OxiDD

OxiDD 是一个高度模块化的决策图框架，用 Rust 编写。决策图最显著的例子是提供由 （简化顺序的）二元决策图（BDDs），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，判断布尔函数的相等性——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，许多布尔运算在两个 BDD f,g 之间是可能的，在 𝒪(|f| · |g|)（其中 |f| 表示 f 中的节点数）时间内。OxiDD 旨在为各种决策图提供框架，以实现低努力下的高性能实现。

特性

• 已实现多种（简化顺序的）决策图
  • 二元决策图（BDDs）
  • 带有补边（BCDDs）的 BDDs
  • 零抑制 BDDs（ZBDDs，即 ZDDs/ZSDDs）
  • 多输出 BDDs（MTBDDs，即 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：由 DD 表示的函数可以在多线程环境中安全使用。此外，可应用算法可以并行地在多个 CPU 核心上执行。
• 性能：与 BuDDy、CUDD 和 Sylvan 等其他流行的 BDD 库相比，OxiDD 已经具有竞争力，甚至表现更好。
• 支持排序：OxiDD 可以将决策图排序到给定的变量顺序。支持动态排序，例如通过筛选，即将到来。

入门

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

主要代码位于crates目录中。该框架围绕一系列核心特性构建，这些特性位于oxidd-core库中。这些特性是抽象，使得可以轻松地用另一个组件替换一个组件，如下面的依赖关系图所示。DD节点存储的数据结构主要是由oxidd-manager-index库定义的。还有一个oxidd-manager-pointer库，其中包含一个替代实现（在这里，边由指针而不是32位索引表示）。apply缓存的实现可以在oxidd-cache库中找到。不同类型的DD的主要算法和化简规则是在oxidd-rules-*库中实现的。所有组件可以以不同的方式“连接”在一起。oxidd库为最终用户提供了合理的默认实例化。还有一些其他库，但上述的是最重要的。

除了Rust代码外，在bindings目录中也有C/C++和Python的绑定。OxiDD有一个位于oxidd-ffi库的外部函数接口（FFI）。它不公开可以从Rust使用的整个API，但它足以创建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，还有更易于使用的基于C FFI的C++绑定。您只需使用CMake包含此存储库。要使用Python中的OxiDD，最简单的方法是使用即将发布的PyPI上的软件包。

常见问题解答

问：有没有语言X的绑定？

如上所述，OxiDD已经支持C/C++和Python。C#和Java绑定可能会在今年稍后推出。如果您想使用其他语言的OxiDD，请与我们联系。我们非常希望支持您和您的用例。

问：关于动态/自动重排怎么办？

OxiDD已经支持在建立给定变量顺序意义上的重排。在不引入不安全代码到应用运算符的算法中、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个较大的努力。关于这一点更详细的描述可以在我们的论文中找到。但是，现在添加诸如sifting之类的重排启发式方法是轻而易举的。接下来，我们还将致力于动态重排（即中断操作以进行重排，然后重新开始）和自动重排（即识别动态重排有益的时间点的启发式方法）。

许可

OxiDD根据您的意见，受MIT或Apache 2.0许可。

除非您明确声明，否则您提交给本项目并由您有意包含的任何贡献，根据Apache 2.0许可定义，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seminal paper已在TACAS'24上发表。如果您使用OxiDD，请引用我们如下

Nils Husung, Clemens Dubslaff, Holger Hermanns, and Maximilian A. Köhl: OxiDD: A safe, concurrent, modular, and performant decision diagram framework in Rust. In: Proceedings of the 30th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems (TACAS’24) (accepted for publication 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

这项工作部分得到德国研究基金会（DFG）的支持，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）。