Rust SAT求解器库：varisat-dimacs 使用指南

概述

varisat-dimacs 是一个基于 Rust 的 SAT 求解器库，专门用于解析和求解 DIMACS 格式的 CNF（合取范式）公式。该库提供了高效的解析器和求解器实现，适用于需要布尔可满足性求解的应用场景。

核心功能

• DIMACS CNF 格式解析
• 高效的 SAT 求解算法
• 可配置的求解选项
• 结果验证与模型输出

安装方法

在 Cargo.toml 中添加依赖：

[dependencies]
varisat-dimacs = "0.3"

基本用法

1. 解析 DIMACS CNF 文件

use varisat_dimacs::DimacsParser;
use std::fs::File;
use std::io::BufReader;

fn parse_cnf_file() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let file = File::open("example.cnf")?;
    let reader = BufReader::new(file);
    
    let cnf = DimacsParser::parse(reader)?;
    println!("解析成功，包含 {} 个子句", cnf.num_clauses());
    
    Ok(())
}

2. 求解 CNF 公式

use varisat_dimacs::{DimacsParser, Solver};
use std::io::Cursor;

fn solve_cnf() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 示例 CNF 公式：(x1 ∨ ¬x2) ∧ (x2 ∨ x3)
    let cnf_input = "p cnf 3 2\n1 -2 0\n2 3 0";
    
    let cnf = DimacsParser::parse(Cursor::new(cnf_input))?;
    let mut solver = Solver::new();
    
    // 添加所有子句到求解器
    for clause in cnf.clauses() {
        solver.add_clause(clause.iter().copied());
    }
    
    // 求解
    match solver.solve() {
        Some(true) => {
            println!("公式可满足");
            if let Some(model) = solver.model() {
                println!("解模型: {:?}", model);
            }
        }
        Some(false) => println!("公式不可满足"),
        None => println!("求解超时"),
    }
    
    Ok(())
}

3. 从字符串解析并求解

use varisat_dimacs::{DimacsParser, Solver};

fn solve_from_string() {
    let cnf_content = r#"
        p cnf 4 3
        1 -2 3 0
        -1 2 4 0
        -3 -4 0
    "#;
    
    let cnf = DimacsParser::parse(cnf_content.as_bytes()).unwrap();
    let mut solver = Solver::new();
    
    solver.add_formula(&cnf);
    
    if let Some(true) = solver.solve() {
        println!("找到解: {:?}", solver.model().unwrap());
    }
}

高级配置

设置求解器选项

use varisat_dimacs::Solver;
use varisat::config::SolverConfig;

fn configure_solver() {
    let config = SolverConfig::default()
        .time_limit(std::time::Duration::from_secs(10))
        .conflict_budget(1000);
    
    let mut solver = Solver::with_config(config);
    // ... 添加公式并求解
}

错误处理

use varisat_dimacs::DimacsParser;
use std::io::ErrorKind;

fn handle_parsing_errors() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let invalid_cnf = "invalid cnf content";
    
    match DimacsParser::parse(invalid_cnf.as_bytes()) {
        Ok(cnf) => {
            // 处理成功解析
            println!("成功解析 CNF");
        }
        Err(e) => {
            eprintln!("解析错误: {}", e);
            // 处理特定错误类型
        }
    }
    
    Ok(())
}

性能提示

• 对于大型 CNF 文件，建议使用文件流式解析
• 可以调整求解器配置以获得更好的性能
• 考虑使用增量求解模式处理相关公式序列

示例 CNF 格式

p cnf 3 2
1 -2 0
2 3 0

其中：

• p cnf 表示 CNF 问题格式
• 3 表示变量数量
• 2 表示子句数量
• 每行以 0 结束表示一个子句
• 数字表示变量（负号表示否定）

这个库为处理 SAT 问题提供了完整的解决方案，从解析到求解都包含在内。

完整示例代码

// 完整示例：演示 varisat-dimacs 库的完整使用流程
use varisat_dimacs::{DimacsParser, Solver};
use varisat::config::SolverConfig;
use std::fs::File;
use std::io::{BufReader, Cursor, Write};
use std::time::Duration;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 示例1：从文件解析 CNF
    println!("=== 示例1：从文件解析 CNF ===");
    if let Ok(file) = File::open("example.cnf") {
        let reader = BufReader::new(file);
        match DimacsParser::parse(reader) {
            Ok(cnf) => {
                println!("成功解析文件，包含 {} 个子句", cnf.num_clauses());
            }
            Err(e) => {
                eprintln!("文件解析错误: {}", e);
            }
        }
    } else {
        println!("未找到 example.cnf 文件，跳过文件解析示例");
    }

    // 示例2：从字符串解析并求解
    println!("\n=== 示例2：从字符串解析并求解 ===");
    let cnf_content = r#"
        p cnf 4 3
        1 -2 3 0
        -1 2 4 0
        -3 -4 0
    "#;
    
    let cnf = DimacsParser::parse(cnf_content.as_bytes())?;
    let mut solver = Solver::new();
    solver.add_formula(&cnf);
    
    match solver.solve() {
        Some(true) => {
            println!("公式可满足");
            if let Some(model) = solver.model() {
                println!("解模型: {:?}", model);
            }
        }
        Some(false) => println!("公式不可满足"),
        None => println!("求解超时"),
    }

    // 示例3：使用配置的求解器
    println!("\n=== 示例3：使用配置的求解器 ===");
    let config = SolverConfig::default()
        .time_limit(Duration::from_secs(5))
        .conflict_budget(5000);
    
    let mut configured_solver = Solver::with_config(config);
    
    // 创建另一个测试公式
    let test_formula = "p cnf 3 2\n1 -2 0\n2 3 0";
    let test_cnf = DimacsParser::parse(Cursor::new(test_formula))?;
    configured_solver.add_formula(&test_cnf);
    
    match configured_solver.solve() {
        Some(true) => println!("配置求解器：公式可满足"),
        Some(false) => println!("配置求解器：公式不可满足"),
        None => println!("配置求解器：求解超时"),
    }

    // 示例4：错误处理演示
    println!("\n=== 示例4：错误处理演示 ===");
    let invalid_cnf = "invalid cnf content";
    match DimacsParser::parse(invalid_cnf.as_bytes()) {
        Ok(_) => println!("意外成功解析"),
        Err(e) => println!("正确捕获解析错误: {}", e),
    }

    Ok(())
}

// 辅助函数：创建示例 CNF 文件
fn create_example_cnf() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut file = File::create("example.cnf")?;
    file.write_all(b"p cnf 3 2\n1 -2 0\n2 3 0")?;
    println!("已创建示例 CNF 文件: example.cnf");
    Ok(())
}

// 运行前可调用此函数创建测试文件
// create_example_cnf().unwrap();

这个完整示例演示了 varisat-dimacs 库的主要功能：

1. 从文件解析 CNF 公式
2. 从字符串内容解析并求解
3. 使用自定义配置的求解器
4. 错误处理的最佳实践
5. 包含创建测试文件的辅助函数

要运行此示例，请确保在 Cargo.toml 中添加了正确的依赖，并根据需要创建测试文件。