[英]using floating point arithmetic with Z3 C++ APIs
我正在尝试使用Z3解决非线性实数的问题。 我需要Z3生成多个解决方案。 在问题领域,精确度不是关键问题。 我只需要小数点后的一两个小数位即可。 因此,我需要将Z3设置为不探索实数的所有搜索空间,以最大程度地减少查找多个解的时间。
我正在尝试将实数替换为浮点数。 我在c_api.c文件中阅读了fpa示例,但对我来说有点困惑。
例如,让我假设我想在以下代码中转换实数:
config cfg;
cfg.set("auto_config", true);
context con(cfg);
expr x = con.real_const("x");
expr y = con.real_const("y");
solver sol(con);
sol.add(x*y > 10);
std::cout << sol.check() << "\n";
std::cout << sol.get_model() << "\n";
}
我尝试了以下代码,但没有用
config cfg;
cfg.set("auto_config", true);
context con(cfg);
expr sign = con.bv_const("sig", 1);
expr exp = con.bv_const("exp", 10);
expr sig = con.bv_const("sig", 10);
expr x = to_expr(con, Z3_mk_fpa_fp(con, sign, exp, sig));
expr y = to_expr(con, Z3_mk_fpa_fp(con, sign, exp, sig));
solver sol(con);
sol.add(x*y > 10);
std::cout << sol.check() << "\n";
输出为:
Assertion failed: false, file c:\users\rehab\downloads\z3-master\z3-master\src\a
pi\c++\z3++.h, line 1199
我的问题是:
我不确定使用浮点数是否是解决问题的最佳方法。 但是听起来您尝试了所有其他选项,但非线性正逐渐妨碍您。 请注意,即使使用浮点数对问题进行建模,浮点算法也非常棘手,求解器可能很难找到令人满意的模型。 此外,由于数值不稳定,解决方案可能与实际结果相去甚远。
撇开所有这些,使用C api编写查询代码的正确方法是(假设我们使用32位单精度浮点数):
#include <z3.h>
int main(void) {
Z3_config cfg = Z3_mk_config();
Z3_context ctx = Z3_mk_context(cfg);
Z3_solver s = Z3_mk_solver(ctx);
Z3_solver_inc_ref(ctx, s);
Z3_del_config(cfg);
Z3_sort float_sort = Z3_mk_fpa_sort(ctx, 8, 24);
Z3_symbol s_x = Z3_mk_string_symbol(ctx, "x");
Z3_symbol s_y = Z3_mk_string_symbol(ctx, "y");
Z3_ast x = Z3_mk_const(ctx, s_x, float_sort);
Z3_ast y = Z3_mk_const(ctx, s_y, float_sort);
Z3_symbol s_x_times_y = Z3_mk_string_symbol(ctx, "x_times_y");
Z3_ast x_times_y = Z3_mk_const(ctx, s_x_times_y, float_sort);
Z3_ast c1 = Z3_mk_eq(ctx, x_times_y, Z3_mk_fpa_mul(ctx, Z3_mk_fpa_rne(ctx), x, y));
Z3_ast c2 = Z3_mk_fpa_gt(ctx, x_times_y, Z3_mk_fpa_numeral_float(ctx, 10, float_sort));
Z3_solver_assert(ctx, s, c1);
Z3_solver_assert(ctx, s, c2);
Z3_lbool result = Z3_solver_check(ctx, s);
switch(result) {
case Z3_L_FALSE: printf("unsat\n");
break;
case Z3_L_UNDEF: printf("undef\n");
break;
case Z3_L_TRUE: { Z3_model m = Z3_solver_get_model(ctx, s);
if(m) Z3_model_inc_ref(ctx, m);
printf("sat\n%s\n", Z3_model_to_string(ctx, m));
break;
}
}
return 0;
}
运行时,将打印:
sat
x_times_y -> (fp #b0 #xbe #b10110110110101010000010)
y -> (fp #b0 #xb5 #b00000000000000000000000)
x -> (fp #b0 #x88 #b10110110110101010000010)
这些是单精度浮点数; 例如,您可以在Wikipedia中阅读有关它们的信息。 用更常规的表示法是:
x_times_y -> 1.5810592e19
y -> 1.8014399e16
x -> 877.6642
使用起来很棘手,但是您要问什么。
我衷心推荐使用Python API,至少在投资如此复杂的C代码之前,先了解求解器的功能。 这是在Python中的外观:
from z3 import *
x = FP('x', FPSort(8, 24))
y = FP('y', FPSort(8, 24))
s = Solver()
s.add(x*y > 10);
s.check()
print s.model()
运行时,将打印:
[y = 1.32167303562164306640625,
x = 1.513233661651611328125*(2**121)]
也许不是您期望的那样,但这确实是一个有效的模型。
只是为了让您感到简单,这是使用Haskell绑定可以表达相同问题的方式(这仅仅是一个衬纸!)
Prelude Data.SBV> sat $ \x y -> fpIsPoint x &&& fpIsPoint y &&& x * y .> (10::SFloat)
Satisfiable. Model:
s0 = 5.1129496e28 :: Float
s1 = 6.6554557e9 :: Float
请注意,浮点还存在有关NaN
/ Infinity
值的问题,因此您可能必须明确避免使用这些问题。 (这是Haskell表达式通过使用isFPPoint
谓词完成的操作。用Python或C进行编码需要更多代码,但肯定是可行的。)
应该强调的是,实际上,与Z3的任何其他绑定(Python,Haskell,Scala,您拥有什么)都会比C / C ++ / Java提供更好的体验。 (即使在SMTLib中直接编码也会更好。)
因此,我衷心推荐使用一些更高级别的接口(Python是一个很好的接口:它很容易学习),一旦您对模型及其工作方式充满信心,则可以在必要时使用C语言对其进行编码。
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