TY - JOUR A1 - Haubelt, Christian A1 - Neubauer, Kai A1 - Schaub, Torsten A1 - Wanko, Philipp T1 - Design space exploration with answer set programming JF - Künstliche Intelligenz N2 - The aim of our project design space exploration with answer set programming is to develop a general framework based on Answer Set Programming (ASP) that finds valid solutions to the system design problem and simultaneously performs Design Space Exploration (DSE) to find the most favorable alternatives. We leverage recent developments in ASP solving that allow for tight integration of background theories to create a holistic framework for effective DSE. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0530-3 SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 205 EP - 206 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Brewka, Gerhard A1 - Schaub, Torsten A1 - Woltran, Stefan T1 - Interview with Gerhard Brewka T2 - Künstliche Intelligenz N2 - This interview with Gerhard Brewka was conducted by correspondance in May 2018. The question set was compiled by Torsten Schaub and Stefan Woltran. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0549-5 SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 219 EP - 221 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Schaub, Torsten A1 - Woltran, Stefan T1 - Special issue on answer set programming T2 - Künstliche Intelligenz Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s13218-018-0554-8 SN - 0933-1875 SN - 1610-1987 VL - 32 IS - 2-3 SP - 101 EP - 103 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Neubauer, Kai A1 - Haubelt, Christian A1 - Wanko, Philipp A1 - Schaub, Torsten T1 - Utilizing quad-trees for efficient design space exploration with partial assignment evaluation T2 - 2018 23rd Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC) N2 - Recently, it has been shown that constraint-based symbolic solving techniques offer an efficient way for deciding binding and routing options in order to obtain a feasible system level implementation. In combination with various background theories, a feasibility analysis of the resulting system may already be performed on partial solutions. That is, infeasible subsets of mapping and routing options can be pruned early in the decision process, which fastens the solving accordingly. However, allowing a proper design space exploration including multi-objective optimization also requires an efficient structure for storing and managing non-dominated solutions. In this work, we propose and study the usage of the Quad-Tree data structure in the context of partial assignment evaluation during system synthesis. Out experiments show that unnecessary dominance checks can be avoided, which indicates a preference of Quad-Trees over a commonly used list-based implementation for large combinatorial optimization problems. Y1 - 2018 SN - 978-1-5090-0602-1 U6 - https://doi.org/10.1109/ASPDAC.2018.8297362 SN - 2153-6961 SP - 434 EP - 439 PB - IEEE CY - New York ER - TY - GEN A1 - Schäpers, Björn A1 - Niemueller, Tim A1 - Lakemeyer, Gerhard A1 - Gebser, Martin A1 - Schaub, Torsten T1 - ASP-Based Time-Bounded Planning for Logistics Robots T2 - Twenty-Eighth International Conference on Automated Planning and Scheduling (ICAPS 2018) N2 - Manufacturing industries are undergoing a major paradigm shift towards more autonomy. Automated planning and scheduling then becomes a necessity. The Planning and Execution Competition for Logistics Robots in Simulation held at ICAPS is based on this scenario and provides an interesting testbed. However, the posed problem is challenging as also demonstrated by the somewhat weak results in 2017. The domain requires temporal reasoning and dealing with uncertainty. We propose a novel planning system based on Answer Set Programming and the Clingo solver to tackle these problems and incentivize robot cooperation. Our results show a significant performance improvement, both, in terms of lowering computational requirements and better game metrics. Y1 - 2018 SN - 2334-0835 SN - 2334-0843 SP - 509 EP - 517 PB - ASSOC Association for the Advancement of Artificial Intelligence CY - Palo Alto ER - TY - GEN A1 - Bosser, Anne-Gwenn A1 - Cabalar, Pedro A1 - Dieguez, Martin A1 - Schaub, Torsten T1 - Introducing temporal stable models for linear dynamic logic T2 - 16th International Conference on Principles of Knowledge Representation and Reasoning N2 - We propose a new temporal extension of the logic of Here-and-There (HT) and its equilibria obtained by combining it with dynamic logic over (linear) traces. Unlike previous temporal extensions of HT based on linear temporal logic, the dynamic logic features allow us to reason about the composition of actions. For instance, this can be used to exercise fine grained control when planning in robotics, as exemplified by GOLOG. In this paper, we lay the foundations of our approach, and refer to it as Linear Dynamic Equilibrium Logic, or simply DEL. We start by developing the formal framework of DEL and provide relevant characteristic results. Among them, we elaborate upon the relationships to traditional linear dynamic