]> Repositorios git - scryer-prolog.git/commitdiff
ADDED: library(simplex), for solving linear programming problems.
authorMarkus Triska <[email protected]>
Sun, 6 Mar 2022 20:36:55 +0000 (21:36 +0100)
committerMarkus Triska <[email protected]>
Sun, 6 Mar 2022 20:49:52 +0000 (21:49 +0100)
README.md
src/lib/simplex.pl [new file with mode: 0644]

index 7999dcb4d25cd969c2a39cf600aa645948ae0cd9..cb551e3afcc51ce0c29472f74ecdc7b16153d239 100644 (file)
--- a/README.md
+++ b/README.md
@@ -563,6 +563,9 @@ The modules that ship with Scryer&nbsp;Prolog are also called
 * [`tls`](src/lib/tls.pl)
   Predicates for negotiating TLS connections explicitly.
 * [`ugraphs`](src/lib/ugraphs.pl) Graph manipulation library
+* [`simplex`](src/lib/simplex.pl) Providing `assignment/2`,
+  `transportation/4` and other predicates for solving linear
+  programming problems.
 
 To use predicates provided by the `lists` library, write:
 
diff --git a/src/lib/simplex.pl b/src/lib/simplex.pl
new file mode 100644 (file)
index 0000000..9522dab
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,1383 @@
+/*
+    Author:        Markus Triska
+    E-mail:        [email protected]
+    WWW:           http://www.metalevel.at
+    Copyright (C): 2005-2022, Markus Triska
+
+    Part of Scryer Prolog. All rights reserved.
+
+    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+    modification, are permitted provided that the following conditions
+    are met:
+
+    1. Redistributions of source code must retain the above copyright
+       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+
+    2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+       notice, this list of conditions and the following disclaimer in
+       the documentation and/or other materials provided with the
+       distribution.
+
+    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
+    "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
+    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
+    FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
+    COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
+    INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
+    BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
+    LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
+    CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
+    LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
+    ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
+    POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+*/
+
+
+:- module(simplex,
+        [
+                assignment/2,
+                constraint/3,
+                constraint/4,
+                constraint_add/4,
+                gen_state/1,
+                maximize/3,
+                minimize/3,
+                objective/2,
+                shadow_price/3,
+                transportation/4,
+                variable_value/3
+        ]).
+
+:- use_module(library(assoc)).
+:- use_module(library(pio)).
+:- use_module(library(lists)).
+:- use_module(library(dcgs)).
+:- use_module(library(charsio)).
+:- use_module(library(format)).
+:- use_module(library(between)).
+:- use_module(library(atts)).
+:- use_module(library(arithmetic)).
+
+/** library(simplex): Solve linear programming problems
+
+This library provides several predicates for solving linear
+programming problems with the simplex algorithm, and also includes
+efficient algorithms for transportation and assignment problems.
+
+Efficiency could be improved significantly by changing the
+implementation to the revised simplex method, benefiting from sparse
+matrices.
+
+If you are interested in cooperating on such improvements, please
+contact me! Enhancing the performance of this library would be a great
+thesis project, for example.
+
+## Introduction                        {#simplex-intro}
+
+A *linear programming problem* or simply *linear program* (LP)
+consists of:
+
+  - a set of _linear_ **constraints**
+  - a set of **variables**
+  - a _linear_ **objective function**.
+
+The goal is to assign values to the variables so as to _maximize_ (or
+minimize) the value of the objective function while satisfying all
+constraints.
+
+Many optimization problems can be modeled in this way. As one basic
+example, consider a knapsack with fixed capacity C, and a number of
+items with sizes `s(i)` and values `v(i)`. The goal is to put as many
+items as possible in the knapsack (not exceeding its capacity) while
+maximizing the sum of their values.
+
+As another example, suppose you are given a set of _coins_ with
+certain values, and you are to find the minimum number of coins such
+that their values sum up to a fixed amount. Instances of these
+problems are solved below.
+
+Rational arithmetic is used throughout solving linear programs. In
+the current implementation, all variables are implicitly constrained
+to be _non-negative_. This may change in future versions, and
+non-negativity constraints should therefore be stated explicitly.
+
+
+## Example 1     {#simplex-ex-1}
+
+This is the "radiation therapy" example, taken from _Introduction to
+Operations Research_ by Hillier and Lieberman.
+
+[**Prolog DCG notation**](https://www.metalevel.at/prolog/dcg) is
+used to _implicitly_ thread the state through posting the constraints:
+
+==
+:- use_module(library(simplex)).
+:- use_module(library(dcgs)).
+
+radiation(S) :-
+       gen_state(S0),
+       post_constraints(S0, S1),
+       minimize([0.4*x1, 0.5*x2], S1, S).
+
+post_constraints -->
+       constraint([0.3*x1, 0.1*x2] =< 2.7),
+       constraint([0.5*x1, 0.5*x2] = 6),
+       constraint([0.6*x1, 0.4*x2] >= 6),
+       constraint([x1] >= 0),
+       constraint([x2] >= 0).
+==
+
+An example query:
+
+==
+?- radiation(S), variable_value(S, x1, Val1),
+                variable_value(S, x2, Val2).
+   S = solved(...), Val1 = 15 rdiv 2, Val2 = 9 rdiv 2.
+==
+
+## Example 2     {#simplex-ex-2}
+
+Here is an instance of the knapsack problem described above, where `C
+= 8`, and we have two types of items: One item with value 7 and size
+6, and 2 items each having size 4 and value 4. We introduce two
+variables, `x(1)` and `x(2)` that denote how many items to take of
+each type.
+
+==
+:- use_module(library(simplex)).
+
+knapsack(S) :-
+       knapsack_constraints(S0),
+       maximize([7*x(1), 4*x(2)], S0, S).
+
+knapsack_constraints(S) :-
+       gen_state(S0),
+       constraint([6*x(1), 4*x(2)] =< 8, S0, S1),
+       constraint([x(1)] =< 1, S1, S2),
+       constraint([x(2)] =< 2, S2, S).
+==
+
+An example query yields:
+
+==
+?- knapsack(S), variable_value(S, x(1), X1),
+               variable_value(S, x(2), X2).
+   S = solved(...), X1 = 1 rdiv 1, X2 = 1 rdiv 2.
+==
+
+That is, we are to take the one item of the first type, and half of one of
+the items of the other type to maximize the total value of items in the
+knapsack.
+
+If items can not be split, integrality constraints have to be imposed:
+
+==
+knapsack_integral(S) :-
+       knapsack_constraints(S0),
+       constraint(integral(x(1)), S0, S1),
+       constraint(integral(x(2)), S1, S2),
+       maximize([7*x(1), 4*x(2)], S2, S).
+==
+
+Now the result is different:
+
+==
+?- knapsack_integral(S), variable_value(S, x(1), X1),
+                        variable_value(S, x(2), X2).
+
+X1 = 0
+X2 = 2
+==
+
+That is, we are to take only the _two_ items of the second type.
