計算思維與人工智能基礎(chǔ)第3版周勇部分習題答案

第1章一、選擇題答案1~4BCBC第2章一、選擇題答案1~5CBCAB6~10CCDDA11~15BCCAD16~19BAAA二、填空題答案1.-9的原碼10001001、反碼11110110、補碼111101112.111111001013.8倍4.-29.1255.采樣量化編碼6.256三、簡答題答案（部分）第2題二進制十進制八進制十六進制110011110314767110101.001153.187565.1435.30.100110.593750.460.9810000116710343第3題十進制二進制十六進制97110000161128100000008050.625110010.10132.A23611101100EC20.0810100.000114.1第4題十進制補碼3500100011000000000-211111110-1311110011-7610110100-12810000000第5題如果一個有符號數(shù)占有n位，那么它的最大值是+(2n-1-1)。第6題字符ASCII(十進制)ASCII(十六進制)ASCII(二進制)D684401000100d10064011001003513300110011空格3220001000008.44.1kHz*16/8*2*3*60/1024≈31MB9.10.58*1024*8/(16*2*2*60)≈22.57kHz11.1024*768*24/8/1024/1024=2.25MB第3章一、選擇題答案1~5ACBDC6~10CDCBD11~15DCCBC16~20BCBCA21~25ABDDB26~28CC二、填空題答案1.硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)2.輸入設(shè)備存儲器控制器運算器輸出設(shè)備3.384.文檔；應(yīng)用軟件5.處理器管理存儲管理設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理6.實時7.執(zhí)行狀態(tài)就緒狀態(tài)等待狀態(tài)8.內(nèi)存分配內(nèi)存保護地址映射內(nèi)存擴充9.地址映射10.指令三、簡答題（略）第4章一、選擇題1.C2.C3.A4.A二、填空題1.客戶機，服務(wù)器2.同軸電纜、雙絞線、光纖3.集線器三、簡答題1.局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)2.1986年8月25日，瑞士日內(nèi)瓦時間4點11分，北京時間11點11分，由當時任高能物理所ALEPH組（ALEPH是在西歐核子中心高能電子對撞機LEP上進行高能物理實驗的一個國際合作組，我國科學(xué)家參加了ALEPH組，高能物理所是該國際合作組的成員單位）組長的吳為民，從北京發(fā)給ALEPH的領(lǐng)導(dǎo)——位于瑞士日內(nèi)瓦西歐核子中心的諾貝爾獎獲得者斯坦伯格（JackSteinberger）的電子郵件是中國第一封國際電子郵件。1989年8月，中國科學(xué)院承擔了國家計委立項的“中關(guān)村教育與科研示范網(wǎng)絡(luò)”（NCFC）——中國科技網(wǎng)（CSTNET）前身的建設(shè)。1989年，中國開始建設(shè)國家級四大骨干網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。1991年，在中美高能物理年會上，美方提出把中國納入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的合作計劃。1994年4月，NCFC率先與美國NSFNET直接互聯(lián)，實現(xiàn)了中國與Internet全功能網(wǎng)絡(luò)連接，標志著我國最早的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的誕生。中國科技網(wǎng)成為中國最早的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。1994年，中國第一個全國性TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)---CERNET示范網(wǎng)工程建成，并于同年先后建成。1994年，國家級四大骨干網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)（中國教育與科研計算機網(wǎng)，中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)，中國金橋信息網(wǎng)，中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)）建成。