logic and previous temporal extensions of HT. Y1 - 2018 UR - https://www.dc.fi.udc.es/~cabalar/del.pdf SP - 12 EP - 21 PB - ASSOC Association for the Advancement of Artificial Intelligence CY - Palo Alto ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Garea, Javier A1 - Romero, Javier A1 - Schaub, Torsten T1 - Eclingo BT - a solver for epistemic logic programs JF - Theory and practice of logic programming N2 - We describe eclingo, a solver for epistemic logic programs under Gelfond 1991 semantics built upon the Answer Set Programming system clingo. The input language of eclingo uses the syntax extension capabilities of clingo to define subjective literals that, as usual in epistemic logic programs, allow for checking the truth of a regular literal in all or in some of the answer sets of a program. The eclingo solving process follows a guess and check strategy. It first generates potential truth values for subjective literals and, in a second step, it checks the obtained result with respect to the cautious and brave consequences of the program. This process is implemented using the multi-shot functionalities of clingo. We have also implemented some optimisations, aiming at reducing the search space and, therefore, increasing eclingo 's efficiency in some scenarios. Finally, we compare the efficiency of eclingo with two state-of-the-art solvers for epistemic logic programs on a pair of benchmark scenarios and show that eclingo generally outperforms their obtained results. KW - Answer Set Programming KW - Epistemic Logic Programs KW - Non-Monotonic KW - Reasoning KW - Conformant Planning Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000228 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 6 SP - 834 EP - 847 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - THES A1 - Kaminski, Roland T1 - Complex reasoning with answer set programming N2 - Answer Set Programming (ASP) allows us to address knowledge-intensive search and optimization problems in a declarative way due to its integrated modeling, grounding, and solving workflow. A problem is modeled using a rule based language and then grounded and solved. Solving results in a set of stable models that correspond to solutions of the modeled problem. In this thesis, we present the design and implementation of the clingo system---perhaps, the most widely used ASP system. It features a rich modeling language originating from the field of knowledge representation and reasoning, efficient grounding algorithms based on database evaluation techniques, and high performance solving algorithms based on Boolean satisfiability (SAT) solving technology. The contributions of this thesis lie in the design of the modeling language, the design and implementation of the grounding algorithms, and the design and implementation of an Application Programmable Interface (API) facilitating the use of ASP in real world applications and the implementation of complex forms of reasoning beyond the traditional ASP workflow. KW - Answer Set Programming KW - Declarative Problem Solving KW - Grounding Theory KW - Preference Handling KW - Answer Set Solving modulo Theories KW - Temporal Answer Set Solving Y1 - 2023 ER - TY - THES A1 - Hecher, Markus T1 - Advanced tools and methods for treewidth-based problem solving N2 - In the last decades, there was a notable progress in solving the well-known Boolean satisfiability (Sat) problem, which can be witnessed by powerful Sat solvers. One of the reasons why these solvers are so fast are structural properties of instances that are utilized by the solver’s interna. This thesis deals with the well-studied structural property treewidth, which measures the closeness of an instance to being a tree. In fact, there are many problems parameterized by treewidth that are solvable in polynomial time in the instance size when parameterized by treewidth. In this work, we study advanced treewidth-based methods and tools for problems in knowledge representation and reasoning (KR). Thereby, we provide means to establish precise runtime results (upper bounds) for canonical problems relevant to KR. Then, we present a new type of problem reduction, which we call decomposition-guided (DG) that allows us to precisely monitor the treewidth when reducing from one problem to another problem. This new reduction type will be the basis for a long-open lower bound result for quantified Boolean formulas and allows us to design a new methodology for establishing runtime lower bounds for problems parameterized by treewidth. Finally, despite these lower bounds, we provide an efficient implementation of algorithms that adhere to treewidth. Our approach finds suitable abstractions of instances, which are subsequently refined in a recursive fashion, and it uses Sat solvers for solving subproblems. It turns out that our resulting solver is quite competitive for two canonical counting problems related to Sat. N2 - In den letzten Jahrzehnten konnte ein beachtlicher Fortschritt im Bereich der Aussagenlogik verzeichnet werden. Dieser äußerte sich dadurch, dass für das wichtigste Problem in diesem Bereich, genannt „Sat“, welches