We study the depth of decision trees for diagnosis of constant faults in read-once contact networks over finite bases. This includes diagnosis of 0-1 faults, 0 faults and 1 faults. For any finite basis, we prove a linear upper bound on the minimum depth of decision tree for diagnosis of constant faults depending on the number of edges in a contact network over that basis. Also, we obtain asymptotic bounds on the depth of decision trees for diagnosis of each type of constant faults depending on the number of edges in contact networks in the worst case per basis. We study the set of indecomposable contact networks with up to 10 edges and obtain sharp coefficients for the linear upper bound for diagnosis of constant faults in contact networks over bases of these indecomposable contact networks. We use a set of algorithms, including one that we create, to obtain the sharp coefficients.

O problema de fatorar e decompor funções Booleanas é Σ-completo2 para funções gerais. Algoritmos eficientes e exatos podem ser criados para classes de funções existentes como funções read-once, disjoint-support decomposable e read-polarity-once. Uma forma fatorada é chamada de read-once (RO) se cada variável aparece uma única vez. Uma função Booleana é RO se existe uma forma fatorada RO que a representa. Por exemplo, a função representada por =12+134+135 é uma função RO, pois pode ser fatorada em =1(2+3(4+5)). Uma função Booleana f(X) pode ser decomposta usando funções mais simples g e h de forma que ()=ℎ((1),2) sendo X1, X2 ≠ ∅, e X1 ∪ X2 = X. Uma decomposição disjunta de suporte (disjoint-support decomposition – DSD) é um caso especial de decomposição funcional, onde o conjunto de entradas X1 e X2 não compartilham elementos, i.e., X1 ∩ X2 = ∅. Por exemplo, a função =12̅̅̅3+123̅̅̅ 4̅̅̅+12̅̅̅4 é DSD, pois existe uma decomposição tal que =1(2⊕(3+4)). Uma forma read-polarity-once (RPO) é uma forma fatorada onde cada polaridade (positiva ou negativa) de uma variável aparece no máximo uma vez. Uma função Booleana é RPO se existe uma forma fatorada RPO que a representa. Por exemplo, a função =1̅̅̅24+13+23 é RPO, pois pode ser fatorada em =(1̅̅̅4+3)(1+2). Esta tese apresenta quarto novos algoritmos para síntese de funções Booleanas. A primeira contribuição é um método de síntese para funções read-once baseado em uma estratégia de divisão-e-conquista. A segunda contribuição é um algoritmo top-down para síntese de funções DSD baseado em soma-de-produtos, produto-de-somas e soma-exclusiva-de-produtos. A terceira contribuição é um método bottom-up para síntese de funções DSD baseado em diferença Booleana e cofatores. A última contribuição é um novo método para síntese de funções RPO que é baseado na análise de transições positivas e negativas. / The problem of factoring and decomposing Boolean functions is Σ-complete2 for general functions. Efficient and exact algorithms can be created for an existing class of functions known as read-once, disjoint-support decomposable and read-polarity-once functions. A factored form is called read-once (RO) if each variable appears only once. A Boolean function is RO if it can be represented by an RO form. For example, the function represented by =12+134+135 is a RO function, since it can be factored into =1(2+3(4+5)). A Boolean function f(X) can be decomposed using simpler subfunctions g and h, such that ()=ℎ((1),2) being X1, X2 ≠ ∅, and X1 ∪ X2 = X. A disjoint-support decomposition (DSD) is a special case of functional decomposition, where the input sets X1 and X2 do not share any element, i.e., X1 ∩ X2 = ∅. Roughly speaking, DSD functions can be represented by a read-once expression where the exclusive-or operator (⊕) can also be used as base operation. For example, =1(2⊕(4+5)). A read-polarity-once (RPO) form is a factored form where each polarity (positive or negative) of a variable appears at most once. A Boolean function is RPO if it can be represented by an RPO factored form. For example the function =1̅̅̅24+13+23 is RPO, since it can factored into =(1̅̅̅4+3)(1+2). This dissertation presents four new algorithms for synthesis of Boolean functions. The first contribution is a synthesis method for read-once functions based on a divide-and-conquer strategy. The second and third contributions are two algorithms for synthesis of DSD functions: a top-down approach that checks if there is an OR, AND or XOR decomposition based on sum-of-products, product-of-sums and exclusive-sum-of-products inputs, respectively; and a method that runs in a bottom-up fashion and is based on Boolean difference and cofactor analysis. The last contribution is a new method to synthesize RPO functions which is based on the analysis of positive and negative transition sets. Results show the efficacy and efficiency of the four proposed methods.

