人工智能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)《人工智能》試驗(yàn)指導(dǎo)試驗(yàn)內(nèi)容試驗(yàn)一狀態(tài)空間搜尋試驗(yàn)試驗(yàn)二A*算法試驗(yàn)試驗(yàn)三子句消解試驗(yàn)試驗(yàn)四化為子句集的九步法試驗(yàn)試驗(yàn)五BP網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)溫馨提示：上述試驗(yàn)可以承受任何自己生疏的語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)0《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)試驗(yàn)一 狀態(tài)空間搜尋試驗(yàn)——八數(shù)碼問(wèn)題〔必修，2學(xué)時(shí)〕一、試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容試驗(yàn)?zāi)康模豪斫夂桶盐諣顟B(tài)空間搜尋的策略試驗(yàn)內(nèi)容要求：3X31—8求實(shí)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題:將該九宮風(fēng)格整為某種有序的形式，調(diào)整的原則為每次只能將空格〔上、下、左、右〕相鄰的一個(gè)數(shù)字平移到空格中，試編程實(shí)現(xiàn)這一問(wèn)題的求解二、試驗(yàn)原理及根本技術(shù)路線(xiàn)圖〔方框原理圖或程序流程圖〕試驗(yàn)原理：算法分析：試驗(yàn)流程圖：三、所用儀器、材料〔設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)、規(guī)格等或使用軟件〕四、試驗(yàn)方法、步驟〔或：程序代碼或操作過(guò)程〕試驗(yàn)步驟試驗(yàn)源程序六、試驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論1《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)試驗(yàn)二 A*算法試驗(yàn)〔2學(xué)時(shí)〕一、試驗(yàn)?zāi)康模篈*算法求解N數(shù)碼難題，理解求解流程和搜尋挨次。二、試驗(yàn)原理：A*算法是一種有序搜尋算法，其特點(diǎn)在于對(duì)估價(jià)函數(shù)的定義上。對(duì)于一般的有序搜尋，總是選擇f值最小的節(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。因此，f是依據(jù)需要找到一條最小代價(jià)路徑的觀(guān)點(diǎn)來(lái)估算節(jié)點(diǎn)的，所以，可考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)n的估價(jià)函數(shù)值為兩個(gè)重量：從起始節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)n的代價(jià)以及從節(jié)點(diǎn)n到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的代價(jià)。三、試驗(yàn)條件：N數(shù)碼難題演示程序。IE6.0以上，可以上Internet。三、試驗(yàn)內(nèi)容：815數(shù)碼為例實(shí)際求解A*算法。畫(huà)出A*算法求解框圖。分析估價(jià)函數(shù)對(duì)搜尋算法的影響。分析A*算法的特點(diǎn)。四、試驗(yàn)步驟：開(kāi)頭演示。進(jìn)入N815數(shù)碼，點(diǎn)擊“選擇數(shù)碼”按鈕確定。第一次啟動(dòng)后，點(diǎn)擊兩次“缺省”或者“隨機(jī)”按鈕，才會(huì)消滅圖片。2點(diǎn)擊“缺省棋局列的初始節(jié)點(diǎn)。算法執(zhí)行。點(diǎn)擊“連續(xù)執(zhí)行”則程序自動(dòng)搜尋求解，并演示每一步結(jié)果；點(diǎn)擊“單步運(yùn)行”則每次執(zhí)行一步求解流程15數(shù)碼15數(shù)碼難題演示實(shí)例。算法流程的任一時(shí)刻的相關(guān)狀態(tài),openclose5種形式在按鈕上方同步顯示,便于深入學(xué)習(xí)理解A*算法。