1994年，中國終于獲準加入互聯(lián)網(wǎng)，并在同年5月完成全部中國聯(lián)網(wǎng)工作。1995年，張樹新創(chuàng)立首家互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商（瀛海威）老百姓進入互聯(lián)網(wǎng)。1998年，CERNET研究者在中國首次搭建IPV6試驗床。2000年，中國三大門戶網(wǎng)站搜狐、新浪、網(wǎng)易在美國納斯達克掛牌上市。2001年，下一代互聯(lián)網(wǎng)地區(qū)試驗網(wǎng)在北京建成驗收。2002年，第二季度，搜狐率先宣布盈利，宣布互聯(lián)網(wǎng)的春天已經(jīng)來臨。3.4V特征，Volume（大量），velocity（高速），Variety（多樣），Value（價值）。4.大數(shù)據(jù)最根本的價值在于為人類提供了認識復(fù)雜系統(tǒng)的新思維和新手段。圖靈獎獲得者、著名數(shù)據(jù)庫專家吉姆?格雷（JimGray）博士觀察并總結(jié)認為，人類自古以來在科學(xué)研究上先后歷經(jīng)了實驗、理論、計算和數(shù)據(jù)四種范式，具體如下。（1）第一種范式：實驗科學(xué)在最初的科學(xué)研究階段，人類采用實驗來解決一些科學(xué)問題，著名的比薩斜塔實驗就是一個典型實例。1590年，伽利略在比薩斜塔上做了“兩個鐵球同時落地”的實驗，得出了重量不同的兩個鐵球同時下落的結(jié)論，從此推翻了亞里士多德“物體下落速度和重量成比例”的學(xué)說，糾正了這個持續(xù)了1900年之久的錯誤結(jié)論。（2）第二種范式：理論科學(xué)實驗科學(xué)的研究會受到當時實驗條件的限制，難以完成對自然現(xiàn)象更精確的理解。隨著科學(xué)的進步，人類開始采用各種數(shù)學(xué)、幾何、物理等理論，構(gòu)建問題模型和解決方案。比如牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律構(gòu)成了牛頓力學(xué)的完整體系，奠定了經(jīng)典力學(xué)的概念基礎(chǔ)，它的廣泛傳播和運用對人們的生活和思想產(chǎn)生了重大影響，在很大程度上推動了人類社會的發(fā)展與進步。（3）第三種范式：計算科學(xué)隨著1946年人類歷史上第一臺計算機ENIAC的誕生，人類社會開始步入計算機時代，科學(xué)研究也進入了一個以“計算”為中心的全新時期。在實際應(yīng)用中，計算科學(xué)主要用于對各個科學(xué)問題進行計算機模擬和其他形式的計算。通過設(shè)計算法并編寫相應(yīng)程序輸入計算機運行，人類可以借助于計算機的高速運算能力去解決各種問題。計算機具有存儲容量大、運算速度快、精度高、可重復(fù)執(zhí)行等特點，是科學(xué)研究的利器，推動了人類社會的飛速發(fā)展。（4）第四種范式：數(shù)據(jù)密集型科學(xué)隨著數(shù)據(jù)的不斷累積，其寶貴價值日益得到體現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)和云計算的出現(xiàn)，更是促成了事物發(fā)展從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)變，使人類社會開啟了全新的大數(shù)據(jù)時代，這時，計算機將不僅僅能做模擬仿真，還能進行分析總結(jié)，得到理論。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，一切將以數(shù)據(jù)為中心，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，真正體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值。大數(shù)據(jù)將成為科學(xué)工作者的寶藏，從數(shù)據(jù)中可以挖掘未知模式和有價值的信息，服務(wù)于生產(chǎn)和生活，推動科技創(chuàng)新和社會進步。雖然第三種方式和第四種方式都是利用計算機來進行計算，但是，二者還是有本質(zhì)的區(qū)別的。在第三種研究范式中，一般是先提出可能的理論，再搜集數(shù)據(jù)，然后通過計算來驗證。