O problema de fatorar e decompor funções Booleanas é Σ-completo2 para funções gerais. Algoritmos eficientes e exatos podem ser criados para classes de funções existentes como funções read-once, disjoint-support decomposable e read-polarity-once. Uma forma fatorada é chamada de read-once (RO) se cada variável aparece uma única vez. Uma função Booleana é RO se existe uma forma fatorada RO que a representa. Por exemplo, a função representada por =12+134+135 é uma função RO, pois pode ser fatorada em =1(2+3(4+5)). Uma função Booleana f(X) pode ser decomposta usando funções mais simples g e h de forma que ()=ℎ((1),2) sendo X1, X2 ≠ ∅, e X1 ∪ X2 = X. Uma decomposição disjunta de suporte (disjoint-support decomposition – DSD) é um caso especial de decomposição funcional, onde o conjunto de entradas X1 e X2 não compartilham elementos, i.e., X1 ∩ X2 = ∅. Por exemplo, a função =12̅̅̅3+123̅̅̅ 4̅̅̅+12̅̅̅4 é DSD, pois existe uma decomposição tal que =1(2⊕(3+4)). Uma forma read-polarity-once (RPO) é uma forma fatorada onde cada polaridade (positiva ou negativa) de uma variável aparece no máximo uma vez. Uma função Booleana é RPO se existe uma forma fatorada RPO que a representa. Por exemplo, a função =1̅̅̅24+13+23 é RPO, pois pode ser fatorada em =(1̅̅̅4+3)(1+2). Esta tese apresenta quarto novos algoritmos para síntese de funções Booleanas. A primeira contribuição é um método de síntese para funções read-once baseado em uma estratégia de divisão-e-conquista. A segunda contribuição é um algoritmo top-down para síntese de funções DSD baseado em soma-de-produtos, produto-de-somas e soma-exclusiva-de-produtos. A terceira contribuição é um método bottom-up para síntese de funções DSD baseado em diferença Booleana e cofatores. A última contribuição é um novo método para síntese de funções RPO que é baseado na análise de transições positivas e negativas. / The problem of factoring and decomposing Boolean functions is Σ-complete2 for general functions. Efficient and exact algorithms can be created for an existing class of functions known as read-once, disjoint-support decomposable and read-polarity-once functions. A factored form is called read-once (RO) if each variable appears only once. A Boolean function is RO if it can be represented by an RO form. For example, the function represented by =12+134+135 is a RO function, since it can be factored into =1(2+3(4+5)). A Boolean function f(X) can be decomposed using simpler subfunctions g and h, such that ()=ℎ((1),2) being X1, X2 ≠ ∅, and X1 ∪ X2 = X. A disjoint-support decomposition (DSD) is a special case of functional decomposition, where the input sets X1 and X2 do not share any element, i.e., X1 ∩ X2 = ∅. Roughly speaking, DSD functions can be represented by a read-once expression where the exclusive-or operator (⊕) can also be used as base operation. For example, =1(2⊕(4+5)). A read-polarity-once (RPO) form is a factored form where each polarity (positive or negative) of a variable appears at most once. A Boolean function is RPO if it can be represented by an RPO factored form. For example the function =1̅̅̅24+13+23 is RPO, since it can factored into =(1̅̅̅4+3)(1+2). This dissertation presents four new algorithms for synthesis of Boolean functions. The first contribution is a synthesis method for read-once functions based on a divide-and-conquer strategy. The second and third contributions are two algorithms for synthesis of DSD functions: a top-down approach that checks if there is an OR, AND or XOR decomposition based on sum-of-products, product-of-sums and exclusive-sum-of-products inputs, respectively; and a method that runs in a bottom-up fashion and is based on Boolean difference and cofactor analysis. The last contribution is a new method to synthesize RPO functions which is based on the analysis of positive and negative transition sets. Results show the efficacy and efficiency of the four proposed methods.