+Notice in particular that always choosing the remaining item with best
+performance (ratio of value to size) that still fits in the knapsack
+does not necessarily yield an optimal solution in the presence of
+integrality constraints.
+
+## Example 3      {#simplex-ex-3}
+
+We are given:
+
+  - 3 coins each worth 1 unit
+  - 20 coins each worth 5 units and
+  - 10 coins each worth 20 units.
+
+The task is to find a _minimal_ number of these coins that amount to
+111 units in total. We introduce variables `c(1)`, `c(5)` and `c(20)`
+denoting how many coins to take of the respective type:
+
+==
+:- use_module(library(simplex)).
+
+coins(S) :-
+       gen_state(S0),
+       coins(S0, S).
+
+coins -->
+       constraint([c(1), 5*c(5), 20*c(20)] = 111),
+       constraint([c(1)] =< 3),
+       constraint([c(5)] =< 20),
+       constraint([c(20)] =< 10),
+       constraint([c(1)] >= 0),
+       constraint([c(5)] >= 0),
+       constraint([c(20)] >= 0),
+       constraint(integral(c(1))),
+       constraint(integral(c(5))),
+       constraint(integral(c(20))),
+       minimize([c(1), c(5), c(20)]).
+==
+
+An example query:
+
+==
+?- coins(S), variable_value(S, c(1), C1),
+            variable_value(S, c(5), C5),
+            variable_value(S, c(20), C20).
+   S = solved(...), C1 = 1 rdiv 1, C5 = 2 rdiv 1, C20 = 5 rdiv 1.
+==
+
+@author [Markus Triska](https://www.metalevel.at)
+*/
+
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   General Simplex Algorithm
+   Structures used:
+
+   tableau(Objective, Variables, Indicators, Constraints)
+     *) objective function, represented as row
+     *) list of variables corresponding to columns
+     *) indicators denoting which variables are still active
+     *) constraints as rows
+
+   row(Var, Left, Right)
+     *) the basic variable corresponding to this row
+     *) coefficients of the left-hand side of the constraint
+     *) right-hand side of the constraint
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+
+find_row(Variable, [Row|Rows], R) :-
+        Row = row(V, _, _),
+        (   V == Variable -> R = Row
+        ;   find_row(Variable, Rows, R)
+        ).
+
+%% variable_value(+State, +Variable, -Value)
+%
+% Value is unified with the value obtained for Variable. State must
+% correspond to a solved instance.
+
+variable_value(State, Variable, Value) :-
+        functor(State, F, _),
+        (   F == solved ->
+            solved_tableau(State, Tableau),
+            tableau_rows(Tableau, Rows),
+            (   find_row(Variable, Rows, Row) -> Row = row(_, _, Value)
+            ;   Value = 0
+            )
+        ;   F == clpr_solved -> no_clpr
+        ).
+
+no_clpr :- throw(clpr_not_supported).
+
+var_zero(State, _Coeff*Var) :- variable_value(State, Var, 0).
+
+list_first(Ls, F, Index) :- once(nth0(Index, Ls, F)).
+
+%% shadow_price(+State, +Name, -Value)
+%
+% Unifies Value with the shadow price corresponding to the linear
+% constraint whose name is Name. State must correspond to a solved
+% instance.
+
+shadow_price(State, Name, Value) :-
+        functor(State, F, _),
+        (   F == solved ->
+            solved_tableau(State, Tableau),
+            tableau_objective(Tableau, row(_,Left,_)),
+            tableau_variables(Tableau, Variables),
+            solved_names(State, Names),
+            memberchk(user(Name)-Var, Names),
+            list_first(Variables, Var, Nth0),
+            nth0(Nth0, Left, Value)
+        ;   F == clpr_solved -> no_clpr
+        ).
+
+%% objective(+State, -Objective)
+%
+% Unifies Objective with the result of the objective function at the
+% obtained extremum. State must correspond to a solved instance.
+
+objective(State, Obj) :-
+        functor(State, F, _),
+        (   F == solved ->
+            solved_tableau(State, Tableau),
+            tableau_objective(Tableau, Objective),
+            Objective = row(_, _, Obj)
+        ;   no_clpr
+        ).
+
+   % interface functions that access tableau components
+
+tableau_objective(tableau(Obj, _, _, _), Obj).
+tableau_rows(tableau(_, _, _, Rows), Rows).
+tableau_indicators(tableau(_, _, Inds, _), Inds).
+tableau_variables(tableau(_, Vars, _, _), Vars).
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   interface functions that access and modify state components
+
+   state is a structure of the form
+       state(Num, Names, Cs, Is)
+   Num: used to obtain new unique names for slack variables in a side-effect
+        free way (increased by one and threaded through)
+   Names: list of Name-Var, correspondence between constraint-names and
+        names of slack/artificial variables to obtain shadow prices later
+   Cs: list of constraints
+   Is: list of integer variables
+
+   constraints are initially represented as c(Name, Left, Op, Right),
+   and after normalizing as c(Var, Left, Right). Name of unnamed constraints
+   is 0. The distinction is important for merging constraints (mainly in
+   branch and bound) with existing ones.
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+
+constraint_name(c(Name, _, _, _), Name).
+constraint_op(c(_, _, Op, _), Op).
+constraint_left(c(_, Left, _, _), Left).
+constraint_right(c(_, _, _, Right), Right).
+
+%% gen_state(-State)
+%
+% Generates an initial state corresponding to an empty linear program.
+
+gen_state(state(0,[],[],[])).
+
+state_add_constraint(C, S0, S) :-
+        (   constraint_name(C, 0), constraint_left(C, [_Coeff*_Var]) ->
+            state_merge_constraint(C, S0, S)
+        ;   state_add_constraint_(C, S0, S)
+        ).
+
+state_add_constraint_(C, state(VID,Ns,Cs,Is), state(VID,Ns,[C|Cs],Is)).
+
+state_merge_constraint(C, S0, S) :-
+        constraint_left(C, [Coeff0*Var0]),
+        constraint_right(C, Right0),
+        constraint_op(C, Op),
+        (   Coeff0 =:= 0 ->
+            (   Op == (=) -> Right0 =:= 0, S0 = S
+            ;   Op == (=<) -> S0 = S
+            ;   Op == (>=) -> Right0 =:= 0, S0 = S
+            )
+        ;   Coeff0 < 0 -> state_add_constraint_(C, S0, S)
+        ;   Right is Right0 rdiv Coeff0,
+            state_constraints(S0, Cs),
+            (   select(c(0, [1*Var0], Op, CRight), Cs, RestCs) ->
+                (   Op == (=) -> CRight =:= Right, S0 = S
+                ;   Op == (=<) ->
+                    NewRight is min(Right, CRight),
+                    NewCs = [c(0, [1*Var0], Op, NewRight)|RestCs],
+                    state_set_constraints(NewCs, S0, S)
+                ;   Op == (>=) ->
+                    NewRight is max(Right, CRight),
+                    NewCs = [c(0, [1*Var0], Op, NewRight)|RestCs],
+                    state_set_constraints(NewCs, S0, S)
+                )
+            ;   state_add_constraint_(c(0, [1*Var0], Op, Right), S0, S)
+            )
+        ).