依據(jù)程序運(yùn)行過(guò)程畫(huà)出A*算法框圖。其它可參考幫助文件。五、試驗(yàn)報(bào)告要求：A*算法流程圖和算法框圖。試分析估價(jià)函數(shù)的值對(duì)搜尋算法速度的影響。依據(jù)A*算法分析啟發(fā)式搜尋的特點(diǎn)。3《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)試驗(yàn)三子句消解試驗(yàn)〔2〕一、試驗(yàn)?zāi)康模豪斫夂凶兞康淖泳淙绾问褂孟庖?guī)章，把握子句消解的原理和規(guī)章，能嫻熟進(jìn)展任意兩個(gè)子句的消解，了解消解推理的某些常用規(guī)章。二、試驗(yàn)原理：對(duì)子句集進(jìn)展消解推理，得到相應(yīng)的結(jié)論。為了對(duì)含有變量的子句使用消解規(guī)章，我們必需找到一個(gè)置換，作用于父輩子句使其含有互補(bǔ)文字。消解兩個(gè)子句時(shí)，可能有一個(gè)以上的消解式，不過(guò)，在任何狀況下最多有有限個(gè)消解式。三、試驗(yàn)條件子句消解推理演示程序。IE6.以上，可以上Internt四、試驗(yàn)內(nèi)容：運(yùn)行并觀(guān)看演示實(shí)例。輸入的子句，檢查消解結(jié)果。依據(jù)消解過(guò)程理解消解原理和常用規(guī)章。五、試驗(yàn)步驟：默認(rèn)例如演示。進(jìn)入演示實(shí)例，點(diǎn)擊“演示實(shí)例1消解結(jié)果。分別運(yùn)行“演示實(shí)例”和“演示實(shí)例4用。自定義消解子句。點(diǎn)擊“系統(tǒng)重置”按鈕，再通過(guò)鍵盤(pán)與兩個(gè)按鈕“～”與“∨”結(jié)果。重復(fù)步驟3，屢次輸入不同子句進(jìn)展消解，生疏消解過(guò)程。六、試驗(yàn)結(jié)論：生疏消解過(guò)程，理解子句消解規(guī)章。給出自己輸入的待消解子句、消解結(jié)果和具體過(guò)程。5《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)試驗(yàn)四化為子句集的九步法試驗(yàn)〔2學(xué)時(shí)〕一、試驗(yàn)?zāi)康模豪斫夂桶盐障庠恚柚^詞公式化為子句集的九個(gè)步驟，理解消解推理規(guī)章，能把任意謂詞公式轉(zhuǎn)換成子句集。二、試驗(yàn)原理消解是可用于肯定的子句公式的重要推理規(guī)章，任一謂詞演算公式可以化成一個(gè)子句集。通過(guò)九步法消解可以從這兩個(gè)父輩子句推導(dǎo)出一個(gè)子句。九步法消解包括消去蘊(yùn)涵符號(hào)、減否認(rèn)符轄域、對(duì)變量標(biāo)準(zhǔn)化、消去存在量詞、化為前束型、化為合取范式、消去全程量詞、消去合取符、更換變量名，依次變換即可得到子句集。三、試驗(yàn)條件：子句集轉(zhuǎn)換演示程序。IE6.0以上，可以上Internet。四、試驗(yàn)內(nèi)容：理解消解原理，生疏謂詞公式轉(zhuǎn)換成子句集的步驟。五、試驗(yàn)步驟：6程的九個(gè)步驟按鈕，得到消解結(jié)果。自定義消解目標(biāo)。點(diǎn)擊“去除”刪除默認(rèn)公式，利用界面鍵盤(pán)輸入的消解目標(biāo)，語(yǔ)法檢查。點(diǎn)擊“語(yǔ)法檢查”檢查輸入謂詞公式的語(yǔ)法錯(cuò)誤。如無(wú)錯(cuò)誤，則依次點(diǎn)擊步驟按鈕進(jìn)展消解。重復(fù)運(yùn)行2、3步，生疏消解原理和消解過(guò)程。六、試驗(yàn)報(bào)告要求：了解每一步消解的規(guī)章和原則。給出一個(gè)謂詞公式消解的具體過(guò)程和結(jié)果。分析消解原理的特點(diǎn)和原理。7《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)試驗(yàn)五 BP網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)〔4學(xué)時(shí)〕一、試驗(yàn)?zāi)康模翰ス?。通過(guò)構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，生疏前饋網(wǎng)絡(luò)的原理及構(gòu)造。二、試驗(yàn)原理反向傳播(BP)BP算法過(guò)程從輸出節(jié)點(diǎn)開(kāi)頭，反向地向第一隱含層(即最接近輸入層的隱含層)傳播由總誤差引起的權(quán)值修正。