sich mit der Fragestellung befasst, ob eine gegebene aussagenlogische Formel erfüllbar ist oder nicht, überwältigend schnelle Computerprogramme („Solver“) entwickelt werden konnten. Interessanterweise liefern diese Solver eine beeindruckende Leistung, weil sie oft selbst Probleminstanzen mit mehreren Millionen von Variablen spielend leicht lösen können. Auf der anderen Seite jedoch glaubt man in der Wissenschaft weitgehend an die Exponentialzeithypothese (ETH), welche besagt, dass man im schlimmsten Fall für das Lösen einer Instanz in diesem Bereich exponentielle Laufzeit in der Anzahl der Variablen benötigt. Dieser vermeintliche Widerspruch ist noch immer nicht vollständig geklärt, denn wahrscheinlich gibt es viele ineinandergreifende Gründe für die Schnelligkeit aktueller Sat Solver. Einer dieser Gründe befasst sich weitgehend mit strukturellen Eigenschaften von Probleminstanzen, die wohl indirekt und intern von diesen Solvern ausgenützt werden. Diese Dissertation beschäftigt sich mit solchen strukturellen Eigenschaften, nämlich mit der sogenannten Baumweite. Die Baumweite ist sehr gut erforscht und versucht zu messen, wie groß der Abstand von Probleminstanzen zu Bäumen ist (Baumnähe). Allerdings ist dieser Parameter sehr generisch und bei Weitem nicht auf Problemstellungen der Aussagenlogik beschränkt. Tatsächlich gibt es viele weitere Probleme, die parametrisiert mit Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Interessanterweise gibt es auch viele Probleme in der Wissensrepräsentation (KR), von denen man davon ausgeht, dass sie härter sind als das Problem Sat, die bei beschränkter Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Ein prominentes Beispiel solcher Probleme ist das Problem QSat, welches sich für die Gültigkeit einer gegebenen quantifizierten, aussagenlogischen Formel (QBF), das sind aussagenlogische Formeln, wo gewisse Variablen existenziell bzw. universell quantifiziert werden können, befasst. Bemerkenswerterweise wird allerdings auch im Zusammenhang mit Baumweite, ähnlich zu Methoden der klassischen Komplexitätstheorie, die tatsächliche Komplexität (Härte) solcher Problemen quantifiziert, wo man die exakte Laufzeitabhängigkeit beim Problemlösen in der Baumweite (Stufe der Exponentialität) beschreibt. Diese Arbeit befasst sich mit fortgeschrittenen, Baumweite-basierenden Methoden und Werkzeugen für Probleme der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz (AI). Dabei präsentieren wir Methoden, um präzise Laufzeitresultate (obere Schranken) für prominente Fragmente der Antwortmengenprogrammierung (ASP), welche ein kanonisches Paradigma zum Lösen von Problemen der Wissensrepräsentation darstellt, zu erhalten. Unsere Resultate basieren auf dem Konzept der dynamischen Programmierung, die angeleitet durch eine sogenannte Baumzerlegung und ähnlich dem Prinzip „Teile-und-herrsche“ funktioniert. Solch eine Baumzerlegung ist eine konkrete, strukturelle Zerlegung einer Probleminstanz, die sich stark an der Baumweite orientiert. Des Weiteren präsentieren wir einen neuen Typ von Problemreduktion, den wir als „decomposition-guided (DG)“, also „zerlegungsangeleitet“, bezeichnen. Dieser Reduktionstyp erlaubt es, Baumweiteerhöhungen und -verringerungen während einer Problemreduktion von einem bestimmten Problem zu einem anderen Problem präzise zu untersuchen und zu kontrollieren. Zusätzlich ist dieser neue Reduktionstyp die Basis, um ein lange offen gebliebenes Resultat betreffend quantifizierter, aussagenlogischer Formeln zu zeigen. Tatsächlich sind wir damit in der Lage, präzise untere Schranken, unter der Annahme der Exponentialzeithypothese, für das Problem QSat bei beschränkter Baumweite zu zeigen. Genauer gesagt können wir mit diesem Konzept der DG Reduktionen zeigen, dass das Problem QSat, beschränkt auf Quantifizierungsrang ` und parametrisiert mit Baumweite k, im Allgemeinen nicht besser als in einer Laufzeit, die `-fach exponentiell in der Baumweite und polynomiell in der Instanzgröße ist1, lösen. Dieses Resultat hebt auf nicht-inkrementelle Weise ein bekanntes Ergebnis für Quantifizierungsrang 2 auf beliebige Quantifizierungsränge, allerdings impliziert es auch sehr viele weitere Konsequenzen. Das Resultat über die untere Schranke des Problems QSat erlaubt es, eine neue Methodologie zum Zeigen unterer Schranken einer Vielzahl von Problemen der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz, zu etablieren. In weiterer Konsequenz können wir damit auch zeigen, dass die oberen Schranken sowie die DG Reduktionen dieser Arbeit unter der Hypothese ETH „eng“ sind, d.h., sie können wahrscheinlich nicht mehr signifikant verbessert werden. Die Ergebnisse betreffend der unteren Schranken für QSat und die dazugehörige Methodologie konstituieren in gewisser Weise eine Hierarchie von über Baumweite parametrisierte Laufzeitklassen. Diese Laufzeitklassen können verwendet werden, um die Härte von Problemen für das Ausnützen von Baumweite zu quantifizieren und diese entsprechend ihrer Laufzeitabhängigkeit bezüglich Baumweite zu kategorisieren. Schlussendlich und trotz der genannten Resultate betreffend unterer Schranken sind