+
+
+state_add_name(Name, Var), [state(VID,[Name-Var|Ns],Cs,Is)] -->
+        [state(VID,Ns,Cs,Is)].
+
+state_add_integral(Var, state(VID,Ns,Cs,Is), state(VID,Ns,Cs,[Var|Is])).
+
+state_constraints(state(_, _, Cs, _), Cs).
+state_names(state(_,Names,_,_), Names).
+state_integrals(state(_,_,_,Is), Is).
+state_set_constraints(Cs, state(VID,Ns,_,Is), state(VID,Ns,Cs,Is)).
+state_set_integrals(Is, state(VID,Ns,Cs,_), state(VID,Ns,Cs,Is)).
+
+
+state_next_var(VarID0), [state(VarID1,Names,Cs,Is)] -->
+        [state(VarID0,Names,Cs,Is)],
+        { VarID1 is VarID0 + 1 }.
+
+solved_tableau(solved(Tableau, _, _), Tableau).
+solved_names(solved(_, Names,_), Names).
+solved_integrals(solved(_,_,Is), Is).
+
+% User-named constraints are wrapped with user/1 to also allow "0" in
+% constraint names.
+
+%% constraint(+Constraint, +S0, -S)
+%
+% Adds a linear or integrality constraint to the linear program
+% corresponding to state S0. A linear constraint is of the form =|Left
+% Op C|=, where `Left` is a list of `Coefficient*Variable` terms
+% (variables in the context of linear programs can be atoms or
+% compound terms) and `C` is a non-negative numeric constant. The list
+% represents the sum of its elements. `Op` can be `=`, `=<` or `>=`.
+% The coefficient `1` can be omitted. An integrality constraint is of
+% the form integral(Variable) and constrains Variable to an integral
+% value.
+
+
+constraint(C, S0, S) :-
+        functor(S0, F, _),
+        (   F == state ->
+            (   C = integral(Var) -> state_add_integral(Var, S0, S)
+            ;   constraint_(0, C, S0, S)
+            )
+        ;   F == clpr_state -> no_clpr
+        ).
+
+%% constraint(+Name, +Constraint, +S0, -S)
+%
+% Like constraint/3, and attaches the name Name (an atom or compound
+% term) to the new constraint.
+
+constraint(Name, C, S0, S) :- constraint_(user(Name), C, S0, S).
+
+constraint_(Name, C, S0, S) :-
+        functor(S0, F, _),
+        (   F == state ->
+            (   C = integral(Var) -> state_add_integral(Var, S0, S)
+            ;   C =.. [Op, Left0, Right0],
+                coeff_one(Left0, Left),
+                Right0 >= 0,
+                number_to_rational(Right0, Right),
+                state_add_constraint(c(Name, Left, Op, Right), S0, S)
+            )
+        ;   F == clpr_state -> no_clpr
+        ).
+
+%% constraint_add(+Name, +Left, +S0, -S)
+%
+% Left is a list of `Coefficient*Variable` terms. The terms are added
+% to the left-hand side of the constraint named Name. S is unified
+% with the resulting state.
+
+constraint_add(Name, A, S0, S) :-
+        functor(S0, F, _),
+        (   F == state ->
+            state_constraints(S0, Cs),
+            add_left(Cs, user(Name), A, Cs1),
+            state_set_constraints(Cs1, S0, S)
+        ;   F == clpr_state -> no_clpr
+        ).
+
+
+add_left([c(Name,Left0,Op,Right)|Cs], V, A, [c(Name,Left,Op,Right)|Rest]) :-
+        (   Name == V -> append(A, Left0, Left), Rest = Cs
+        ;   Left0 = Left, add_left(Cs, V, A, Rest)
+        ).
+
+branching_variable(State, Variable) :-
+        solved_integrals(State, Integrals),
+        member(Variable, Integrals),
+        variable_value(State, Variable, Value),
+        \+ integer(Value).
+
+
+worth_investigating(ZStar0, _, _) :- var(ZStar0).
+worth_investigating(ZStar0, AllInt, Z) :-
+        nonvar(ZStar0),
+        (   AllInt =:= 1 -> Z1 is floor(Z)
+        ;   Z1 = Z
+        ),
+        Z1 > ZStar0.
+
+
+branch_and_bound(Objective, Solved, AllInt, ZStar0, ZStar, S0, S, Found) :-
+        objective(Solved, Z),
+        (   worth_investigating(ZStar0, AllInt, Z) ->
+            (   branching_variable(Solved, BrVar) ->
+                variable_value(Solved, BrVar, Value),
+                Value1 is floor(Value),
+                Value2 is Value1 + 1,
+                constraint([BrVar] =< Value1, S0, SubProb1),
+                (   maximize_(Objective, SubProb1, SubSolved1) ->
+                    Sub1Feasible = 1,
+                    objective(SubSolved1, Obj1)
+                ;   Sub1Feasible = 0
+                ),
+                constraint([BrVar] >= Value2, S0, SubProb2),
+                (   maximize_(Objective, SubProb2, SubSolved2) ->
+                    Sub2Feasible = 1,
+                    objective(SubSolved2, Obj2)
+                ;   Sub2Feasible = 0
+                ),
+                (   Sub1Feasible =:= 1, Sub2Feasible =:= 1 ->
+                    (   Obj1 >= Obj2 ->
+                        First = SubProb1,
+                        Second = SubProb2,
+                        FirstSolved = SubSolved1,
+                        SecondSolved = SubSolved2
+                    ;   First = SubProb2,
+                        Second = SubProb1,
+                        FirstSolved = SubSolved2,
+                        SecondSolved = SubSolved1
+                    ),
+                    branch_and_bound(Objective, FirstSolved, AllInt, ZStar0, ZStar1, First, Solved1, Found1),
+                    branch_and_bound(Objective, SecondSolved, AllInt, ZStar1, ZStar2, Second, Solved2, Found2)
+                ;   Sub1Feasible =:= 1 ->
+                    branch_and_bound(Objective, SubSolved1, AllInt, ZStar0, ZStar1, SubProb1, Solved1, Found1),
+                    Found2 = 0
+                ;   Sub2Feasible =:= 1 ->
+                    Found1 = 0,
+                    branch_and_bound(Objective, SubSolved2, AllInt, ZStar0, ZStar2, SubProb2, Solved2, Found2)
+                ;   Found1 = 0, Found2 = 0
+                ),
+                (   Found1 =:= 1, Found2 =:= 1 -> S = Solved2, ZStar = ZStar2
+                ;   Found1 =:= 1 -> S = Solved1, ZStar = ZStar1
+                ;   Found2 =:= 1 -> S = Solved2, ZStar = ZStar2
+                ;   S = S0, ZStar = ZStar0
+                ),
+                Found is max(Found1, Found2)
+            ;   S = Solved, ZStar = Z, Found = 1
+            )
+        ;   ZStar = ZStar0, S = S0, Found = 0
+        ).
