人工智能復習

1、PAGE PAGE 18名詞解釋（5*4=20） 填空（15*1=15） 簡答題（2*7/8=15） 計算題（5*10=50）人工智能從能力的角度看，人工智能是指用人工的方法在機器上實現(xiàn)的智能。從學科的角度看，人工智能是一門研究如何構造智能機器或智能系統(tǒng)，使它能模擬、延伸和擴展人類智能的學科。人工智能的研究究目標對智能行為有效效解釋的理論論分析；解釋釋人類智能；構造智能的的人工制品人工智能研究中中的三大學派派：符號主義義、聯(lián)結主義義和行為主義義符號主義學：又又稱為邏輯主主義(Loggicismm)、心理學學派(Psyychloggism)或或計算機學派派(Compputeriism)，其其原理

2、主要為為物理符號系系統(tǒng)(即符號號操作系統(tǒng))假設和有限限合理性原理理。認為人工工智能源于數(shù)數(shù)理邏輯。聯(lián)結主義：又稱稱為仿生學派派(Bionnicsissm)或生理理學派(Phhysiollogismm)，其原理理主要為神經經網絡及神經經網絡間的連連接機制與學學習算法。認認為人工智能能源于仿生學學，特別是人人腦模型的研研究。行為主義：又稱稱進化主義(Evoluutioniism)或控控制論學派(Cyberrneticcsism)，其原理為為控制論及感感知-動作型型控制系統(tǒng)。認為人工智能源于控制論機器視覺是一門門用計算機模模擬或實現(xiàn)人人類視覺功能能的新興學科科。主要研究究目標是使計計算機具有通通過二

3、維圖像像認知三維環(huán)環(huán)境信息的能能力。模式識別是讓計計算機能夠對對給定的事務務進行鑒別，并并把它歸入與與其相同或相相似的模式中中。衡量機器是否具具有智能：圖圖靈測試知識表示是對知知識的描述，即即用一些約定定的符號把知知識編碼成一一組可以被計計算機接收，并便于系統(tǒng)使用用的數(shù)據結構構。知識表示觀是指指人們對知識識表示的看法法。主要有陳述性和和過程性兩種種不同的知識識表示觀。主要區(qū)別：陳述述性知識表示示觀是以陳述述式的方式把把知識用一定定數(shù)據結構表表示出來，即即把知識看成成一種特殊的的數(shù)據，使知知識作為一種種獨立于程序序的實體而存存在；而過程程性則把知識識表示和知識識運用結合起起來。推理是按照某種種策

4、略從已知知事實出發(fā)利利用知識去推推出結論的過過程。智能系統(tǒng)的推理理包括兩個基基本問題：推推理的方法、推推理的控制策策略推理方法分類：按照推理的邏輯輯基礎：演繹繹推理和歸納納推理按照所用知識的的確定性分：確定性推理理和不確定性性推理安裝推理過程的的單調性分：單調推理和和非單調推理理推理的控制策略略包括：推理理策略，主要要解決推理方方向，沖突消消解；搜索策策略，解決推推理線路，推推理效果，推推理效率等問問題。正向推理是從已已知事實出發(fā)發(fā)、正向使用用推理規(guī)則的的推理方式。逆向推理是一種種以某個假設設目標作為出出發(fā)點的推理理方法混合推理是將正正向推理和逆逆向推理結合合起來。搜索是根據問題題的實際情況況

5、，不斷尋找找可利用知識識，從而構造造一條代價最最小的推理路路線，問題得得以解決的過過程人工智能中最基基本的兩種問問題求解方法法：狀態(tài)空間間法和問題規(guī)規(guī)約法狀態(tài)空間法的基基本思想是用用狀態(tài)和操作作來表示和求求解問題的。不確定性推理是是一種從不確確定的初始證證據出發(fā)，通通過運用不確確定性知識，最最終推出具有有一定程度的的不確定性但但卻又是合理理或基本合理理的結論的思思維過程。不確定性推理的的基本問題包包括：推理方方向、推理方方法、控制策策略機器學習就是讓讓計算機來模模擬人類的學學習功能，他他是一門研究究怎樣用機器器來模擬或實實現(xiàn)人類學習習活動的一門門學科學習系統(tǒng)是指能能夠在一定程程度上實現(xiàn)機機器學

