人工智能习题集及各章小结

人工智能各章小结及习题解答第一部分绪论习题解答：1．什么是人工智能？发展过程中经历了哪些阶段？解：人工智能是计算机科学的一个重要分支，也是一门正在发展中的综合性前沿学科，它是由计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、哲学、语言学等多种学科相互渗透而发展起来的，目前正处于发展阶段尚未形成完整体系。发展过程中经历的阶段有：第一阶段（40年代中～50年代末）神经元网络时代第二阶段（50年代中～60年代中）通用方法时代第三阶段（60年代中～80年代初）知识工程时代第四阶段（80年代中～90年代初）新的神经元网络时代第五阶段（90年代初～现在）海量信息处理与网络时代2．人工智能研究的基本内容是什么？解：基本内容是：搜索技术、知识表示、规划方法、机器学习、认知科学、自然语言理解与机器翻译、专家系统与知识工程、定理证明、博弈、机器人、数据挖掘与知识发现、多Agent系统、复杂系统、足球机器人、人机交互技术等。3．人工智能主要有哪几大研究学派？解：（１）符号主义学派：由心理学途径产生，符号主义认为人工智能起源于数理逻辑，人类认识（智能）的基本元素是符号，而智能行为则是符号运算的结果。（２）连接主义学派：由生理学途径产生，连接主义又称为仿生学派，认为人工智能的基本元素是神经元，智能产生于大量神经元的并行分布式联结之中，而智能行为则是联结计算的结果。（３）行为主义学派：由生物演化途径产生，行为主义认为人工智能起源于控制论，提出智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，而不是表示和推理。４．人工智能有哪些主要的研究领域？解：（１）问题求解（２）逻辑推理与定理证明（３）自然语言理解（４）自动程序设计（５）专家系统（６）机器学习（７）神经网络（８）机器人学（９）模式识别（１０）机器视觉（１１）智能控制（１２）智能检索（１３）智能调度与指挥（１４）分布式人工智能与Ａｇｅｎｔ（１５）计算智能与进化计算（１６）数据挖掘与知识发现（１７）人工生命（１８）系统与语言工具第2部分知识与知识表示本章小结：习题解答：1设有如下问题：（1）有五个相互可直达且距离已知的城市A、B、C、D、E，如图所示；（2）某人从A地出发，去其它四个城市各参观一次后回到A;（3）找一条最短的旅行路线请用产生式规则表示旅行过程。解：①综合数据库（x）(x)中x可以是一个字母，也可以是一个字符串。②初始状态（A）③目标状态（Ax1x2x3x4A）④规则集：r1:IFL(S)=5THENGOTO(A)r2:IFL(S)5THENGOTO(B)r3:IFL(S)5THENGOTO(C)r4:IFL(S)5THENGOTO(D)r5:IFL(S)5THENGOTO(E)其中L(S)为走过的城市数，GOTO(x)为走向城市x⑤路线如下图所示:最短旅行路线为：A-C-D-E-B-A总距离为5+6+8+10+7=362神州大学和东方大学两校篮球队在东方大学进行一场比赛，结局的比分是85：89，用语义网络表示。第3部分推理本章小结：习题解答：1张某被盗，公安局派出五个侦察员去调查。研究案情时，侦察员A说“赵与钱中至少有一人作案”；侦察员B说“钱与孙中至少有一人作案”；侦察员C说“孙与李中至少有一人作案”；侦察员D说“赵与孙中至少有一人与此案无关”；侦察员E说“钱与李中至少有一人与此案无关”。如果这五个侦察员的话都是可信的，试用归结演绎推理求出谁是盗窃犯。解：第一步：将5位侦察员的话表示成谓词公式，为此先定义谓词。设谓词P(x)表示是作案者，所以根据题意：A:P(zhao)∨P(qian)B:P(qian)∨P(sun)C:P(sun)∨P(li)D:﹁P(zhao)∨﹁P(sun)E:﹁P(qian)∨﹁P(li)以上每个侦察员的话都是一个子句。