+
+%% maximize(+Objective, +S0, -S)
+%
+% Maximizes the objective function, stated as a list of
+% `Coefficient*Variable` terms that represents the sum of its
+% elements, with respect to the linear program corresponding to state
+% S0. \arg{S} is unified with an internal representation of the solved
+% instance.
+
+maximize(Z0, S0, S) :-
+        coeff_one(Z0, Z1),
+        functor(S0, F, _),
+        (   F == state -> maximize_mip(Z1, S0, S)
+        ;   F == clpr_state -> no_clpr
+        ).
+
+maximize_mip(Z, S0, S) :-
+        maximize_(Z, S0, Solved),
+        state_integrals(S0, Is),
+        (   Is == [] -> S = Solved
+        ;   % arrange it so that branch and bound branches on variables
+            % in the same order the integrality constraints were stated in
+            reverse(Is, Is1),
+            state_set_integrals(Is1, S0, S1),
+            (   all_integers(Z, Is1) -> AllInt = 1
+            ;   AllInt = 0
+            ),
+            branch_and_bound(Z, Solved, AllInt, _, _, S1, S, 1)
+        ).
+
+all_integers([], _).
+all_integers([Coeff*V|Rest], Is) :-
+        integer(Coeff),
+        memberchk(V, Is),
+        all_integers(Rest, Is).
+
+%% minimize(+Objective, +S0, -S)
+%
+% Analogous to maximize/3.
+
+minimize(Z0, S0, S) :-
+        coeff_one(Z0, Z1),
+        functor(S0, F, _),
+        (   F == state ->
+            maplist(linsum_negate, Z1, Z2),
+            maximize_mip(Z2, S0, S1),
+            solved_tableau(S1, tableau(Obj, Vars, Inds, Rows)),
+            solved_names(S1, Names),
+            Obj = row(z, Left0, Right0),
+            all_times(Left0, -1, Left),
+            Right is -Right0,
+            Obj1 = row(z, Left, Right),
+            state_integrals(S0, Is),
+            S = solved(tableau(Obj1, Vars, Inds, Rows), Names, Is)
+        ;   F == clpr_state -> no_clpr
+        ).
+
+op_pendant(>=, =<).
+op_pendant(=<, >=).
+
+constraints_collapse([]) --> [].
+constraints_collapse([C|Cs]) -->
+        { C = c(Name, Left, Op, Right) },
+        (   { Name == 0, Left = [1*Var], op_pendant(Op, P) } ->
+            { Pendant = c(0, [1*Var], P, Right) },
+            (   { select(Pendant, Cs, Rest) } ->
+                [c(0, Left, (=), Right)],
+                { CsLeft = Rest }
+            ;   [C],
+                { CsLeft = Cs }
+            )
+        ;   [C],
+            { CsLeft = Cs }
+        ),
+        constraints_collapse(CsLeft).
+
+% solve a (relaxed) LP in standard form
+
+maximize_(Z, S0, S) :-
+        state_constraints(S0, Cs0),
+        phrase(constraints_collapse(Cs0), Cs1),
+        phrase(constraints_normalize(Cs1, Cs, As0), [S0], [S1]),
+        flatten(As0, As1),
+        (   As1 == [] ->
+            make_tableau(Z, Cs, Tableau0),
+            simplex(Tableau0, Tableau),
+            state_names(S1, Names),
+            state_integrals(S1, Is),
+            S = solved(Tableau, Names, Is)
+        ;   state_names(S1, Names),
+            state_integrals(S1, Is),
+            two_phase_simplex(Z, Cs, As1, Names, Is, S)
+        ).
+
+flatten(Lss, Ls) :-
+        phrase(seqq(Lss), Ls).
+
+make_tableau(Z, Cs, Tableau) :-
+        ZC = c(_, Z, _),
+        phrase(constraints_variables([ZC|Cs]), Variables0),
+        sort(Variables0, Variables),
+        constraints_rows(Cs, Variables, Rows),
+        linsum_row(Variables, Z, Objective1),
+        all_times(Objective1, -1, Obj),
+        length(Variables, LVs),
+        length(Ones, LVs),
+        all_one(Ones),
+        Tableau = tableau(row(z, Obj, 0), Variables, Ones, Rows).
+
+all_one(Ones) :- maplist(=(1), Ones).
+
+proper_form(Variables, Rows, _Coeff*A, Obj0, Obj) :-
+        (   find_row(A, Rows, PivotRow) ->
+            list_first(Variables, A, Col),
+            row_eliminate(Obj0, PivotRow, Col, Obj)
+        ;   Obj = Obj0
+        ).
+
+
+two_phase_simplex(Z, Cs, As, Names, Is, S) :-
+        % phase 1: minimize sum of articifial variables
+        make_tableau(As, Cs, Tableau0),
+        Tableau0 = tableau(Obj0, Variables, Inds, Rows),
+        foldl(proper_form(Variables, Rows), As, Obj0, Obj),
+        simplex(tableau(Obj, Variables, Inds, Rows), Tableau1),
+        maplist(var_zero(solved(Tableau1, _, _)), As),
+        % phase 2: remove artificial variables and solve actual LP.
+        tableau_rows(Tableau1, Rows2),
+        eliminate_artificial(As, As, Variables, Rows2, Rows3),
+        list_nths(As, Variables, Nths0),
+        nths_to_zero(Nths0, Inds, Inds1),
+        linsum_row(Variables, Z, Objective),
+        all_times(Objective, -1, Objective1),
+        foldl(proper_form(Variables, Rows3), Z, row(z, Objective1, 0), ObjRow),
+        simplex(tableau(ObjRow, Variables, Inds1, Rows3), Tableau),
+        S = solved(Tableau, Names, Is).
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   If artificial variables are still in the basis, replace them with
+   non-artificial variables if possible. If that is not possible, the
+   constraint is ignored because it is redundant.
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+eliminate_artificial([], _, _, Rows, Rows).
+eliminate_artificial([_Coeff*A|Rest], As, Variables, Rows0, Rows) :-
+        (   select(row(A, Left, 0), Rows0, Others) ->
+            (   nth0(Col, Left, Coeff),
+                Coeff =\= 0,
+                nth0(Col, Variables, Var),
+                \+ memberchk(_*Var, As) ->
+                row_divide(row(A, Left, 0), Coeff, Row),
+                gauss_elimination(Rows0, Row, Col, Rows1),
+                swap_basic(Rows1, A, Var, Rows2)
+            ;   Rows2 = Others
+            )
+        ;   Rows2 = Rows0
+        ),
+        eliminate_artificial(Rest, As, Variables, Rows2, Rows).
+
+nths_to_zero([], Inds, Inds).
+nths_to_zero([Nth|Nths], Inds0, Inds) :-
+        nth_to_zero(Inds0, 0, Nth, Inds1),
+        nths_to_zero(Nths, Inds1, Inds).
+
+nth_to_zero([], _, _, []).