BP(層)節(jié)點(diǎn)。輸入信號(hào)先向前傳遞到隱節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)作用后，再把隱節(jié)點(diǎn)的輸出信息傳遞到輸出節(jié)點(diǎn)，最終給出輸出結(jié)果。三、試驗(yàn)條件：BP網(wǎng)絡(luò)演示程序。IE5.0以上版本，能連通Internet。四、試驗(yàn)內(nèi)容：通過(guò)BP網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)參數(shù)的不同設(shè)置，觀(guān)看BP算法的學(xué)習(xí)效果。觀(guān)看比較BP網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)參數(shù)變化對(duì)于訓(xùn)練結(jié)果的影響。五、試驗(yàn)步驟：設(shè)置各層神經(jīng)元個(gè)數(shù)設(shè)置。用戶(hù)點(diǎn)擊下拉列表框選擇輸入、隱含、輸出各層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，其中隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)自動(dòng)設(shè)為輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)(n)2n+1個(gè)，然后再點(diǎn)擊“確定”BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖以及系統(tǒng)隨機(jī)生成默認(rèn)的各層權(quán)值。動(dòng)量因子、迭代次數(shù)參數(shù)值。各層權(quán)值設(shè)置，假設(shè)用戶(hù)使用系統(tǒng)隨機(jī)生成默認(rèn)的各層權(quán)值，則進(jìn)展第4步。用戶(hù)8或選中“自定義權(quán)”單項(xiàng)選擇框自定義權(quán)各層權(quán)，在權(quán)值設(shè)置文本域設(shè)置權(quán)值后，單擊其后“確定”按鈕?；螂p擊下方列表框選項(xiàng)，相應(yīng)權(quán)值會(huì)在權(quán)值設(shè)置文本域消滅，則進(jìn)“確定”后兩種方式均會(huì)成功地激活“確定”按鈕。學(xué)習(xí)樣本設(shè)置，單文本域中消滅“入層”字樣表示在單文本域中設(shè)置輸入層神經(jīng)元信號(hào)向量。單文本域中消滅“出層”字樣表示在單文本域中設(shè)置輸出層神經(jīng)元信號(hào)如選中，則“校正網(wǎng)絡(luò)”按鈕會(huì)成功地激活。樣本列表框也具有如步3的雙擊修改功能?！靶ＵW(wǎng)絡(luò)”按鈕成功地激活后，單擊“校正網(wǎng)絡(luò)”按鈕，進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)習(xí)完成后〔重設(shè)置初始權(quán)值、或?qū)W習(xí)樣本等方式〕讓網(wǎng)絡(luò)重“學(xué)習(xí)六、試驗(yàn)結(jié)論：BP網(wǎng)絡(luò)的根本構(gòu)造及BP算法的訓(xùn)練過(guò)程。試述閾值函數(shù)和權(quán)值變化對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)推理結(jié)果的影響。9《人工智能導(dǎo)論》試驗(yàn) 河南理工大學(xué)試驗(yàn)一狀態(tài)空間搜尋試驗(yàn)樣例——八數(shù)碼問(wèn)題一、試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容試驗(yàn)?zāi)康模豪斫夂桶盐諣顟B(tài)空間搜尋的策略試驗(yàn)內(nèi)容要求：3X31—8求實(shí)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題:將該九宮風(fēng)格整為某種有序的形式，調(diào)整的原則為每次只能將空格〔上、下、左、右〕相鄰的一個(gè)數(shù)字平移到空格中，試編程實(shí)現(xiàn)這一問(wèn)題的求解〕試驗(yàn)原理：也就是奇數(shù)排列和偶數(shù)排列。我們可以把一個(gè)隨機(jī)排列的數(shù)組從左到右從上到下用一個(gè)數(shù)組表示，例如｛８，７，１，５，２，６，３，４，０｝其中０代表空格。