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a more efficient encoding for pseudo-Boolean inequality constraints into bit-vectors
Signed-off-by: Nikolaj Bjorner <nbjorner@microsoft.com>
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4f3f21bff1
commit
6cf54a226e
1 changed files with 103 additions and 134 deletions
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@ -24,6 +24,7 @@ Notes:
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#include"sorting_network.h"
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#include"sorting_network.h"
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#include"ast_util.h"
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#include"ast_util.h"
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#include"ast_pp.h"
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#include"ast_pp.h"
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#include"lbool.h"
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struct pb2bv_rewriter::imp {
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struct pb2bv_rewriter::imp {
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@ -79,150 +80,118 @@ struct pb2bv_rewriter::imp {
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bv_util bv;
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bv_util bv;
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expr_ref_vector m_trail;
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expr_ref_vector m_trail;
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unsigned get_num_bits(func_decl* f) {
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template<lbool is_le>
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rational r(0);
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expr_ref mk_le_ge(expr_ref_vector& fmls, expr* a, expr* b, expr* bound) {
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unsigned sz = f->get_arity();
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expr_ref x(m), y(m), result(m);
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for (unsigned i = 0; i < sz; ++i) {
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unsigned nb = bv.get_bv_size(a);
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r += pb.get_coeff(f, i);
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x = bv.mk_zero_extend(1, a);
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y = bv.mk_zero_extend(1, b);
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result = bv.mk_bv_add(x, y);
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x = bv.mk_extract(nb, nb, result);
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result = bv.mk_extract(nb-1, 0, result);
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if (is_le != l_false) {
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fmls.push_back(m.mk_eq(x, bv.mk_numeral(rational::zero(), 1)));
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fmls.push_back(bv.mk_ule(result, bound));
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}
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}
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r = r > pb.get_k(f)? r : pb.get_k(f);
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else {
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return r.get_num_bits();
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fmls.push_back(m.mk_eq(x, bv.mk_numeral(rational::one(), 1)));
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fmls.push_back(bv.mk_ule(bound, result));
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|
}
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return result;
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}
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}
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void mk_bv(func_decl * f, unsigned sz, expr * const* args, expr_ref & result) {
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//
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// create a circuit of size sz*log(k)
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expr_ref zero(m), a(m), b(m);
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// by forming a binary tree adding pairs of values that are assumed <= k,
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expr_ref_vector es(m);
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// and in each step we check that the result is <= k by checking the overflow
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unsigned bw = get_num_bits(f);
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// bit and that the non-overflow bits are <= k.
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zero = bv.mk_numeral(rational(0), bw);
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// The procedure for checking >= k is symmetric and checking for = k is
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// achieved by checking <= k on intermediary addends and the resulting sum is = k.
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|
//
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template<lbool is_le>
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expr_ref mk_le_ge(func_decl *f, unsigned sz, expr * const* args, rational const & k) {
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||||||
|
if (k.is_zero()) {
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||||||
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if (is_le != l_false) {
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return expr_ref(m.mk_not(mk_or(m, sz, args)), m);
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}
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else {
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return expr_ref(m.mk_true(), m);
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|
}
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}
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SASSERT(k.is_pos());
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expr_ref zero(m), bound(m);
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expr_ref_vector es(m), fmls(m);
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unsigned nb = k.get_num_bits();
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zero = bv.mk_numeral(rational(0), nb);
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||||||