+nth_to_zero([I|Is], Curr, Nth, [Z|Zs]) :-
+        (   Curr =:= Nth -> [Z|Zs] = [0|Is]
+        ;   Z = I,
+            Next is Curr + 1,
+            nth_to_zero(Is, Next, Nth, Zs)
+        ).
+
+
+list_nths([], _, []).
+list_nths([_Coeff*A|As], Variables, [Nth|Nths]) :-
+        list_first(Variables, A, Nth),
+        list_nths(As, Variables, Nths).
+
+
+linsum_negate(Coeff0*Var, Coeff*Var) :- Coeff is -Coeff0.
+
+linsum_row([], _, []).
+linsum_row([V|Vs], Ls, [C|Cs]) :-
+        (   member(Coeff*V, Ls) -> C = Coeff
+        ;   C = 0
+        ),
+        linsum_row(Vs, Ls, Cs).
+
+constraints_rows([], _, []).
+constraints_rows([C|Cs], Vars, [R|Rs]) :-
+        C = c(Var, Left0, Right),
+        linsum_row(Vars, Left0, Left),
+        R = row(Var, Left, Right),
+        constraints_rows(Cs, Vars, Rs).
+
+constraints_normalize([], [], []) --> [].
+constraints_normalize([C0|Cs0], [C|Cs], [A|As]) -->
+        { constraint_op(C0, Op),
+          constraint_left(C0, Left),
+          constraint_right(C0, Right),
+          constraint_name(C0, Name),
+          Con =.. [Op, Left, Right] },
+        constraint_normalize(Con, Name, C, A),
+        constraints_normalize(Cs0, Cs, As).
+
+constraint_normalize(As0 =< B0, Name, c(Slack, [1*Slack|As0], B0), []) -->
+        state_next_var(Slack),
+        state_add_name(Name, Slack).
+constraint_normalize(As0 = B0, Name, c(AID, [1*AID|As0], B0), [-1*AID]) -->
+        state_next_var(AID),
+        state_add_name(Name, AID).
+constraint_normalize(As0 >= B0, Name, c(AID, [-1*Slack,1*AID|As0], B0), [-1*AID]) -->
+        state_next_var(Slack),
+        state_next_var(AID),
+        state_add_name(Name, AID).
+
+coeff_one([], []).
+coeff_one([L|Ls], [Coeff*Var|Rest]) :-
+        (   L = A*B ->
+            number_to_rational(A, Coeff),
+            Var = B
+        ;   Coeff = 1, Var = L
+        ),
+        coeff_one(Ls, Rest).
+
+
+tableau_optimal(Tableau) :-
+        tableau_objective(Tableau, Objective),
+        tableau_indicators(Tableau, Indicators),
+        Objective = row(_, Left, _),
+        all_nonnegative(Left, Indicators).
+
+all_nonnegative([], []).
+all_nonnegative([Coeff|As], [I|Is]) :-
+        (   I =:= 0 -> true
+        ;   Coeff >= 0
+        ),
+        all_nonnegative(As, Is).
+
+pivot_column(Tableau, PCol) :-
+        tableau_objective(Tableau, row(_, Left, _)),
+        tableau_indicators(Tableau, Indicators),
+        first_negative(Left, Indicators, 0, Index0, Val, RestL, RestI),
+        Index1 is Index0 + 1,
+        pivot_column(RestL, RestI, Val, Index1, Index0, PCol).
+
+first_negative([L|Ls], [I|Is], Index0, N, Val, RestL, RestI) :-
+        Index1 is Index0 + 1,
+        (   I =:= 0 -> first_negative(Ls, Is, Index1, N, Val, RestL, RestI)
+        ;   (   L < 0 -> N = Index0, Val = L, RestL = Ls, RestI = Is
+            ;   first_negative(Ls, Is, Index1, N, Val, RestL, RestI)
+            )
+        ).
+
+
+pivot_column([], _, _, _, N, N).
+pivot_column([L|Ls], [I|Is], Coeff0, Index0, N0, N) :-
+        (   I =:= 0 -> Coeff1 = Coeff0, N1 = N0
+        ;   (   L < Coeff0 -> Coeff1 = L, N1 = Index0
+            ;   Coeff1 = Coeff0, N1 = N0
+            )
+        ),
+        Index1 is Index0 + 1,
+        pivot_column(Ls, Is, Coeff1, Index1, N1, N).
+
+
+pivot_row(Tableau, PCol, PRow) :-
+        tableau_rows(Tableau, Rows),
+        pivot_row(Rows, PCol, false, _, 0, 0, PRow).
+
+pivot_row([], _, Bounded, _, _, Row, Row) :- Bounded.
+pivot_row([Row|Rows], PCol, Bounded0, Min0, Index0, PRow0, PRow) :-
+        Row = row(_Var, Left, B),
+        nth0(PCol, Left, Ae),
+        (   Ae > 0 ->
+            Bounded1 = true,
+            Bound is B rdiv Ae,
+            (   Bounded0 ->
+                (   Bound < Min0 -> Min1 = Bound, PRow1 = Index0
+                ;   Min1 = Min0, PRow1 = PRow0
+                )
+            ;   Min1 = Bound, PRow1 = Index0
+            )
+        ;   Bounded1 = Bounded0, Min1 = Min0, PRow1 = PRow0
+        ),
+        Index1 is Index0 + 1,
+        pivot_row(Rows, PCol, Bounded1, Min1, Index1, PRow1, PRow).
+
+
+row_divide(row(Var, Left0, Right0), Div, row(Var, Left, Right)) :-
+        all_divide(Left0, Div, Left),
+        Right is Right0 rdiv Div.
+
+
+all_divide([], _, []).
+all_divide([R|Rs], Div, [DR|DRs]) :-
+        DR is R rdiv Div,
+        all_divide(Rs, Div, DRs).
+
+gauss_elimination([], _, _, []).
+gauss_elimination([Row0|Rows0], PivotRow, Col, [Row|Rows]) :-
+        PivotRow = row(PVar, _, _),
+        Row0 = row(Var, _, _),
+        (   PVar == Var -> Row = PivotRow
+        ;   row_eliminate(Row0, PivotRow, Col, Row)
+        ),
+        gauss_elimination(Rows0, PivotRow, Col, Rows).
+
+row_eliminate(row(Var, Ls0, R0), row(_, PLs, PR), Col, row(Var, Ls, R)) :-
+        nth0(Col, Ls0, Coeff),
+        (   Coeff =:= 0 -> Ls = Ls0, R = R0
+        ;   MCoeff is -Coeff,
+            all_times_plus([PR|PLs], MCoeff, [R0|Ls0], [R|Ls])
+        ).
+
+all_times_plus([], _, _, []).
+all_times_plus([A|As], T, [B|Bs], [AT|ATs]) :-
+        AT is A * T + B,
+        all_times_plus(As, T, Bs, ATs).
+
+all_times([], _, []).
+all_times([A|As], T, [AT|ATs]) :-
+        AT is A * T,
+        all_times(As, T, ATs).