它在奇序列位置上。在這個(gè)數(shù)組中我們首先計(jì)算它能夠重排列出來(lái)的結(jié)果，公式就是：∑〔Ｆ〔Ｘ〕〕＝Ｙ，其中Ｆ〔Ｘ〕，就是一個(gè)數(shù)他前面比這個(gè)數(shù)小的數(shù)的個(gè)數(shù)，Ｙ為奇數(shù)和偶數(shù)個(gè)有一種解法。那么上面的數(shù)組我們就可以解出它的結(jié)果。算法分析：九宮問(wèn)題的求解方法就是交換空格〔０〕位置，直至到達(dá)目標(biāo)位置為止。圖形表示就是：因此可知：九宮的所以排列有９！種，也就是３６２８８０種排法，數(shù)據(jù)量是格外大的，我使用廣度搜尋，需要記住每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的排列形式，要是用數(shù)組記錄的話(huà)會(huì)占用很多的內(nèi)存，我們把數(shù)據(jù)進(jìn)展適當(dāng)?shù)膲嚎s。使用ＤＷＯＲＤ形式保存，壓縮形式是每個(gè)數(shù)字用３位表示，這樣就是３×９＝２７個(gè)字節(jié)，由于８的二進(jìn)制表示形式１０００，不能用３位表示，我使用了一個(gè)小技巧就是將８表示位０００，然后用多出來(lái)的５個(gè)字表示８所在的位置，就可以用ＤＷＯＲＤ表示了。用移位和或操作將數(shù)據(jù)逐個(gè)移入，比乘法速度要快點(diǎn)。定義了幾個(gè)結(jié)10果來(lái)存儲(chǔ)遍歷到了結(jié)果和搜尋完成后保存最優(yōu)路徑。試驗(yàn)流程圖：開(kāi)頭開(kāi)頭0~8數(shù)碼序列建立一個(gè)隊(duì)列，將初始結(jié)點(diǎn)入隊(duì)，并設(shè)置隊(duì)列頭和尾指取出隊(duì)列頭〔頭指針?biāo)浮车慕Y(jié)點(diǎn)進(jìn)展擴(kuò)展，從它擴(kuò)展出子結(jié)點(diǎn)，并將這些結(jié)點(diǎn)按擴(kuò)展的挨次參加隊(duì)列推斷擴(kuò)展出的結(jié)點(diǎn)與隊(duì)列中的結(jié)點(diǎn)是否重復(fù)否是隊(duì)列頭的結(jié)點(diǎn)可以擴(kuò)展，直接返回其次步。否則將隊(duì)列頭指針指向下一結(jié)點(diǎn)，再返回其次步。否推斷擴(kuò)展出的結(jié)點(diǎn)是否是目標(biāo)結(jié)點(diǎn)，是顯示路徑程序完畢三、所用儀器、材料〔設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)、規(guī)格等或使用軟件〕硬件:個(gè)人計(jì)算機(jī) 一臺(tái),MicrosoftVisualC++6.0四、試驗(yàn)方法、步驟〔或：程序代碼或操作過(guò)程〕11試驗(yàn)步驟C++6.0得文檔。輸入源程序代碼，進(jìn)展編譯，調(diào)試運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果，按提示要求輸入1—8這八個(gè)數(shù)，進(jìn)展程序測(cè)驗(yàn)。試驗(yàn)源程序#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<windows.h>#include<queue>#include<stack>usingnamespacestd;#defineHashTableSize362881#defineNOT !#defineUP 0#defineDOWN 1#defineLEFT 2#defineRIGHT 3#defineBit typedefstructmaps{Bitdetail[9];intmyindex; //記錄自己節(jié)點(diǎn)在hash表中的位置Bitposition; //記錄空格〔0〕在序列中的位置}Map,*PMap;Map org; // 初始狀態(tài)int EndIndex; 目標(biāo)//上移，下移， 左移 ，右移intconstderection[4]={-3 ,3 , -1 ,1};//可移動(dòng)的四個(gè)方向intconstFactorial[9]={40320,5040,720,120,24,6,2,1,1};intHashTable[HashTableSize]={0};//hash表,其中記錄的是上一個(gè)父節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置voidinput12{inti,j;intsum,count,index;for(i=0;i<9;i++){scanf(“%1d“,&org.detail[i]);org.detail[i]||(org.position=i);}for(i0i9i //計(jì)算逆序{if(0==org.detail[i])continue;for(j=0;j<i;j++)sum+=(0!