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bound = bv.mk_numeral(k, nb);
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||||||
for (unsigned i = 0; i < sz; ++i) {
|
for (unsigned i = 0; i < sz; ++i) {
|
||||||
es.push_back(mk_ite(args[i], bv.mk_numeral(pb.get_coeff(f, i), bw), zero));
|
if (pb.get_coeff(f, i) > k) {
|
||||||
}
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if (is_le != l_false) {
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||||||
switch (es.size()) {
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fmls.push_back(m.mk_not(args[i]));
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case 0: a = zero; break;
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case 1: a = es[0].get(); break;
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default:
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a = es[0].get();
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for (unsigned i = 1; i < es.size(); ++i) {
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a = bv.mk_bv_add(a, es[i].get());
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}
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break;
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}
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b = bv.mk_numeral(pb.get_k(f), bw);
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switch (f->get_decl_kind()) {
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case OP_AT_MOST_K:
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case OP_PB_LE:
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result = bv.mk_ule(a, b);
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break;
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case OP_AT_LEAST_K:
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case OP_PB_GE:
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result = bv.mk_ule(b, a);
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break;
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case OP_PB_EQ:
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result = m.mk_eq(a, b);
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break;
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default:
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UNREACHABLE();
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}
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||||||
TRACE("pb", tout << result << "\n";);
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}
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bool mk_shannon(func_decl * f, unsigned sz, expr * const* args, expr_ref & result) {
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decl_kind kind = f->get_decl_kind();
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if (kind != OP_PB_GE && kind != OP_AT_LEAST_K) {
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return false;
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}
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unsigned max_clauses = sz*10;
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vector<argc_t> argcs;
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||||||
for (unsigned i = 0; i < sz; ++i) {
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||||||
argcs.push_back(argc_t(args[i], pb.get_coeff(f, i)));
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}
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std::sort(argcs.begin(), argcs.end(), argc_gt());
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||||||
DEBUG_CODE(
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||||||
for (unsigned i = 0; i + 1 < sz; ++i) {
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SASSERT(argcs[i].m_coeff >= argcs[i+1].m_coeff);
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||||||
});
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||||||
result = m.mk_app(f, sz, args);
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||||||
TRACE("pb", tout << result << "\n";);
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||||||
argc_cache cache;
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expr_ref_vector trail(m);
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vector<rational> todo_k;
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unsigned_vector todo_i;
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todo_k.push_back(pb.get_k(f));
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||||||
todo_i.push_back(0);
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||||||
argc_entry entry1;
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||||||
while (!todo_i.empty()) {
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||||||
SASSERT(todo_i.size() == todo_k.size());
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||||||
if (cache.size() > max_clauses) {
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||||||
return false;
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||||||
}
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unsigned i = todo_i.back();
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rational k = todo_k.back();
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argc_entry entry(i, k);
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||||||
if (cache.contains(entry)) {
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todo_i.pop_back();
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||||||
todo_k.pop_back();
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continue;
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}
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||||||
SASSERT(i < sz);
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||||||
SASSERT(!k.is_neg());
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rational const& coeff = argcs[i].m_coeff;
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||||||
expr* arg = argcs[i].m_arg;
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||||||
if (i + 1 == sz) {
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||||||
if (k.is_zero()) {
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||||||
entry.m_value = m.mk_true();
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||||||
}
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||||||
else if (coeff < k) {
|
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||||||