而對于第四種研究范式，則是先有了大量已知的數(shù)據(jù)，然后通過計算得出之前未知的理論。5.略6.云計算是一種按使用量付費的模式，它隨時隨地提供便捷的、可通過網(wǎng)絡(luò)按需訪問的可配置計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件、服務(wù)），這些資源可以快速調(diào)配，極度縮減管理資源的工作量以及與服務(wù)提供商的交互。7.云計算有三種服務(wù)模式，分別是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（InfrastructureasaService，IaaS）、平臺即服務(wù)（PlatformasaService，PaaS）、軟件即服務(wù)（SoftwareasaService，SaaS）。IaaS將計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)整合成一個虛擬資源池，為客戶提供虛擬服務(wù)器等服務(wù)，這種形式的云計算把硬件開發(fā)環(huán)境作為計量服務(wù)提供給客戶。PaaS為客戶提供通用應(yīng)用（即開發(fā)平臺）服務(wù)，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用開發(fā)平臺等，而不是某種具體應(yīng)用，在云計算的技術(shù)實現(xiàn)環(huán)節(jié)起到了承上啟下的作用。SaaS為客戶提供個性化應(yīng)用服務(wù)，即服務(wù)提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在其服務(wù)器上，客戶可以根據(jù)自己的實際需求，通過互聯(lián)網(wǎng)向服務(wù)提供商訂購所需要的應(yīng)用軟件服務(wù)，按照訂購服務(wù)數(shù)量的多少和時間的長短支付費用。8.略第5章第5章程序設(shè)計題，解題方法不止一種，答案僅提供1種思路供參考。1.數(shù)雞蛋問題。雞蛋最少是52個。2.吃饅頭問題。大人20個，小孩80個。3.雞兔同籠問題。雞16只，兔子3只。

4.單據(jù)涂抹問題。11859。

5.貨幣問題。4種組合。第一種50元1張，10元19張；第二種50元2張，10元14張；第三種50元3張，10元9張；第四種50元4張，10元4張；6.樓梯走法問題。233種方法。

7.猴子吃桃問題。第一天摘了1534只桃子。8.遞歸求累加和。

9.冒泡排序升序結(jié)果：第一趟{7,4,11,12,5,9,34}第二趟{4,7,11,5,9,12,34}第三趟{4,7,5,9,11,12,34}第四趟{4,5,7,9,11,12,34}第五趟{4,5,7,9,11,12,34}第六趟{4,5,7,9,11,12,34}10.選擇排序降序結(jié)果：第一趟{50,7,8,11,33,22,1}第二趟{50,33,8,11,7,22,1}第三趟{50,33,22,11,7,8,1}第四趟{50,33,22,11,7,8,1}第五趟{50,33,22,11,8,7,1}第六趟{50,33,22,11,8,7,1}第6章1.2014年，美國國家標準與技術(shù)研究院（NationalInstituteofStandaradsandTechnology，NIST）在發(fā)布的《增強關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)空間安全框架》中對“網(wǎng)絡(luò)空間安全”進行了定義，即“通過預(yù)防、檢測和響應(yīng)攻擊，保護信息的過程”。2.物理設(shè)備安全主要考慮這些硬件設(shè)備自身防毀以及外界環(huán)境、通信線路、電磁、電源的安全性。3.略4.略第7章1．什么是人工智能？它的研究目標是什么？人工智能，就是人類智能的人工實現(xiàn)。具體來說，是指機器根據(jù)人類給定的初始信息來生成和調(diào)度知識、進而在目標引導(dǎo)下由初始信息和知識生成求解問題的策略并把智能策略轉(zhuǎn)換為智能行為從而解決問題的能力。從學(xué)科的角度而言，人工智能是一門研究如何構(gòu)造智能機器或智能系統(tǒng)，使它能模擬、延伸、擴展人類智能的學(xué)科。這門學(xué)科最大的魅力在于為探索“智能理論”提供了一種媒介和實驗平臺：首先用計算機程序語言表達這些理論，然后再在實際計算機上執(zhí)行來進行測試和驗證，其最終目標是建立關(guān)于智能的理論體系和讓智能機器達到人類的智能水平。2．簡述人工智能研究各個發(fā)展階段及其特點。