6、習的系系統(tǒng)學習系統(tǒng)的基本本模型環(huán)境是以某種形形式表達外界界信息集合，它它代表外界信信息來源；學學習環(huán)節(jié)是將將外界信息加加工為知識的的過程，它先先從環(huán)境獲取取外部信息，然然后通過對這這些信息的分分析、綜合、類類比、歸納等等加工形成知知識，最后把把所形成的知知識放入知識識庫中；知識識庫是一某種種形式表示的的知識集合，用用來存放學習習環(huán)節(jié)所得到到的知識；執(zhí)執(zhí)行環(huán)節(jié)是利利用知識庫中中的知識完成成某種任務的的過程，并把把完成任務過過程中所獲得得的一些信息息反饋給學習習環(huán)節(jié)，以指指導進一步學學習。環(huán)境環(huán)境學習環(huán)節(jié)知識庫執(zhí)行環(huán)節(jié)記憶學習是通過過記憶和評價價外界環(huán)境所所提供的信息息來達到學習習目的的。歸納學習

7、指以歸歸納推理為基基礎的學習，任任務是要從關關于某個概念念的一系列已已知的正例和和反例中歸納納出一個一般般的概念描述述。解釋學習是在領領域知識的指指導下，通過過對單個問題題求解例子的的分析，構造造出求解過程程的因果解釋釋結構，并獲獲取控制知識識，以便于以以后將其用于于類似問題的的求解。解釋學習的三個個空間：例子子空間、概念念空間和概念念描述空間神經學習指神經經網絡的訓練練過程，主要要表現(xiàn)為聯(lián)結結權值的調整整。自然語言理解包包括口語理解解和書面語理理解。自然語言理解：從微觀上講講，它是從自自然語言到計計算機系統(tǒng)內內部形成的一一種映射；從從宏觀上講，它它是指計算機機能夠執(zhí)行人人類所期望的的某些語言

8、功功能。自然語言理解的的五個層次：語音分析、詞詞法分析、句句法分析、語語義分析和語語用分析計算題（習題22 P62 例題4.77 P1144 例例題4.133 P1266 題44.14和44.15 P132 例題6.2 P1177）2.8 設有如如下語句，請請用相應的謂謂詞公式分別別把他們表示示出來：(1) 有的人人喜歡梅花，有有的人喜歡菊菊花，有的人人既喜歡梅花花又喜歡菊花花。解：定義謂詞P(x)：x 是人L(x,y)：x 喜歡y其中，y 的個個體域是梅花，菊花花。將知識用謂詞表表示為：( x )(P(x)L(x, 梅花)L(x, 菊花)L(x, 梅花)L(x, 菊花)(2) 有人每每天下午

9、都去去打籃球。解：定義謂詞P(x)：x 是人B(x)：x 打籃球A(y)：y 是下午將知識用謂詞表表示為：( x )( y) (AA(y)B(x)P(x)(3) 新型計計算機速度又又快，存儲容容量又大。解：定義謂詞NC(x)：xx 是新型計計算機F(x)：x 速度快B(x)：x 容量大將知識用謂詞表表示為：( x) (NC(xx)F(x)B(x)(4) 不是每每個計算機系系的學生都喜喜歡在計算機機上編程序。解：定義謂詞S(x)：x 是計算機系系學生L(x, prragrammming)：x 喜歡編程程序U(x,commputerr)：x 使用計算算機將知識用謂詞表表示為： ( xx) (S(x

10、)L(x, pragrramminng)U(x,ccomputter)(5) 凡是喜喜歡編程序的的人都喜歡計計算機。解：定義謂詞P(x)：x 是人L(x, y)：x 喜歡y將知識用謂詞表表示為：( x) (P(x)L(x,ppragraammingg)L(x, compuuter)2.9 用謂詞詞表示法求解解機器人摞積積木問題。設設機器人有一一只機械手，要要處理的世界界有一張桌子子，桌上可堆堆放若干相同同的方積木塊塊。機械手有有4 個操作積積木的典型動動作：從桌上上揀起一塊積積木；將手中中的積木放到到桌之上；在在積木上再摞摞上一塊積木木；從積木上上面揀起一塊塊積木。積木木世界的布局局如下圖所示

11、示。解：(1) 先先定義描述狀狀態(tài)的謂詞CLEAR(xx)：積木x 上面是空空的。ON(x, yy)：積木x 在積木y 的上面。ONTABLEE(x)：積積木x 在桌子上上。HOLDINGG(x)：機機械手抓住xx。HANDEMPPTY：機械械手是空的。其中，x 和yy 的個體域域都是A, B, CC。問題的初始狀態(tài)態(tài)是：ONTABLEE(A)ONTABLEE(B)ON(C, AA)CLEAR(BB)CLEAR(CC)HANDEMPPTY問題的目標狀態(tài)態(tài)是：ONTABLEE(C)ON(B, CC)ON(A, BB)CLEAR(AA)HANDEMPPTY(2) 再定義義描述操作的的謂詞在本問題中