O problema de fatorar e decompor funções Booleanas é Σ-completo2 para funções gerais. Algoritmos eficientes e exatos podem ser criados para classes de funções existentes como funções read-once, disjoint-support decomposable e read-polarity-once. Uma forma fatorada é chamada de read-once (RO) se cada variável aparece uma única vez. Uma função Booleana é RO se existe uma forma fatorada RO que a representa. Por exemplo, a função representada por =12+134+135 é uma função RO, pois pode ser fatorada em =1(2+3(4+5)). Uma função Booleana f(X) pode ser decomposta usando funções mais simples g e h de forma que ()=ℎ((1),2) sendo X1, X2 ≠ ∅, e X1 ∪ X2 = X. Uma decomposição disjunta de suporte (disjoint-support decomposition – DSD) é um caso especial de decomposição funcional, onde o conjunto de entradas X1 e X2 não compartilham elementos, i.e., X1 ∩ X2 = ∅. Por exemplo, a função =12̅̅̅3+123̅̅̅ 4̅̅̅+12̅̅̅4 é DSD, pois existe uma decomposição tal que =1(2⊕(3+4)). Uma forma read-polarity-once (RPO) é uma forma fatorada onde cada polaridade (positiva ou negativa) de uma variável aparece no máximo uma vez. Uma função Booleana é RPO se existe uma forma fatorada RPO que a representa. Por exemplo, a função =1̅̅̅24+13+23 é RPO, pois pode ser fatorada em =(1̅̅̅4+3)(1+2). Esta tese apresenta quarto novos algoritmos para síntese de funções Booleanas. A primeira contribuição é um método de síntese para funções read-once baseado em uma estratégia de divisão-e-conquista. A segunda contribuição é um algoritmo top-down para síntese de funções DSD baseado em soma-de-produtos, produto-de-somas e soma-exclusiva-de-produtos. A terceira contribuição é um método bottom-up para síntese de funções DSD baseado em diferença Booleana e cofatores. A última contribuição é um novo método para síntese de funções RPO que é baseado na análise de transições positivas e negativas. / The problem of factoring and decomposing Boolean functions is Σ-complete2 for general functions. Efficient and exact algorithms can be created for an existing class of functions known as read-once, disjoint-support decomposable and read-polarity-once functions. A factored form is called read-once (RO) if each variable appears only once. A Boolean function is RO if it can be represented by an RO form. For example, the function represented by =12+134+135 is a RO function, since it can be factored into =1(2+3(4+5)). A Boolean function f(X) can be decomposed using simpler subfunctions g and h, such that ()=ℎ((1),2) being X1, X2 ≠ ∅, and X1 ∪ X2 = X. A disjoint-support decomposition (DSD) is a special case of functional decomposition, where the input sets X1 and X2 do not share any element, i.e., X1 ∩ X2 = ∅. Roughly speaking, DSD functions can be represented by a read-once expression where the exclusive-or operator (⊕) can also be used as base operation. For example, =1(2⊕(4+5)). A read-polarity-once (RPO) form is a factored form where each polarity (positive or negative) of a variable appears at most once. A Boolean function is RPO if it can be represented by an RPO factored form. For example the function =1̅̅̅24+13+23 is RPO, since it can factored into =(1̅̅̅4+3)(1+2). This dissertation presents four new algorithms for synthesis of Boolean functions. The first contribution is a synthesis method for read-once functions based on a divide-and-conquer strategy. The second and third contributions are two algorithms for synthesis of DSD functions: a top-down approach that checks if there is an OR, AND or XOR decomposition based on sum-of-products, product-of-sums and exclusive-sum-of-products inputs, respectively; and a method that runs in a bottom-up fashion and is based on Boolean difference and cofactor analysis. The last contribution is a new method to synthesize RPO functions which is based on the analysis of positive and negative transition sets. Results show the efficacy and efficiency of the four proposed methods.

Algoritmos exatos para fatoração estão limitados a funções Booleanas read-once, onde cada variável aparece uma vez na equação final. No entanto, estes algoritmos apresentam duas restrições principais: (1) eles não consideram funções Booleanas incompletamente especificadas, e (2) eles não são adequados para as funções binate. Para superar o primeiro inconveniente, é proposto um algoritmo que encontra equações read-once para funções Booleanas incompletamente especificadas, sempre que possível, é proposto. Com respeito à segunda limitação, é apresentada uma transformação de domínio que divide variáveis binate existentes em duas variáveis unate independentes. Tal transformação de domínio conduz a funções Booleanas incompletamente especificadas, que podem ser eficientemente fatoradas mediante a aplicação do algoritmo proposto. A combinação das duas contribuições dá resultados ótimos para uma nova classe de funções Booleanas chamada read-polarity-once, onde cada polaridade (positiva ou negativa) de uma variável aparece no máximo uma vez na forma fatorada da expressão Booleana. Resultados experimentais sobre circuitos ISCAS'85 mostrou que funções read-polarity-once são significativamente mais frequentes em circuitos reais quando comparado com a classe de funções read-once, a qual muitos trabalhos já foram dedicados na literatura. / Efficient exact factoring algorithms are limited to read-once functions, in which each variable appears once in the final Boolean equation. However, those algorithms present two main constraints: (1) they do not consider incompletely specified Boolean functions; and (2) they are not suitable for binate functions. To overcome the first drawback, it is proposed an algorithm that finds read-once formulas for incompletely specified Boolean functions, whenever possible. With respect to the second limitation, a domain transformation that splits existing binate variables into two independent unate variables is presented. Such domain transformation leads to incompletely specified Boolean functions, which can be efficiently factored by applying the proposed algorithm. The combination of both contributions gives optimal results for a novel broader class of Boolean functions named as read-polarity-once functions, where each polarity (positive or negative) of a variable appears at most once in the factored form. Experimental results over ISCAS'85 benchmark circuits have shown that read-polarityonce functions are significantly more frequent than read-once functions, for which many works have already been devoted in the literature.