=org.detail[j]&&org.detail[j]<org.detail[i]);}for(i0index0i9i //hash{for(j=0,count=0;j<i;j++)count+=org.detail[j]>org.detail[i];index+=Factorial[org.detail[i]]*count;}org.myindex=index+1;EndIndexsum%2161328:322561; return;}/***hash值的計(jì)算*Parenthash*direcinlineintHashValue(Map&Parentint&direct{inti=Parent.position;intnewindex=Parent.myindex;Bit*p=Parent.detail;switch(direct){caseUP:{newindex-=3*40320;newindex+=(p[i-2]>p[i-3])?(Factorial[p[i-3]]):(-Factorial[p[i-2]]);newindex+=(p[i-1]>p[i-3])?(Factorial[p[i-3]]):(-Factorial[p[i-1]]);13break;}caseDOWN:{newindex+=3*40320;newindex-=(p[i+2]>p[i+3])?(Factorial[p[i+3]]):(-Factorial[p[i+2]]);newindex-=(p[i+1]>p[i+3])?(Factorial[p[i+3]]):(-Factorial[p[i+1]]);break;}caseLEFT:returnnewindex-40320;break;caseRIGHT:returnnewindex+40320;break;}returnnewindex;}/**** 寬度優(yōu)先搜尋***/voidBfs{queue<Map>Queue;Queue.push(org);HashTable[org.myindex]=-1;while(NOTQueue.empty){Mapnode=Queue.front;Queue.pop;for(intk=0;k<4;k++){Maptmp=node;tmp.position=node.position+derection[k];if(tmp.position<0||tmp.position>8||(k>1&&tmp.position/3!=node.position/3))continue;tmp.myindex=HashValue(node,k);if(0!=HashTable[tmp.myindex])continue;tmp.detail[node.positiontmp.detail[tmp.position//移動(dòng)空格tmp.detail[tmp.position]=0;HashTable[tmp.myindex]node.myindex; //狀態(tài)記錄到hashtable中if(node.myindex==EndIndex)return;Queue.push(tmp);}14}return;}/****通過(guò)hash表中記錄的進(jìn)展查找路徑***/voidFindPath{intnowindex;intcount=0;intnixu[9],result[9];inti,j,k;stack<int>Stack;Stack.push(EndIndex);nowindex=EndIndex;while(-1!=HashTable[nowindex]){Stack.push(HashTable[nowindex]);nowindex=HashTable[nowindex];}printf(%d\n“,Stack.size-1);getchar;while(NOTStack.empty){nowindex=Stack.top-1;Stack.pop;for(i0i9;i //計(jì)算出逆序{nixu[i]=nowindex/Factorial[i];nowindex%=Factorial[i];}memset(result,-1,9*sizeof(int));for(i=0i9i //依據(jù)逆序計(jì)算排列{for(j=0,k=nixu[i];j<9;j++){if(result[