OxiDD

OxiDD 是一个高度模块化的决策图框架，使用 Rust 编写。决策图最显著的实例是由 （缩减顺序）二元决策图（BDDs） 提供，它们是布尔函数 𝔹ⁿ → 𝔹 的简洁表示。这种 BDD 表示是规范的，因此，判断布尔函数的等价性——一般是一个 co-NP 完全问题——可以在常数时间内完成。此外，许多布尔运算在两个 BDD f,g 上是可能的，在 𝒪(|f| · |g|)（其中 |f| 表示 f 中的节点数）时间内。OxiDD 致力于成为一个框架，以便以较低的努力实现高性能的实现，并针对各种其他类型的决策图。

特性

• 已实现多种（缩减顺序）决策图
  • 二元决策图（BDDs）
  • 具有补边 BDD（BCDDs）
  • 零抑制 BDD（ZBDDs，又称 ZDDs/ZSDDs）
  • 多端 BDD（MTBDDs，又称 ADDs）
  • 三元决策图（TDDs）
• 可扩展性：由于 OxiDD 的模块化设计，可以在不重新实现核心数据结构的情况下实现新的决策图类型。
• 并发性：表示 DD 的函数可以在多线程环境中安全使用。此外，应用算法可以在多个 CPU 核心上并行执行。
• 性能：与其他流行的 BDD 库（例如，BuDDy、CUDD 和 Sylvan）相比，OxiDD 已经具有竞争力，甚至优于它们。
• 支持排序：OxiDD 可以将决策图重新排序到给定的变量顺序。支持动态排序，例如通过筛选，即将推出。

入门指南

构建公式 (x₁ ∧ x₂) ∨ x₃ 的 BDD 如下所示

// Create a manager for up to 2048 nodes, up to 1024 apply cache entries, and
// use 8 threads for the apply algorithms. In practice, you would choose higher
// capacities depending on the system resources.
let manager_ref = oxidd::bdd::new_manager(2048, 1024, 8);
let (x1, x2, x3) = manager_ref.with_manager_exclusive(|manager| {(
      BDDFunction::new_var(manager).unwrap(),
      BDDFunction::new_var(manager).unwrap(),
      BDDFunction::new_var(manager).unwrap(),
)});
// The APIs are designed such that out-of-memory situations can be handled
// gracefully. This is the reason for the `?` operator.
let res = x1.and(&x2)?.or(&x3)?;
println!("{}", res.satisfiable());

（我们将在未来添加更详细的指南。）

项目结构

主代码位于crates目录中。该框架围绕在oxidd-core目录中的一系列核心特性。这些特性是允许通过依赖关系图轻松交换一个组件为另一个组件的抽象。DD节点存储的数据结构主要是由oxidd-manager-index目录定义的。还有一个oxidd-manager-pointer目录，其中包含一个替代实现（这里，边由指针而不是32位索引表示）。apply缓存的实现可以在oxidd-cache目录中找到。不同DD类型的还原规则和主算法在oxidd-rules-*目录中实现。所有组件的“连接”方式有多种。oxidd目录为最终用户提供了合理的默认实例化。还有一些其他目录，但上述目录是最重要的。

除了Rust代码外，在bindings目录中还有C/C++和Python的绑定。OxiDD有一个位于oxidd-ffi目录的外部函数接口（FFI）。它没有公开从Rust中使用的整个API，但足以创建BDD并在其上应用各种逻辑运算符。原则上，您可以使用任何可以调用C函数的语言使用FFI。然而，还有更直观的C++绑定，它建立在C FFI之上。您只需使用CMake包含此存储库。要从Python使用OxiDD，最简单的方法是使用PyPI上的软件包（即将发布）。

常见问题解答

Q: 关于X语言的绑定呢？

如上所述，OxiDD已经支持C/C++和Python。C#和Java绑定可能在今年晚些时候出现。如果您想从不同的语言使用OxiDD，请与我们联系。我们非常乐意支持您和您的用例。

Q: 动态/自动重排呢？

OxiDD已经支持重排，即在建立给定变量顺序方面。在不引入算法应用操作中的不安全代码、添加相对昂贵的同步机制或完全禁用并发的情况下实现这一点是一项更大的努力。更多详情请参阅我们的论文链接。但是，现在添加诸如sifting之类的重排启发式方法是低垂的果实。接下来，我们还将致力于动态重排（即中断操作进行重排，然后重新启动它们）和自动重排（即启发式方法，可以识别出动态重排有益的时刻）。

许可协议

OxiDD采用MIT或Apache 2.0协议，具体取决于您的意见。

除非您明确表示，否则根据Apache 2.0许可证的定义，您有意提交给本项目以包含在内的任何贡献都应如上所述双重许可，而不附加任何额外条款或条件。

出版物

介绍OxiDD的开创性论文在TACAS'24上发表。如果您使用OxiDD，请按照以下方式引用我们：

Nils Husung，Clemens Dubslaff，Holger Hermanns和Maximilian A. Köhl："OxiDD：Rust中安全、并发、模块化和高性能的决策图框架。" 在：第30届国际会议关于工具和算法的构建和分析系统（TACAS’24）的论文集（2024年接受出版）

@inproceedings{oxidd24,
  author        = {Husung, Nils and Dubslaff, Clemens and Hermanns, Holger and K{\"o}hl, Maximilian A.},
  booktitle     = {Proceedings of the 30th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems (TACAS'24)},
  title         = {{OxiDD}: A Safe, Concurrent, Modular, and Performant Decision Diagram Framework in {Rust}},
  year          = {2024},
  doi           = {10.1007/978-3-031-57256-2_13}
}

致谢

这项工作部分得到了德国研究基金会（DFG）的支持，项目为TRR 248（见https://perspicuous-computing.science，项目ID 389792660）和EXC 2050/1（CeTI，项目ID 390696704，作为德国卓越战略的一部分）。