Algoritmos exatos para fatoração estão limitados a funções Booleanas read-once, onde cada variável aparece uma vez na equação final. No entanto, estes algoritmos apresentam duas restrições principais: (1) eles não consideram funções Booleanas incompletamente especificadas, e (2) eles não são adequados para as funções binate. Para superar o primeiro inconveniente, é proposto um algoritmo que encontra equações read-once para funções Booleanas incompletamente especificadas, sempre que possível, é proposto. Com respeito à segunda limitação, é apresentada uma transformação de domínio que divide variáveis binate existentes em duas variáveis unate independentes. Tal transformação de domínio conduz a funções Booleanas incompletamente especificadas, que podem ser eficientemente fatoradas mediante a aplicação do algoritmo proposto. A combinação das duas contribuições dá resultados ótimos para uma nova classe de funções Booleanas chamada read-polarity-once, onde cada polaridade (positiva ou negativa) de uma variável aparece no máximo uma vez na forma fatorada da expressão Booleana. Resultados experimentais sobre circuitos ISCAS'85 mostrou que funções read-polarity-once são significativamente mais frequentes em circuitos reais quando comparado com a classe de funções read-once, a qual muitos trabalhos já foram dedicados na literatura. / Efficient exact factoring algorithms are limited to read-once functions, in which each variable appears once in the final Boolean equation. However, those algorithms present two main constraints: (1) they do not consider incompletely specified Boolean functions; and (2) they are not suitable for binate functions. To overcome the first drawback, it is proposed an algorithm that finds read-once formulas for incompletely specified Boolean functions, whenever possible. With respect to the second limitation, a domain transformation that splits existing binate variables into two independent unate variables is presented. Such domain transformation leads to incompletely specified Boolean functions, which can be efficiently factored by applying the proposed algorithm. The combination of both contributions gives optimal results for a novel broader class of Boolean functions named as read-polarity-once functions, where each polarity (positive or negative) of a variable appears at most once in the factored form. Experimental results over ISCAS'85 benchmark circuits have shown that read-polarityonce functions are significantly more frequent than read-once functions, for which many works have already been devoted in the literature.

Algoritmos exatos para fatoração estão limitados a funções Booleanas read-once, onde cada variável aparece uma vez na equação final. No entanto, estes algoritmos apresentam duas restrições principais: (1) eles não consideram funções Booleanas incompletamente especificadas, e (2) eles não são adequados para as funções binate. Para superar o primeiro inconveniente, é proposto um algoritmo que encontra equações read-once para funções Booleanas incompletamente especificadas, sempre que possível, é proposto. Com respeito à segunda limitação, é apresentada uma transformação de domínio que divide variáveis binate existentes em duas variáveis unate independentes. Tal transformação de domínio conduz a funções Booleanas incompletamente especificadas, que podem ser eficientemente fatoradas mediante a aplicação do algoritmo proposto. A combinação das duas contribuições dá resultados ótimos para uma nova classe de funções Booleanas chamada read-polarity-once, onde cada polaridade (positiva ou negativa) de uma variável aparece no máximo uma vez na forma fatorada da expressão Booleana. Resultados experimentais sobre circuitos ISCAS'85 mostrou que funções read-polarity-once são significativamente mais frequentes em circuitos reais quando comparado com a classe de funções read-once, a qual muitos trabalhos já foram dedicados na literatura. / Efficient exact factoring algorithms are limited to read-once functions, in which each variable appears once in the final Boolean equation. However, those algorithms present two main constraints: (1) they do not consider incompletely specified Boolean functions; and (2) they are not suitable for binate functions. To overcome the first drawback, it is proposed an algorithm that finds read-once formulas for incompletely specified Boolean functions, whenever possible. With respect to the second limitation, a domain transformation that splits existing binate variables into two independent unate variables is presented. Such domain transformation leads to incompletely specified Boolean functions, which can be efficiently factored by applying the proposed algorithm. The combination of both contributions gives optimal results for a novel broader class of Boolean functions named as read-polarity-once functions, where each polarity (positive or negative) of a variable appears at most once in the factored form. Experimental results over ISCAS'85 benchmark circuits have shown that read-polarityonce functions are significantly more frequent than read-once functions, for which many works have already been devoted in the literature.