We study the counting version of the Boolean satisfiability problem #SAT using the ZH-calculus, a graphical language originally introduced to reason about quantum circuits. Using this we find a natural extension of #SAT which we call $\#SAT_\pm$, where variables are additionally labeled by phases, which is GapP-complete. Using graphical reasoning, we find a reduction from #SAT to $\#2SAT_\pm$ in the ZH-calculus. We observe that the DPLL algorithm for #2SAT can be adapted to $\#2SAT_\pm$ directly and hence that Wahlstrom's $O^*(1.2377^n)$ upper bound applies to $\#2SAT_\pm$ as well. Combining this with our reduction from #SAT to $\#2SAT_\pm$ gives us novel upper bounds in terms of clauses and variables that are better than $O^*(2^n)$ for small clause densities of $\frac{m}{n} < 2.25$. This is to our knowledge the first non-trivial upper bound for #SAT that is independent of clause size. Our algorithm improves on Dubois' upper bound for $\#kSAT$ whenever $\frac{m}{n} < 1.85$ and $k \geq 4$, and the Williams' average-case analysis whenever $\frac{m}{n} < 1.21$ and $k \geq 6$. We also obtain an unconditional upper bound of $O^*(1.88^m)$ for $\#4SAT$ in terms of clauses only, and find an improved bound on $\#3SAT$ for $1.2577 < \frac{m}{n} \leq \frac{7}{3}$. Our results demonstrate that graphical reasoning can lead to new algorithmic insights, even outside the domain of quantum computing that the calculus was intended for.


翻译:我们用ZH- calculus 来研究Boolean satisfiable 问题#SAT的计数版本。 我们观察到,#2SAT 的DPL 算法可以直接修改为$2SAT_pm$, 因此, 我们用这个方法, 我们发现#SAT 的自然扩展值, 我们称之为$ SAT_pm$, 变数被各个阶段额外标记为GapP- 完成。 使用图形推理, 我们发现, 在 ZH- calculus 中, 从# SAT 降为$%2SAT 到$2SAT =culus 问题 。 我们观察到, 2SAT $2$3xpm 直接调整为$2SAT_pm$。 只要Wahlstrual $4 SAT_ liferglex $2\ qm_qm 美元, 我们的上值分析就会显示, legal_ legal_ $1 qm =qm。

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SAT是研究者关注命题可满足性问题的理论与应用的第一次年度会议。除了简单命题可满足性外,它还包括布尔优化(如MaxSAT和伪布尔(PB)约束)、量化布尔公式(QBF)、可满足性模理论(SMT)和约束规划(CP),用于与布尔级推理有明确联系的问题。官网链接:http://sat2019.tecnico.ulisboa.pt/
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