OxiDD

OxiDD是一个高度模块化的决策图框架，使用Rust编写。最突出的决策图实例是由（简化有序）二进制决策图（BDDs）提供的，它们是布尔函数 𝔹ⁿ → 𝔹的简洁表示。这种BDD表示是规范化的，因此，判断布尔函数的等价性——在一般情况下是一个co-NP完全问题——可以在常数时间内完成。此外，两个BDD f,g 上的许多布尔运算都可以在 𝒪(|f| · |g|) （其中 |f| 表示 f 中的节点数）时间内完成。OxiDD旨在成为各种决策图的框架，该框架可以以低努力实现高性能。

功能

• 已实现多种（简化有序）决策图
  • 二进制决策图（BDDs）
  • 具有补边（BCDDs）的BDDs
  • 零抑制BDDs（ZBDDs，也称为ZDDs/ZSDDs）
  • 多终端BDDs（MTBDDs，也称为ADDs）
  • 三值决策图（TDDs）
• 可扩展性：由于OxiDD的模块化设计，可以不重新实现核心数据结构来实现新的决策图。
• 并发：表示为DD的函数可以在多线程环境中安全使用。此外，应用算法可以并行地在多个CPU核心上执行。
• 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，甚至表现更好。
• 支持重排：OxiDD可以将决策图重排到给定的变量顺序。支持动态重排（例如，通过筛选）即将到来。

入门指南

构建公式(x₁ ∧ x₂) ∨ x₃的BDD的步骤如下

// 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

主要代码位于 crates 目录中。该框架围绕一组核心特质构建，这些特质位于 oxidd-core 包中。这些特质提供了抽象，使得可以轻松地用另一个组件替换一个组件，如下面的依赖图所示。存储 DD 节点的数据结构主要由 oxidd-manager-index 包定义。还有一个 oxidd-manager-pointer 包，它包含了一种替代实现（在这里，边用指针而不是 32 位索引表示）。apply 缓存的实现可以在 oxidd-cache 包中找到。各种 DD 类型的减少规则和主要算法在 oxidd-rules-* 包中实现。组件可以以不同的方式“连接”在一起。oxidd 包为最终用户提供了合理的默认实例化。还有一些其他的包，但上述的包是最重要的。

除了 Rust 代码外，在 bindings 目录中还有 C/C++ 和 Python 的绑定。OxiDD 在 oxidd-ffi 包中有一个外部函数接口 (FFI)。它不公开整个可以从 Rust 中使用的 API，但它足以创建 BDD 并对它们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。但是，还有更易于使用的 C++ 绑定，它建立在 C FFI 之上。您只需使用 CMake 包含此存储库即可。要从 Python 使用 OxiDD，最简单的方法是使用 PyPI 上的包（即将发布）。

常见问题解答 (FAQ)

Q: 关于 X 语言是否有绑定？

如上所述，OxiDD 已经支持 C/C++ 和 Python。C# 和 Java 绑定可能会在今年的稍后时间推出。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: 关于动态/自动重排序呢？

OxiDD 已经支持在建立给定变量顺序意义上的重排序。在不引入算法应用操作中不安全的代码、添加相当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。更多细节可以在 我们的论文 中找到。但是，现在添加如 sifting 之类的重排序启发式方法是一个低垂的果实。接下来，我们还将致力于动态重排序（即中断操作以进行重排序并在之后重新启动）和自动重排序（即识别动态重排序有益的时间点的启发式方法）。

许可

OxiDD 可以根据您的意见选择使用 MIT 或 Apache 2.0 许可。

除非您明确声明，否则您根据 Apache 2.0 许可定义的任何有意提交以包含在此项目中的贡献，均应按上述方式双重许可，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：一个在 Rust 中安全、并发、模块化和高效的决策图框架。 在：第 30 届国际工具和算法构建与系统分析会议（TACAS’24）的论文集（已接受出版 2024）

@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

本工作部分得到德国研究基金会（DFG）的资助，资助项目为TRR 248（参见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）。