conceptual Clustering
- Author
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Christine Solnon, Maxime Chabert, Geometry Processing and Constrained Optimization (M2DisCo), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2), Robots coopératifs et adaptés à la présence humaine en environnements dynamiques (CHROMA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CITI Centre of Innovation in Telecommunications and Integration of services (CITI), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), CITI Centre of Innovation in Telecommunications and Integration of services (CITI), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Constraint (information theory) ,Mathematical optimization ,Artificial Intelligence ,Computer science ,[INFO.INFO-DS]Computer Science [cs]/Data Structures and Algorithms [cs.DS] ,0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering ,Conceptual clustering ,020201 artificial intelligence & image processing ,02 engineering and technology ,Exact cover ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,[INFO.INFO-AI]Computer Science [cs]/Artificial Intelligence [cs.AI] - Abstract
We introduce the exactCover global constraint dedicated to the exact cover problem, the goal of which is to select subsets such that each element of a given set belongs to exactly one selected subset. This NP-complete problem occurs in many applications, and we more particularly focus on a conceptual clustering application. We introduce three propagation algorithms for exactCover, called Basic, DL, and DL+: Basic ensures the same level of consistency as arc consistency on a classical decomposition of exactCover into binary constraints, without using any specific data structure; DL ensures the same level of consistency as Basic but uses Dancing Links to efficiently maintain the relation between elements and subsets; and DL+ is a stronger propagator which exploits an extra property to filter more values than DL. We also consider the case where the number of selected subsets is constrained to be equal to a given integer variable k, and we show that this may be achieved either by combining exactCover with existing constraints, or by designing a specific propagator that integrates algorithms designed for the NValues constraint. These different propagators are experimentally evaluated on conceptual clustering problems, and they are compared with state-of-the-art declarative approaches. In particular, we show that our global constraint is competitive with recent ILP and CP models for mono-criterion problems, and it has better scale-up properties for multi-criteria problems.
- Published
- 2020
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