+
+simplex(Tableau0, Tableau) :-
+        (   tableau_optimal(Tableau0) -> Tableau0 = Tableau
+        ;   pivot_column(Tableau0, PCol),
+            pivot_row(Tableau0, PCol, PRow),
+            Tableau0 = tableau(Obj0,Variables,Inds,Matrix0),
+            nth0(PRow, Matrix0, Row0),
+            Row0 = row(Leaving, Left0, _Right0),
+            nth0(PCol, Left0, PivotElement),
+            row_divide(Row0, PivotElement, Row1),
+            gauss_elimination([Obj0|Matrix0], Row1, PCol, [Obj|Matrix1]),
+            nth0(PCol, Variables, Entering),
+            swap_basic(Matrix1, Leaving, Entering, Matrix),
+            simplex(tableau(Obj,Variables,Inds,Matrix), Tableau)
+        ).
+
+swap_basic([Row0|Rows0], Old, New, Matrix) :-
+        Row0 = row(Var, Left, Right),
+        (   Var == Old -> Matrix = [row(New, Left, Right)|Rows0]
+        ;   Matrix = [Row0|Rest],
+            swap_basic(Rows0, Old, New, Rest)
+        ).
+
+constraints_variables([]) --> [].
+constraints_variables([c(_,Left,_)|Cs]) -->
+        variables(Left),
+        constraints_variables(Cs).
+
+variables([]) --> [].
+variables([_Coeff*Var|Rest]) --> [Var], variables(Rest).
+
+
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   A dual algorithm ("algorithm alpha-beta" in Papadimitriou and
+   Steiglitz) is used for transportation and assignment problems. The
+   arising max-flow problem is solved with Edmonds-Karp, itself a dual
+   algorithm.
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   An attributed variable is introduced for each node. Attributes:
+   node: Original name of the node.
+   edges: arc_to(To,F,Capacity) (F has an attribute "flow") or
+          arc_from(From,F,Capacity)
+   parent: used in breadth-first search
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+:- attribute
+        node/1,
+        edges/1,
+        flow/1,
+        parent/1.
+
+arcs([], Assoc, Assoc).
+arcs([arc(From0,To0,C)|As], Assoc0, Assoc) :-
+        (   get_assoc(From0, Assoc0, From) -> Assoc1 = Assoc0
+        ;   put_assoc(From0, Assoc0, From, Assoc1),
+            put_atts(From, node(From0))
+        ),
+        (   get_atts(From, edges(Es)) -> true
+        ;   Es = []
+        ),
+        put_atts(F, flow(0)),
+        put_atts(From, edges([arc_to(To,F,C)|Es])),
+        (   get_assoc(To0, Assoc1, To) -> Assoc2 = Assoc1
+        ;   put_assoc(To0, Assoc1, To, Assoc2),
+            put_atts(To, node(To0))
+        ),
+        (   get_atts(To, edges(Es1)) -> true
+        ;   Es1 = []
+        ),
+        put_atts(To, edges([arc_from(From,F,C)|Es1])),
+        arcs(As, Assoc2, Assoc).
+
+
+edmonds_karp(Arcs0, Arcs) :-
+        empty_assoc(E),
+        arcs(Arcs0, E, Assoc),
+        get_assoc(s, Assoc, S),
+        get_assoc(t, Assoc, T),
+        maximum_flow(S, T),
+        % fetch attvars before deleting visited edges
+        term_attributed_variables(S, AttVars),
+        phrase(flow_to_arcs(S), Ls),
+        arcs_assoc(Ls, Arcs),
+        maplist(del_attrs, AttVars).
+
+del_attrs(V) :-
+        put_atts(V, [-node(_),-edges(_),-flow(_),-parent(_)]).
+
+flow_to_arcs(V) -->
+        (   { get_atts(V, edges(Es)) } ->
+            { put_atts(V, -edges(_)),
+              get_atts(V, node(Name)) },
+            flow_to_arcs_(Es, Name)
+        ;   []
+        ).
+
+flow_to_arcs_([], _) --> [].
+flow_to_arcs_([E|Es], Name) -->
+        edge_to_arc(E, Name),
+        flow_to_arcs_(Es, Name).
+
+edge_to_arc(arc_from(_,_,_), _) --> [].
+edge_to_arc(arc_to(To,F,C), Name) -->
+        { get_atts(To, node(NTo)),
+          get_atts(F, flow(Flow)) },
+        [arc(Name,NTo,Flow,C)],
+        flow_to_arcs(To).
+
+arcs_assoc(Arcs, Hash) :-
+        empty_assoc(E),
+        arcs_assoc(Arcs, E, Hash).
+
+arcs_assoc([], Hs, Hs).
+arcs_assoc([arc(From,To,F,C)|Rest], Hs0, Hs) :-
+        (   get_assoc(From, Hs0, As) -> Hs1 = Hs0
+        ;   put_assoc(From, Hs0, [], Hs1),
+            empty_assoc(As)
+        ),
+        put_assoc(To, As, arc(From,To,F,C), As1),
+        put_assoc(From, Hs1, As1, Hs2),
+        arcs_assoc(Rest, Hs2, Hs).
+
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   Strategy: Breadth-first search until we find a free right vertex in
+   the value graph, then find an augmenting path in reverse.
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+maximum_flow(S, T) :-
+        (   augmenting_path([[S]], Levels, T) ->
+            phrase(augmenting_path(S, T), Path),
+            Path = [augment(_,First,_)|Rest],
+            path_minimum(Rest, First, Min),
+            % format("augmenting path: ~w\n", [Min]),
+            maplist(augment(Min), Path),
+            maplist(maplist(clear_parent), Levels),
+            maximum_flow(S, T)
+        ;   true
+        ).
+
+clear_parent(V) :- put_atts(V, -parent(_)).
+
+augmenting_path(Levels0, Levels, T) :-
+        Levels0 = [Vs|_],
+        Levels1 = [Tos|Levels0],
+        phrase(reachables(Vs), Tos),
+        Tos = [_|_],
+        (   member(To, Tos), To == T -> Levels = Levels1
+        ;   augmenting_path(Levels1, Levels, T)
+        ).
+
+reachables([])     --> [].
+reachables([V|Vs]) -->
+        { get_atts(V, edges(Es)) },
+        reachables_(Es, V),
+        reachables(Vs).
+
+reachables_([], _)     --> [].
+reachables_([E|Es], V) -->
+        reachable(E, V),
+        reachables_(Es, V).
+
+reachable(arc_from(V,F,_), P) -->
+        (   { \+ get_atts(V, parent(_)),
+              get_atts(F, flow(Flow)),
+              Flow > 0 } ->
+            { put_atts(V, parent(P-augment(F,Flow,-))) },
+            [V]
+        ;   []
+        ).
+reachable(arc_to(V,F,C), P) -->
+        (   { \+ get_atts(V, parent(_)),
+              get_atts(F, flow(Flow)),
+              (   C == inf ; Flow < C )} ->
+            { ( C == inf -> Diff = inf
+              ;   Diff is C - Flow
+              ),
+              put_atts(V, parent(P-augment(F,Diff,+))) },
+            [V]
+        ;   []
+        ).