wir im Stande, eine effiziente Implementierung von Algorithmen basierend auf dynamischer Programmierung, die entlang einer Baumzerlegung angeleitet wird, zur Verfügung zu stellen. Dabei funktioniert unser Ansatz dahingehend, indem er probiert, passende Abstraktionen von Instanzen zu finden, die dann im Endeffekt sukzessive und auf rekursive Art und Weise verfeinert und verbessert werden. Inspiriert durch die enorme Effizienz und Effektivität der Sat Solver, ist unsere Implementierung ein hybrider Ansatz, weil sie den starken Gebrauch von Sat Solvern zum Lösen diverser Subprobleme, die während der dynamischen Programmierung auftreten, pflegt. Dabei stellt sich heraus, dass der resultierende Solver unserer Implementierung im Bezug auf Effizienz beim Lösen von zwei kanonischen, Sat-verwandten Zählproblemen mit bestehenden Solvern locker mithalten kann. Tatsächlich sind wir im Stande, Instanzen, wo die oberen Schranken von Baumweite 260 übersteigen, zu lösen. Diese überraschende Beobachtung zeigt daher, dass Baumweite ein wichtiger Parameter sein könnte, der wohl in modernen Designs von Solvern berücksichtigt werden sollte. KW - Treewidth KW - Dynamic Programming KW - Knowledge Representation and Reasoning KW - Artificial Intelligence KW - Computational Complexity KW - Parameterized Complexity KW - Answer Set Programming KW - Exponential Time Hypothesis KW - Lower Bounds KW - Algorithms KW - Algorithmen KW - Antwortmengenprogrammierung KW - Künstliche Intelligenz KW - Komplexitätstheorie KW - Dynamische Programmierung KW - Exponentialzeit Hypothese KW - Wissensrepräsentation und Schlussfolgerung KW - Untere Schranken KW - Parametrisierte Komplexität KW - Baumweite Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512519 ER - TY - JOUR A1 - Frioux, Clémence A1 - Schaub, Torsten A1 - Schellhorn, Sebastian A1 - Siegel, Anne A1 - Wanko, Philipp T1 - Hybrid metabolic network completion JF - Theory and practice of logic programming N2 - Metabolic networks play a crucial role in biology since they capture all chemical reactions in an organism. While there are networks of high quality for many model organisms, networks for less studied organisms are often of poor quality and suffer from incompleteness. To this end, we introduced in previous work an answer set programming (ASP)-based approach to metabolic network completion. Although this qualitative approach allows for restoring moderately degraded networks, it fails to restore highly degraded ones. This is because it ignores quantitative constraints capturing reaction rates. To address this problem, we propose a hybrid approach to metabolic network completion that integrates our qualitative ASP approach with quantitative means for capturing reaction rates. We begin by formally reconciling existing stoichiometric and topological approaches to network completion in a unified formalism. With it, we develop a hybrid ASP encoding and rely upon the theory reasoning capacities of the ASP system dingo for solving the resulting logic program with linear constraints over reals. We empirically evaluate our approach by means of the metabolic network of Escherichia coli. Our analysis shows that our novel approach yields greatly superior results than obtainable from purely qualitative or quantitative approaches. KW - answer set programming KW - metabolic network KW - gap-filling KW - linear programming KW - hybrid solving KW - bioinformatics Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068418000455 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 19 IS - 1 SP - 83 EP - 108 PB - Cambridge University Press CY - New York ER - TY - GEN A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandiño, Jorge A1 - Schaub, Torsten A1 - Schellhorn, Sebastian T1 - Lower Bound Founded Logic of Here-and-There T2 - Logics in Artificial Intelligence N2 - A distinguishing feature of Answer Set Programming is that all atoms belonging to a stable model must be founded. That is, an atom must not only be true but provably true. This can be made precise by means of the constructive logic of Here-and-There, whose equilibrium models correspond to stable models. One way of looking at foundedness is to regard Boolean truth values as ordered by letting true be greater than false. Then, each Boolean variable takes the smallest truth value that can be proven for it. This idea was generalized by Aziz to ordered domains and applied to constraint satisfaction problems. As before, the idea is that a, say integer, variable gets only assigned to the smallest integer that can be justified. In this paper, we present a logical reconstruction of Aziz’ idea in the setting of the logic of Here-and-There. More precisely, we start by defining the logic of Here-and-There with lower bound founded variables along with its equilibrium models and elaborate upon its formal properties. Finally, we compare our approach with related ones and sketch future work. Y1 - 2019 SN - 978-3-030-19570-0 SN - 978-3-030-19569-4 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-030-19570-0_34 SN - 0302-9743 SN - 1611-3349 VL - 11468 SP - 509 EP - 525 PB - Springer CY - Cham ER -