12、，機機械手的操作作需要定義以以下4 個謂詞：Pickup(x)：從桌桌面上揀起一一塊積木x。Putdownn(x)：將將手中的積木木放到桌面上上。Stack(xx, y)：在積木x 上面再摞上上一塊積木yy。Upstackk(x, yy)：從積木木x 上面揀起起一塊積木yy。其中，每一個操操作都可分為為條件和動作作兩部分，具具體描述如下下：Pickup(x)條件：ONTAABLE(xx)，HANDEEMPTY，CLEARR(x)動作：刪除表：ONTABBLE(x)，HANDEEMPTY添加表：HANNDEMPTTY(x)Putdownn(x)條件：HANDDEMPTYY(x)動作：刪除表：HA

13、NDEEMPTY(x)添加表：ONTTABLE(x)，CLEARR(x) ，HANDEEMPTYStack(xx, y)條件：HANDDEMPTYY(x)，CLEARR(y)動作：刪除表：HANDEEMPTY(x)，CLEARR(y)添加表：HANNDEMPTTY，ON(x, y) ，CLEARR(x)Upstackk(x, yy)條件：HANDDEMPTYY，CLEARR(y) ，ON(y,x)動作：刪除表：HANDEEMPTY，ON(y, x)添加表：HOLLDING(y)，CLEARR(x)(3) 問題求求解過程利用上述謂詞和和操作，其求求解過程為：2.25 假設設有以下一段段天氣預報：

14、“北京地區(qū)今今天白天晴，偏偏北風3 級，最高高氣溫12，最低氣溫溫-2，降水概率率15%。”請用框架表表示這一知識識。解：Framee地域：北京時段：今天白天天天氣：晴風向：偏北風力：3 級氣溫：最高：112 度最低：-2 度度降水概率：155%4.5 有一農農夫帶一條狼狼，一只羊和和一框青菜與與從河的左岸岸乘船倒右岸岸，但受到下下列條件的限限制：(1) 船太小小，農夫每次次只能帶一樣樣東西過河；(2) 如果沒沒有農夫看管管，則狼要吃吃羊，羊要吃吃菜。請設計一個過河河方案，使得得農夫、浪、羊羊都能不受損損失的過河，畫畫出相應的狀狀態(tài)空間圖。題示：(1) 用四元組（農農夫，狼，羊羊，菜）表示示狀

15、態(tài)，其中中每個元素都都為0 或1，用0 表示在左岸，用1 表示在右岸岸。(2) 把每次次過河的一種種安排作為一一種操作，每每次過河都必必須有農夫，因因為只有他可可以劃船。解：第一步，定定義問題的描描述形式用四元組S=（f，w，s，v）表示問題題狀態(tài)，其中中，f，w，s 和v 分別表示示農夫，狼，羊羊和青菜是否否在左岸，它它們都可以取取1 或0，取1 表示在左左岸，取0 表示在右岸岸。第二步，用所定定義的問題狀狀態(tài)表示方式式，把所有可可能的問題狀狀態(tài)表示出來來，包括問題題的初始狀態(tài)態(tài)和目標狀態(tài)態(tài)。由于狀態(tài)變量有有4 個，每個個狀態(tài)變量都都有2 種取值，因因此有以下116 種可能能的狀態(tài)：S0=(

16、1,11,1,1)，S1=(11,1,1,0)，S2=(11,1,0,1)，S3=(11,1,0,0)S4=(1,00,1,1)，S5=(11,0,1,0)，S6=(11,0,0,1)，S7=(11,0,0,0)S8=(0,11,1,1)，S9=(00,1,1,0)，S10=(0,1,00,1)，S11=(0,1,00,0)S12=(0,0,1,11)，S13=(0,0,11,0)，S14=(0,0,00,1)，S15=(0,0,00,0)其中，狀態(tài)S33，S6，S7，S8，S9，S12 是不不合法狀態(tài)，S0 和S15 分別是初始狀態(tài)和目標狀態(tài)。第三步，定義操操作，即用于于狀態(tài)變換的的算符組F

17、由于每次過河船船上都必須有有農夫，且除除農夫外船上上只能載狼，羊羊和菜中的一一種，故算符符定義如下：L(i)表示農農夫從左岸將將第i 樣東西送送到右岸（ii=1 表示示狼，i=22 表示羊，i=3 表示菜菜，i=0 表示船上除農夫外外不載任何東東西）。由于于農夫必須在在船上，故對對農夫的表示示省略。R (i)表示示農夫從右岸岸將第i 樣東西帶帶到左岸（ii=1 表示示狼，i=22 表示羊，i=3 表示菜菜，i=0 表示船上除農夫外外不載任何東東西）。同樣樣，對農夫的的表示省略。這樣，所定義的的算符組F 可以有以下下8 種算符：L (0)，LL (1)，L (2)，L (3), R(0)，R(1