+
+
+path_minimum([], Min, Min).
+path_minimum([augment(_,A,_)|As], Min0, Min) :-
+        (   A == inf -> Min1 = Min0
+        ;   Min1 is min(Min0,A)
+        ),
+        path_minimum(As, Min1, Min).
+
+augment(Min, augment(F,_,Sign)) :-
+        get_atts(F, flow(Flow0)),
+        flow_(Sign, Flow0, Min, Flow),
+        put_atts(F, flow(Flow)).
+
+flow_(+, F0, A, F) :- F is F0 + A.
+flow_(-, F0, A, F) :- F is F0 - A.
+
+augmenting_path(S, V) -->
+        (   { V == S } -> []
+        ;   { get_atts(V, parent(V1-Augment)) },
+            [Augment],
+            augmenting_path(S, V1)
+        ).
+
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+
+naive_init(Supplies, _, Costs, Alphas, Betas) :-
+        same_length(Supplies, Alphas),
+        maplist(=(0), Alphas),
+        transpose(Costs, TCs),
+        maplist(min_list, TCs, Betas).
+
+min_list([L|Ls], Min) :-
+        foldl(min_, Ls, L, Min).
+
+min_(E, M0, M) :- M is min(E,M0).
+
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   TODO: use attributed variables throughout
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+
+%% transportation(+Supplies, +Demands, +Costs, -Transport)
+%
+% Solves a transportation problem. Supplies and Demands must be lists
+% of non-negative integers. Their respective sums must be equal. Costs
+% is a list of lists representing the cost matrix, where an entry
+% (_i_,_j_) denotes the integer cost of transporting one unit from _i_
+% to _j_. A transportation plan having minimum cost is computed and
+% unified with Transport in the form of a list of lists that
+% represents the transportation matrix, where element (_i_,_j_)
+% denotes how many units to ship from _i_ to _j_.
+
+transportation(Supplies, Demands, Costs, Transport) :-
+        length(Supplies, LAs),
+        length(Demands, LBs),
+        naive_init(Supplies, Demands, Costs, Alphas, Betas),
+        network_head(Supplies, 1, SArcs, []),
+        network_tail(Demands, 1, DArcs, []),
+        numlist(1, LAs, Sources),
+        numlist(1, LBs, Sinks0),
+        maplist(make_sink, Sinks0, Sinks),
+        append(SArcs, DArcs, Torso),
+        alpha_beta(Torso, Sources, Sinks, Costs, Alphas, Betas, Flow),
+        flow_transport(Supplies, 1, Demands, Flow, Transport).
+
+flow_transport([], _, _, _, []).
+flow_transport([_|Rest], N, Demands, Flow, [Line|Lines]) :-
+        transport_line(Demands, N, 1, Flow, Line),
+        N1 is N + 1,
+        flow_transport(Rest, N1, Demands, Flow, Lines).
+
+transport_line([], _, _, _, []).
+transport_line([_|Rest], I, J, Flow, [L|Ls]) :-
+        (   get_assoc(I, Flow, As), get_assoc(p(J), As, arc(I,p(J),F,_)) -> L = F
+        ;   L = 0
+        ),
+        J1 is J + 1,
+        transport_line(Rest, I, J1, Flow, Ls).
+
+
+make_sink(N, p(N)).
+
+network_head([], _) --> [].
+network_head([S|Ss], N) -->
+        [arc(s,N,S)],
+        { N1 is N + 1 },
+        network_head(Ss, N1).
+
+network_tail([], _) --> [].
+network_tail([D|Ds], N) -->
+        [arc(p(N),t,D)],
+        { N1 is N + 1 },
+        network_tail(Ds, N1).
+
+network_connections([], _, _, _) --> [].
+network_connections([A|As], Betas, [Cs|Css], N) -->
+        network_connections(Betas, Cs, A, N, 1),
+        { N1 is N + 1 },
+        network_connections(As, Betas, Css, N1).
+
+network_connections([], _, _, _, _) --> [].
+network_connections([B|Bs], [C|Cs], A, N, PN) -->
+        (   { C =:= A + B } -> [arc(N,p(PN),inf)]
+        ;   []
+        ),
+        { PN1 is PN + 1 },
+        network_connections(Bs, Cs, A, N, PN1).
+
+alpha_beta(Torso, Sources, Sinks, Costs, Alphas, Betas, Flow) :-
+        network_connections(Alphas, Betas, Costs, 1, Cons, []),
+        append(Torso, Cons, Arcs),
+        edmonds_karp(Arcs, MaxFlow),
+        mark_hashes(MaxFlow, MArcs, MRevArcs),
+        all_markable(MArcs, MRevArcs, Markable),
+        mark_unmark(Sources, Markable, MarkSources, UnmarkSources),
+        (   MarkSources == [] -> Flow = MaxFlow
+        ;   mark_unmark(Sinks, Markable, MarkSinks0, UnmarkSinks0),
+            maplist(un_p, MarkSinks0, MarkSinks),
+            maplist(un_p, UnmarkSinks0, UnmarkSinks),
+            MarkSources = [FirstSource|_],
+            UnmarkSinks = [FirstSink|_],
+            theta(FirstSource, FirstSink, Costs, Alphas, Betas, TInit),
+            theta(MarkSources, UnmarkSinks, Costs, Alphas, Betas, TInit, Theta),
+            duals_add(MarkSources, Alphas, Theta, Alphas1),
+            duals_add(UnmarkSinks, Betas, Theta, Betas1),
+            Theta1 is -Theta,
+            duals_add(UnmarkSources, Alphas1, Theta1, Alphas2),
+            duals_add(MarkSinks, Betas1, Theta1, Betas2),
+            alpha_beta(Torso, Sources, Sinks, Costs, Alphas2, Betas2, Flow)
+        ).
+
+mark_hashes(MaxFlow, Arcs, RevArcs) :-
+        assoc_to_list(MaxFlow, FlowList),
+        maplist(un_arc, FlowList, FlowList1),
+        flatten(FlowList1, FlowList2),
+        empty_assoc(E),
+        mark_arcs(FlowList2, E, Arcs),
+        mark_revarcs(FlowList2, E, RevArcs).
+
+un_arc(_-Ls0, Ls) :-
+        assoc_to_list(Ls0, Ls1),
+        maplist(un_arc_, Ls1, Ls).
+
+un_arc_(_-Ls, Ls).
+
+mark_arcs([], Arcs, Arcs).
+mark_arcs([arc(From,To,F,C)|Rest], Arcs0, Arcs) :-
+        (   get_assoc(From, Arcs0, As) -> true
+        ;   As = []
+        ),
+        (   C == inf -> As1 = [To|As]
+        ;   F < C -> As1 = [To|As]
+        ;   As1 = As
+        ),
+        put_assoc(From, Arcs0, As1, Arcs1),
+        mark_arcs(Rest, Arcs1, Arcs).
+
+mark_revarcs([], Arcs, Arcs).
