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二进制决策图（BDD），它是布尔函数 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，两个 BDD f,g 上的许多布尔运算可以在 𝒪(|f| · |g|)（其中 |f| 表示 f 中的节点数）时间内完成。OxiDD 旨在成为框架，使各种决策图能够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）
  • 带有补边（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。
• 并发：表示 DD 的函数可以安全地用于多线程环境中。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，甚至超过了它们。
• 支持重新排序：OxiDD 可以将决策图重新排序到指定的变量顺序。支持动态重新排序，例如通过筛选，即将推出。

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。框架以一系列核心特质为中心，这些特质位于oxidd-core crate中。这些特质是抽象的，使得可以轻松地用一个组件替换另一个组件，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 crate定义的。还有一个名为oxidd-manager-pointer的crate，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 crate中找到。不同DD种类的主要算法和归约规则在oxidd-rules-* crates中实现。所有组件“连接”在一起有不同的方式。oxidd crate为最终用户提供了合理的默认实例化。还有一些其他的crate，但上述的才是最重要的。

除了Rust代码，在bindings目录中还有C/C++和Python的绑定。OxiDD有一个位于oxidd-ffi crate的外部函数接口（FFI）。它没有公开Rust中可以使用的整个API，但它足以创建BDD并对其应用各种逻辑运算符。原则上，你可以使用任何可以调用C函数的语言来使用FFI。然而，还有更方便的C++绑定，它是基于C FFI构建的。你可以使用CMake直接包含此存储库。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

Q: X语言的绑定怎么办？

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晚些时候出现。如果你想使用不同语言中的OxiDD，请与我们联系。我们真的希望支持你和你用例。

Q: 关于动态/自动重排呢？

OxiDD已经在建立给定变量顺序的意义上支持重排。在不引入算法中应用运算符的不可安全代码、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个更大的努力。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（即中断操作以进行重排，然后重新启动它们）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根据您的意愿，许可为MIT或Apache 2.0。

除非您明确声明，否则根据Apache 2.0许可证定义，您故意提交给本项目并包含在内的任何贡献，都应按上述方式双重许可，不附加任何额外的条款或条件。

出版物

介绍OxiDD的开创性论文已在TACAS'24上发表。如果你使用了OxiDD，请引用我们如下：

Nils Husung，Clemens Dubslaff，Holger Hermanns，以及Maximilian A. Köhl：《OxiDD：Rust中安全、并发、模块化和高效的决策图框架》。在：第30届国际会议关于构建和分析系统的工具和算法（TACAS’24）的会议论文集（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

本研究部分得到德国研究基金会（DFG）的支持，项目编号为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）。