18、)，R (2)，R (3)第四步，根據上上述定義的狀狀態(tài)和操作進進行求解。該問題求解過程程的狀態(tài)空間間圖如右圖：4.7 圓盤問問題。設有大大小不等的三三個圓盤A、B、C 套在一根根軸上，每個個盤上都標有有數(shù)字1、2、3、4，并且每個個圓盤都可以以獨立的繞軸軸做逆時針轉轉動，每次轉轉動90，其初始狀狀態(tài)S0 和目標標狀態(tài)Sg 如圖4-311 所示，請請用廣度優(yōu)先先搜索和深度度優(yōu)先搜索，求求出從S0 到Sg 的路徑徑。解：設用qA，qB 和qC 分別表表示把A 盤，B 盤和C 盤繞軸逆逆時針轉動990，這些操作作（算符）的排列順序序是qA，qB，qC。應用廣度優(yōu)先搜搜索，可得到到如下搜索樹樹。在該

19、搜索索樹中，重復復出現(xiàn)的狀態(tài)態(tài)不再劃出，節(jié)節(jié)點旁邊的標識Sii，i=0,11,2,，為按節(jié)點點被擴展的順順序給出的該該節(jié)點的狀態(tài)態(tài)標識。由該圖可以看出出，從初始狀狀態(tài)S0 到目標標狀態(tài)Sg 的路徑是S002513(Sgg)4.8 圖4-32 是5 個城市的的交通圖，城城市之間的連連線旁邊的數(shù)數(shù)字是城市之之間路程的費費用。要求從A 城出發(fā)發(fā)，經過其它它各城市一次次且僅一次，最最后回到A 城，請找出出一條最優(yōu)線線路。解：這個問題又又稱為旅行商商問題（trravellling ssalesmmanproblemm, TSPP）或貨郎擔擔問題，是一一個較有普遍遍性的實際應用問題。根據據數(shù)學理論，對對n

20、 個城市的的旅行商問題題，其封閉路徑的排列列總數(shù)為：(n!)/nn=(n-11)!其計算量相當大大。例如，當當n=20 時，要窮舉舉其所有路徑徑，即使用一個每秒秒一億次的計計算機來算也也需要3500 年的時間間。因此，對對這類問題只只能用搜索的的方法來解決決。下圖是對圖4-32 按最最小代價搜索索所得到的搜搜索樹，樹中中的節(jié)點為城城市名稱，節(jié)節(jié)點邊上的數(shù)數(shù)字為該節(jié)點的代代價g。其計算公公式為 gg(ni+11)=g(nni)+c(ni, nni+1)其中，c(nii,ni+11)為節(jié)點ni 到ni+1 節(jié)點的邊代代價?？梢钥闯?，其最最短路經是AA-C-D-E-B-AA或A-B-EE-D-C-A

21、其實，它們是同同一條路經。4.11 設有有如下結構的的移動將牌游游戲：其中，B 表示示黑色將牌，W 表是白色將牌，E 表示空格。游戲的規(guī)定走法是：(1) 任意一一個將牌可移移入相鄰的空空格，規(guī)定其其代價為1；(2) 任何一一個將牌可相相隔1 個其它的的將牌跳入空空格，其代價價為跳過將牌牌的數(shù)目加11。游戲要達到的目目標什是把所所有W 都移到B 的左邊。對對這個問題，請請定義一個啟啟發(fā)函數(shù)h(n)，并給出用這個啟啟發(fā)函數(shù)產生生的搜索樹。你你能否判別這這個啟發(fā)函數(shù)數(shù)是否滿足下下解要求？再再求出的搜索索樹中，對所所有節(jié)點是否否滿足單調限限制？解：設h(x)=每個W 左邊的B 的個數(shù)，f(x)=d(x

22、)+3*h(x)，其其搜索樹如下下：4.14 設有有如圖4-334 的與/或/樹，請分別別按和代價法法及最大代價價法求解樹的的代價。解：若按和代價價法，則該解解樹的代價為為：h(A)=2+3+2+55+2+1+6=21若按最大代價法法，則該解樹樹的代價為：h(A)=maaxh(BB)+5, h(C)+6 = max(h(E)+2)+5, h(C)+6= max(max(22, 3)+2)+5, max(2, 1)+6=max(55+5, 22+6)=1104.15 設有有如圖4-335 所示的的博弈樹，其其中最下面的的數(shù)字是假設設的估值，請請對該博弈樹樹作如下工作作：(1) 計算各各節(jié)點的倒推