entry.m_value = m.mk_false();
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||||||
}
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|
||||||
else if (coeff.is_zero()) {
|
|
||||||
entry.m_value = m.mk_true();
|
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||||||
}
|
}
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||||||
else {
|
else {
|
||||||
SASSERT(coeff >= k && k.is_pos());
|
fmls.push_back(args[i]);
|
||||||
entry.m_value = arg;
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||||||
}
|
}
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||||||
todo_i.pop_back();
|
|
||||||
todo_k.pop_back();
|
|
||||||
cache.insert(entry);
|
|
||||||
continue;
|
|
||||||
}
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||||||
entry.m_index++;
|
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||||||
expr* lo = 0, *hi = 0;
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||||||
if (cache.find(entry, entry1)) {
|
|
||||||
lo = entry1.m_value;
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||||||
}
|
}
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||||||
else {
|
else {
|
||||||
todo_i.push_back(i+1);
|
es.push_back(mk_ite(args[i], bv.mk_numeral(pb.get_coeff(f, i), nb), zero));
|
||||||
todo_k.push_back(k);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
entry.m_k -= coeff;
|
|
||||||
if (!entry.m_k.is_pos()) {
|
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||||||
hi = m.mk_true();
|
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||||||
}
|
}
|
||||||
else if (cache.find(entry, entry1)) {
|
}
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||||||
hi = entry1.m_value;
|
while (es.size() > 1) {
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||||||
|
for (unsigned i = 0; i + 1 < es.size(); i += 2) {
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||||||
|
es[i/2] = mk_le_ge<is_le>(fmls, es[i].get(), es[i+1].get(), bound);
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||||||
}
|
}
|
||||||
else {
|
if ((es.size() % 2) == 1) {
|
||||||
todo_i.push_back(i+1);
|
es[es.size()/2] = es.back();
|
||||||
todo_k.push_back(entry.m_k);
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|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (hi && lo) {
|
es.shrink((1 + es.size())/2);
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||||||
todo_i.pop_back();
|
}
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||||||
todo_k.pop_back();
|
switch (is_le) {
|
||||||
entry.m_index = i;
|
case l_true:
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||||||
entry.m_k = k;
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return mk_and(fmls);
|
||||||
entry.m_value = mk_ite(arg, hi, lo);
|
case l_false:
|
||||||
trail.push_back(entry.m_value);
|
fmls.push_back(bv.mk_ule(bound, es.back()));
|
||||||
cache.insert(entry);
|
return mk_or(fmls);
|
||||||
}
|
case l_undef:
|
||||||
}
|
fmls.push_back(m.mk_eq(bound, es.back()));
|
||||||
argc_entry entry(0, pb.get_k(f));
|
return mk_and(fmls);
|
||||||
VERIFY(cache.find(entry, entry));
|
default:
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||||||
result = entry.m_value;
|
UNREACHABLE();
|
||||||
TRACE("pb", tout << result << "\n";);
|
return expr_ref(m.mk_true(), m);
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||||||
return true;
|
}
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|
}
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||||||
|
expr_ref mk_bv(func_decl * f, unsigned sz, expr * const* args) {
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decl_kind kind = f->get_decl_kind();
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||||||
|
rational k = pb.get_k(f);
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||||||
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SASSERT(!k.is_neg());
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||||||
|
switch (kind) {
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case OP_PB_GE:
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||||||
|
case OP_AT_LEAST_K: {
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|
expr_ref_vector nargs(m);
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||||||
|
nargs.append(sz, args);
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||||||
|
dualize(f, nargs, k);
|
||||||
|
SASSERT(!k.is_neg());
|
||||||
|
return mk_le_ge<l_true>(f, sz, nargs.c_ptr(), k);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case OP_PB_LE:
|
||||||
|
case OP_AT_MOST_K:
|
||||||
|
return mk_le_ge<l_true>(f, sz, args, k);
|
||||||
|
case OP_PB_EQ:
|
||||||
|
return mk_le_ge<l_undef>(f, sz, args, k);
|
||||||
|
default:
|
||||||
|
UNREACHABLE();
|
||||||
|
return expr_ref(m.mk_true(), m);
|
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|
}
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|
}
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|
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|
void dualize(func_decl* f, expr_ref_vector & args, rational & k) {
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k.neg();
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||||||
|
for (unsigned i = 0; i < args.size(); ++i) {
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||||||
|
k += pb.get_coeff(f, i);
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||||||
|
args[i] = ::mk_not(m, args[i].get());
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|
}
|
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}
|
}
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|
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||||||
expr* negate(expr* e) {
|
expr* negate(expr* e) {
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@ -346,8 +315,8 @@ struct pb2bv_rewriter::imp {
|
||||||
else if (pb.is_ge(f) && pb.get_k(f).is_unsigned() && pb.has_unit_coefficients(f)) {
|
else if (pb.is_ge(f) && pb.get_k(f).is_unsigned() && pb.has_unit_coefficients(f)) {
|
||||||
result = m_sort.ge(true, pb.get_k(f).get_unsigned(), sz, args);
|
result = m_sort.ge(true, pb.get_k(f).get_unsigned(), sz, args);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else if (!mk_shannon(f, sz, args, result)) {
|
else {
|
||||||
mk_bv(f, sz, args, result);
|
result = mk_bv(f, sz, args);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
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