+mark_revarcs([arc(From,To,F,_)|Rest], Arcs0, Arcs) :-
+        (   get_assoc(To, Arcs0, Fs) -> true
+        ;   Fs = []
+        ),
+        (   F > 0 -> Fs1 = [From|Fs]
+        ;   Fs1 = Fs
+        ),
+        put_assoc(To, Arcs0, Fs1, Arcs1),
+        mark_revarcs(Rest, Arcs1, Arcs).
+
+
+un_p(p(N), N).
+
+duals_add([], Alphas, _, Alphas).
+duals_add([S|Ss], Alphas0, Theta, Alphas) :-
+        add_to_nth(1, S, Alphas0, Theta, Alphas1),
+        duals_add(Ss, Alphas1, Theta, Alphas).
+
+add_to_nth(N, N, [A0|As], Theta, [A|As]) :- !,
+        A is A0 + Theta.
+add_to_nth(N0, N, [A|As0], Theta, [A|As]) :-
+        N1 is N0 + 1,
+        add_to_nth(N1, N, As0, Theta, As).
+
+
+theta(Source, Sink, Costs, Alphas, Betas, Theta) :-
+        nth1(Source, Costs, Row),
+        nth1(Sink, Row, C),
+        nth1(Source, Alphas, A),
+        nth1(Sink, Betas, B),
+        Theta is (C - A - B) rdiv 2.
+
+theta([], _, _, _, _, Theta, Theta).
+theta([Source|Sources], Sinks, Costs, Alphas, Betas, Theta0, Theta) :-
+        theta_(Sinks, Source, Costs, Alphas, Betas, Theta0, Theta1),
+        theta(Sources, Sinks, Costs, Alphas, Betas, Theta1, Theta).
+
+theta_([], _, _, _, _, Theta, Theta).
+theta_([Sink|Sinks], Source, Costs, Alphas, Betas, Theta0, Theta) :-
+        theta(Source, Sink, Costs, Alphas, Betas, Theta1),
+        Theta2 is min(Theta0, Theta1),
+        theta_(Sinks, Source, Costs, Alphas, Betas, Theta2, Theta).
+
+
+mark_unmark(Nodes, Hash, Mark, Unmark) :-
+        mark_unmark(Nodes, Hash, Mark, [], Unmark, []).
+
+mark_unmark([], _, Mark, Mark, Unmark, Unmark).
+mark_unmark([Node|Nodes], Markable, Mark0, Mark, Unmark0, Unmark) :-
+        (   memberchk(Node, Markable) ->
+            Mark0 = [Node|Mark1],
+            Unmark0 = Unmark1
+        ;   Mark0 = Mark1,
+            Unmark0 = [Node|Unmark1]
+        ),
+        mark_unmark(Nodes, Markable, Mark1, Mark, Unmark1, Unmark).
+
+all_markable(Flow, RevArcs, Markable) :-
+        phrase(markable(s, [], _, Flow, RevArcs), Markable).
+
+all_markable([], Visited, Visited, _, _) --> [].
+all_markable([To|Tos], Visited0, Visited, Arcs, RevArcs) -->
+        (   { memberchk(To, Visited0) } -> { Visited0 = Visited1 }
+        ;   markable(To, [To|Visited0], Visited1, Arcs, RevArcs)
+        ),
+        all_markable(Tos, Visited1, Visited, Arcs, RevArcs).
+
+markable(Current, Visited0, Visited, Arcs, RevArcs) -->
+        { (   Current = p(_) ->
+              (   get_assoc(Current, RevArcs, Fs) -> true
+              ;   Fs = []
+              )
+          ;   (   get_assoc(Current, Arcs, Fs) -> true
+              ;   Fs = []
+              )
+          ) },
+        [Current],
+        all_markable(Fs, [Current|Visited0], Visited, Arcs, RevArcs).
+
+/* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+   solve(File) -- read input from File.
+
+   Format (NS = number of sources, ND = number of demands):
+
+   NS
+   ND
+   S1 S2 S3 ...
+   D1 D2 D3 ...
+   C11 C12 C13 ...
+   C21 C22 C23 ...
+   ... ... ... ...
+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */
+
+input(Ss, Ds, Costs) -->
+        integer(NS),
+        integer(ND),
+        n_integers(NS, Ss),
+        n_integers(ND, Ds),
+        n_kvectors(NS, ND, Costs).
+
+n_kvectors(0, _, []) --> !.
+n_kvectors(N, K, [V|Vs]) -->
+        n_integers(K, V),
+        { N1 is N - 1 },
+        n_kvectors(N1, K, Vs).
+
+n_integers(0, []) --> !.
+n_integers(N, [I|Is]) --> integer(I), { N1 is N - 1 }, n_integers(N1, Is).
+
+
+number([D|Ds]) --> digit(D), number(Ds).
+number([D])    --> digit(D).
+
+digit(D) --> [D], { char_type(D, decimal_digit) }.
+
+integer(N) --> number(Ds), !, ws, { number_chars(N, Ds) }.
+
+ws --> [W], { char_type(W, whitespace) }, !, ws.
+ws --> [].
+
+solve(File) :-
+        time((phrase_from_file(input(Supplies, Demands, Costs), File),
+              transportation(Supplies, Demands, Costs, Matrix),
+              maplist(print_row, Matrix))),
+        halt.
+
+print_row(R) :- maplist(print_row_, R), nl.
+
+print_row_(N) :- format("~w ", [N]).
+
+nth1(N, Es, E) :-
+        N1 is N - 1,
+        nth0(N1, Es, E).
+
+%?- transportation([1,1], [1,1], [[1,1],[1,1]], Ms).
+
+%?- transportation([12,7,14], [3,15,9,6], [[20,50,10,60],[70,40,60,30],[40,80,70,40]], Ms).
+
+% ?- simplex:call_residue_vars(transportation([12,7,14], [3,15,9,6], [[20,50,10,60],[70,40,60,30],[40,80,70,40]], Ms), Vs).
+%@    Ms = [[0,3,9,0],[0,7,0,0],[3,5,0,6]], Vs = [].
+
+
+%?- call_residue_vars(simplex:solve('instance_80_80.txt'), Vs).
+
+%?- call_residue_vars(simplex:solve('instance_3_4.txt'), Vs).
+
+%?- call_residue_vars(simplex:solve('instance_100_100.txt'), Vs).
+
+
+%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+
+%% assignment(+Cost, -Assignment)
+%
+%  Solves a linear assignment problem. Cost is a list of lists
+%  representing the quadratic cost matrix, where element (i,j) denotes
+%  the integer cost of assigning entity $i$ to entity $j$. An
+%  assignment with minimal cost is computed and unified with
+%  Assignment as a list of lists, representing an adjacency matrix.
+
+
+% Assignment problem - for now, reduce to transportation problem
+assignment(Costs, Assignment) :-
+        length(Costs, LC),
+        length(Supply, LC),
+        all_one(Supply),
+        transportation(Supply, Supply, Costs, Assignment).
+