题目:
在精确的4SAT(EXACT 4SAT)问题中,输入为一组字句,每个字句都是恰好4个文字的析取,且每个变量最多在每个字句中出现一次。目标是求它的满足赋值——如果该赋值存在。证明精确的4SAT是NP完全问题。
证明:
由于3SAT问题是NP-完全问题,若能将3SAT问题归约到精确的4SAT问题,则可证明精确的4SAT问题也是NP-完全问题。
以下是将3SAT问题归约到精确的4SAT问题:
给定3SAT的实例I,I=(a1∨a2∨a3)(a4∨a5∨a6)…(ak∨ak+1∨ak+2);
精确的4SAT问题要求每个变量最多在每个字句中出现一次,因此首先通过压缩字句去重,对于I中的字句i:
(1)若存在几个变量相等,则只保留其中一个;
(2)若存在两个变量互反,则该字句恒为true,可以将其从I中去除;
使得每个变量最多在每个字句中出现一次。
之后在I中的字句中添加变量,使得每个字句恰有4个变量。
(1)字句(ap∨aq∨aw)可以转化为(ap∨aq∨aw∨x)(ap∨aq∨aw∨~x)。若(ap∨aq∨aw)为真,(ap∨aq∨aw∨x)(ap∨aq∨aw∨~x)显然为真;若(ap∨aq∨aw∨x)(ap∨aq∨aw∨~x)为真,由于x和~x必有一个为假,故其对应的‘ap∨aq∨aw’必为真;
(2)字句(ap∨aq)可以转化为(ap∨aq∨x∨y)(ap∨aq∨~x∨y)(ap∨aq∨x∨~y)(ap∨aq∨~x∨~y)。若(ap∨aq)为真,则(ap∨aq∨x∨y)(ap∨aq∨~x∨y)(ap∨aq∨x∨~y)(ap∨aq∨~x∨~y)显然为真;若(ap∨aq∨x∨y)(ap∨aq∨~x∨y)(ap∨aq∨x∨~y)(ap∨aq∨~x∨~y)为真,由于‘x∨y’,‘~x∨y’,‘x∨~y’和‘~x∨~y’必有一个为假,故其对应的‘ap∨aq’必为真。
(3)对于字句(ap)同理。
综上,3SAT问题可以归约到精确的4SAT问题,并且归约过程可以在多项式时间内完成,故由3SAT问题是NP-完全问题可以得到精确的4SAT问题也是NP-完全问题。