23、推值；(2) 利用-剪枝技術剪剪去不必要的的分枝解：各節(jié)點的倒倒推值和剪枝枝情況如下圖圖所：6.8 設有如如下一組推理理規(guī)則:r1: IF E1 THHEN E22 (0.66)r2: IF E2 ANND E3 THEN E4 (00.7)r3: IF E4 THHEN H (0.8)r4: IF E5 THHEN H (0.9)且已知CF(EE1)=0.5, CFF(E3)=0.6, CF(E55)=0.77。求CF(HH)=?解：(1) 先先由r1 求CF(E22)CF(E2)=0.6 max00,CF(EE1)=0.6 max00,0.5=0.3(2) 再由rr2 求CF(E44)CF

24、(E4)=0.7 max00, minnCF(EE2 ), CF(E33 )=0.7 max00, minn0.3, 0.6=0.221(3) 再由rr3 求CF1(HH)CF1(H)= 0.8 max00,CF(EE4)=0.8 max00, 0.221)=00.168(4) 再由rr4 求CF2(HH)CF2(H)= 0.9 max00,CF(EE5)=0.9 mmax0, 0.7)=0.663(5) 最后對對CF1(HH )和CF2(HH)進行合成成，求出CF(H)= CF1(HH)+CF22(H)+ CF1(HH) CF2(HH)=0.6926.11 設有有如下推理規(guī)規(guī)則r1: IF

25、E1 THHEN (1100, 00.1) HH1r2: IF E2 THHEN (550, 0.5) H22r3: IF E3 THHEN (55, 0.005) H33且已知P(H11)=0.002, P(H2)=00.2, PP(H3)=0.4，請請計算當證據據E1，E2，E3 存在或或不存在時PP(Hi | Ei)或或P(Hi |Ei)的值各各是多少(ii=1, 22, 3)？解： (1) 當EE1、E2、E3 肯定存存在時，根據據r1、r2、r3 有P(H1 | E1) = (LS11 P(H1) / (LLS1-1) P(H1)+11)= (100 0.002) / (1000 -

26、1) 0.002 +1)=0.6771P(H2 | E2) = (LS22 P(H2) / (LLS2-1) P(H2)+11)= (50 0.2) / (50 -11) 00.2 +11)=0.99921P(H3 | E3) = (LS33 P(H3) / (LLS3-1) P(H3)+11)= (5 0.4) / (55 -1) 0.44 +1)=0.7699(2) 當E11、E2、E3 肯定存存在時，根據據r1、r2、r3 有P(H1 | E1) = (LNN1 PP(H1) / (LN1-11) PP(H1)+1)= (0.1 0.002) / (0.11 -1) 0.002 +1)=

27、0.0002P(H2 | E2) = (LNN2 PP(H2) / (LN2-11) PP(H2)+1)= (0.5 0.22) / (0.5 -1) 0.2 +1)=00.111P(H3 | E3) = (LNN3 PP(H3) / (LN3-11) PP(H3)+1)= (0.055 0.4) / (0.005 -1) 0.4 +1)=0.03322.10 用謂謂詞表示法求求解農夫、狼狼、山羊、白白菜問題。農農夫、狼、山山羊、白菜全全部放在一條條河的左岸，現(xiàn)在在要把他們全全部送到河的的右岸去，農農夫有一條船船，過河時，除除農夫外船上上至多能載狼狼、山羊、白白菜中的一種種。狼要吃山山羊，山羊要要吃白菜，除除非農夫在那那里。似規(guī)劃劃出一個確保保全部安全過過河的計劃。請請寫出所用謂謂詞的定義，并并給出每個謂謂詞的功能及及變量的個體體域。解：(1) 先定定義描述狀態(tài)態(tài)的謂詞要描描述這個問題題，需要能夠夠說明農夫、狼狼、羊、白菜菜和船在什么么位置，為簡簡化問題表示示取消船在河河中行駛的狀狀態(tài)，只描述述左岸和右岸岸的狀態(tài)。并并且，由于左左岸和右岸的的狀態(tài)互補，因因此可僅對左左岸或右岸的的狀態(tài)做直接接描述。本題題選擇對左岸岸進行直接描描述的方法，即即定義謂詞如如下：AL(x)：x 在左岸其中，x 的個個體域是農夫，船，狼狼，羊，白