第二步：将待求解的问题表示成谓词。设y是盗窃犯，则问题的谓词公式为P(y)，将其否定并与ANSWER(y)做析取：﹁P(y)∨ANSWER(y)第三步：求前提条件及﹁P(y)∨ANSWER(y)的子句集，并将各子句列表如下：（1）P(zhao)∨P(qian)（2）P(qian)∨P(sun)（3）P(sun)∨P(li)（4）﹁P(zhao)∨﹁P(sun)（5）﹁P(qian)∨﹁P(li)（6）﹁P(y)∨ANSWER(y)第四步：应用归结原理进行推理。自然演绎推理（7）P(qian)∨﹁P(sun)(1)与(4)归结（8）P(zhao)∨﹁P(li)(1)与(5)归结（9）P(qian)∨﹁P(zhao)(2)与(4)归结（10）P(sun)∨﹁P(li)(2)与(5)归结（11）﹁P(zhao)∨P(li)(3)与(4)归结（12）P(sun)∨﹁P(qian)(3)与(5)归结（13）P(qian)(2)与(7)归结（14）P(sun)(2)与(12)归结（15）ANSWER(qian)(6)与(13)归结，σ={qian/y}（16）ANSWER(sun)(6)与(14)归结,σ={sun/y}所以，本题的盗窃犯是两个人：钱和孙。2任何兄弟都有同一个父亲，John和Peter是兄弟，且John的父亲是David，问Peter的父亲是谁？解：第一步：将已知条件用谓词公式表示出来，并化成子句集。那么，要先定义谓词。（1）定义谓词：设Father(x,y)表示x是y的父亲。设Brother(x,y)表示x和y是兄弟。（2）将已知事实用谓词公式表示出来：F1:任何兄弟都有同一个父亲。(x)(y)(z)(Brother(x,y)∧Father(z,x)→Father(z,y))F2:John和Peter是兄弟。Brother(John,Peter)F3:John的父亲是David。Father(David,John)（3）将它们化成子句集，得S1={﹁Brother(x,y)∨﹁Father(z,x)∨Father(z,y),Brother(John,Peter),Father(David,John)}第二步：把问题用谓词公式表示出来，并将其否定与谓词ANSWER做析取。设Peter的父亲是u，则有：Father(u,Peter)将其否定与ANSWER做析取，得G:﹁Father(u,Peter)∨ANSWER(u)第三步：将上述公式G化为子句集S2，并将S1和S2合并到S。S2={﹁Father(u,Peter)∨ANSWER(u)}S=S1∪S2将S中各子句列出如下：（1）﹁Brother(x,y)∨﹁Father(z,x)∨Father(z,y)（2）Brother(John,Peter)（3）Father(David,John)（4）﹁Father(u,Peter)∨ANSWER(u)第四步：应用归结原理进行归结。（5）﹁Brother(John,y)∨Father(David,y)（1）与（3）归结，σ={David/z,John/x}（6）﹁Brother(John,Peter)∨ANSWER(David)（4）与（5）归结，σ={David/u,Peter/y}（7）ANSWER(David)（2）与（6）归结第五步：得到了归结式ANSWER(David)，答案即在其中，所以u=David,即Peter的父亲是David。第4部分搜索策略本章小结：极大极小分析法：计算出端节点的估值，再推算出父节点的得分。推算的方法是：对“或”节点，选其子节点中一个最大的得分作为父节点的得分，这是为了使自己在可供选择的方案中选一个对自己最有利的方案；对“与”节点，选其子节点中一个最小的得分作为父节点的得分，这是为了立足于最坏的情况。这样计算出的父节点的得分称为倒推值。α-β剪枝技术：对于一个“与”节点来说，它取当前子节点中的最小倒推值作为它倒推值的上界，称此值为β值。对于一个“或”节点来说，它取当前子节点中的最大倒推值作为它倒推值的下界，称此值为α值。博弈问题：其一般规律为:（1）任何“或”节点x的α值如果不能降低其父节点的β值，则对节点x以下的分枝可停止搜索，并使x的倒推值为α。这种剪枝成为β剪枝。（2）任何“与”节点x的β值如果不能升高其父节点的α值，则对节点x以下的分枝可停止搜索，并使x的倒推值为β。这种剪枝成为α剪枝。习题解答:1图4-1是五城市间的交通路线图，A城市是出发地，E城市是目的地，两城市间的交通费用（代价）如图中数字所示。求从A到E的最小费用交通路线。解：先将交通图转换为代价树，如图4-2所示。若用g(x)表示从初始节点s0到节点x的代价，用c(x1,x2)表示从父节点x1到子节点x2的代价，则有：g(x2)=g(x1)+c(x1,x2)图4-1方法一：代价树的广度优先搜索（扩展节点ｎ，将其子节点放入open表中，计算各子节点的代价，并按各节点的代价对open表中全部节点按从小到大的顺序进行排序（队列））步骤如下：图4-3-1图4-3-2图4-3-3所以，最优路径为A-C-D-E图4-3-4图4-3-5方法二：代价树的深度优先搜索（不一定是最优解）（扩展节点ｎ，将其子节点按代价从小到大的顺序放到open表的首部（栈））步骤如下：E为目标节点，E2-D1-C1-A所以路径为A-Ｃ-Ｄ-Ｅ注：该题代价树的深度优先搜索与代价树的广度优先搜索的结果相同，但这只是巧合。一般情况下，这两种方法得到的结果不一定相同。另外，由于代价树的深度优先搜索有可能进入无穷分支的路径，因此它是不完备的。２如下图４-5所示，分别用代价树的广度优先搜索策略和代价树的深度优先搜索策略，求A到E的最短费用路径。虽然D1的代价大于B1的代价，但按照代价树的深度优先搜索策略，要对D1进行扩展，放入closed表中（若按代价树的广度优先搜索，要对B1、D1排序，先扩展B1）解：先将其化成代价树,如图4-6：(1)代价树的广度优先搜索,步骤如下：图４－５ＡＣＢＤＥ６５６７８７D165ＡＢ1C1D2E1C2E2B2E3E466577788图4-6AB1C167图4-7-1E为目标节点，路径为A-C-E，代价为15。（2）代价树的深度优先搜索,步骤如下：B1C167D1A511图4-8-1虽然C1代价低于D1，但按照代价树的深度优先搜索策略，对D1进行扩展，放入closed表中，因为B1扩展的节点为D1，而C1是A节点扩展得到的。E出栈，为目标节点，结束。故解路径为A-B-D-E,代价为17，不是最优解。注：深度优先搜索是不完备的，即使问题有解，也不一定能求得解。得到的解也不一定是最优解（因为是局部优先搜索）。3下图是五城市间的交通费用图，若从西安出发，要求把每个城市都访问一遍，最后到达广州，请找一条最优路线。边上的数字是两城市间的交通费用。解：先画出代价树：故由此得出最优路线为A-B1-D2-C4-E12即A-B-D-C-E，交通费用为375。4设有如图所示的一棵与/或树，请分别用与/或树的广度优先搜索及与/或树的深度优先搜索求出解树。解：（1）与/或树的广度优先搜索先扩展节点A,得到节点B和C，再扩展节点B,得节点t1、t2，因为t1、t2为可解节点，故节点B可解，从而可节点A可解。（2）与/或树的深度优先搜索先扩展节点A,得到节点B和C,再扩展节点C,得节点D和t5,t5为可解节点，再扩展节D，得节点t3、t4，因为t3、t4为可解节点，故节点D可解，因为节点D和t5可解，故节点C可解，从而可节点A可解。所以求得解树为：5设有如图所示的与/或树，请分别按和代价法及最大代价法求解树代价。（1）按和代价法：h(B)=7,h(C)=3,h(A)=7+3+5+6=21（2）按最大代价法：h(B)=5,h(C)=2,h(A)=5+5=10