略3．機器要通過圖靈測試，所需要的主要技術(shù)有哪些？一臺機器要通過圖靈測試，它至少需要有下面的能力：1.自然語言處理:實現(xiàn)用自然語言與計算機進行交流;2.知識表示:存儲它知道的或聽到的、看到的；3.自動推理：能根據(jù)存儲的信息回答問題，并提出新的結(jié)論；4.機器學(xué)習：能適應(yīng)新的環(huán)境，并能檢測和推斷新的模式；4．人工智能有哪些重要的學(xué)派，它們的認知觀是什么？人工智能的主要研究的學(xué)派有符號主義（SymbolicismSymbolicism）、連接主義（ConnectionismConnectionism）和行為主義（Actionism）。符號主義其原理主要為物理符號系統(tǒng)（即符號操作系統(tǒng)）假設(shè)和有限合理性原理。連接主義其原理主要為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間的連接機制與學(xué)習算法。行為主義其原理為控制論及感知-動作型控制系統(tǒng)。符號主義，又稱為邏輯主義、心理學(xué)派或計算機學(xué)派，認為人的認知基元是符號，而且認知過程即符號操作過程。它認為智能是一個物理符號系統(tǒng)，計算機也是一個物理符號系統(tǒng)。因此，我們就能夠用計算機來模擬人的智能行為，即用計算機的符號操作來模擬人的認知過程。連接主義又稱為仿生學(xué)派或生理學(xué)派，認為人的思維基元是神經(jīng)元，而不是符號處理過程。它對物理符號系統(tǒng)假設(shè)持反對意見，認為人腦不同于電腦，并提出連接主義的大腦工作模式，用于取代符號操作的電腦工作模式。行為主義又稱為進化主義或控制論學(xué)派，認為人工智能的研究方法應(yīng)采用行為模擬方法，也認為功能、結(jié)構(gòu)和智能行為是不可分開的。不同的行為表現(xiàn)出不同的功能和不同的控制結(jié)構(gòu)。認為智能取決于感知和行動(所以被稱為行為主義)，提出智能行為的“感知－動作”模式。5．請列舉人工智能研究的主要應(yīng)用領(lǐng)域。問題求解與博弈、專家系統(tǒng)、知識圖譜、模式識別、智能決策支持系統(tǒng)、自然語言處理、智能檢索、自動駕駛、機器人學(xué)、AIGC、人工智能+等。6．你認為人工智能作為一門學(xué)科，今后的發(fā)展方向應(yīng)該如何?略7．人工智能如何更好的和傳統(tǒng)行業(yè)融合，實現(xiàn)人工智能+？略第8章.7.9略3.以變量m、f、s、v分別指示農(nóng)夫、狐貍、小羊、菜,且每個變量只可取值1(表示在左岸)或0(表示在右岸)。問題狀態(tài)可以四元組(m、f、s、v)描述,設(shè)初始狀態(tài)下均在左岸,目標狀態(tài)下都到達右岸。從而,問題求解任務(wù)可描述為

(1,1,1,1)->(0,0,0,0)設(shè)計二類操作算子:Lx、Rx,x為m、f、s、v時分別指示農(nóng)夫獨自,帶狐貍,帶小羊,帶菜過河；狀態(tài)空間圖如下所示.由于Lx和Rx是互逆操作,故而解答路徑可有無數(shù)條,但最近的只有二條;都是7個操作步。4.設(shè)用SK=(Sk0,Sk1)表示問題的狀態(tài)，SK0表示盤片A所在的柱號，Sk1表示盤片B所在的柱號，全部可能的狀態(tài)有九種：S0=(1,1),S1=(1,2),S2=(1,3)S3=(2,1),S4=(2,2),S5=(2,3)S6=(3,1),S7=(3,2),S8=(3,3) 問題的初始狀態(tài)集合為S=S0,目標狀態(tài)集合為G=S8。 算符分別用A(i,j)及B(i,j)。A(i,j)表示把A盤片從第i號柱移到第j號柱。B(i,j)與之同理。算符共有12個。在狀態(tài)空間圖中，從初始節(jié)點(1,1)到目標節(jié)點(3,3)的任何一條通路都是問題的一個解。其中最短的路徑長度是3，它由3個算符組成。例如:A(1,2),B(1,3),A(2,3)。8.根節(jié)點的MAX值是3第9章1.什么是機器學(xué)習？機器學(xué)習的研究目標是什么？機器學(xué)習是研究如何讓計算機從數(shù)據(jù)中自動產(chǎn)生“模型”的“學(xué)習算法”。機器學(xué)習的目標是使學(xué)得的模型能夠很好地適用于“新樣本”，即令模型具備良好的泛化性。2.什么是監(jiān)督學(xué)習？什么是無監(jiān)督學(xué)習？監(jiān)督學(xué)習（SupervisedLearning）是通過已有的訓(xùn)練樣本（即已知數(shù)據(jù)以及其對應(yīng)的輸出）進行訓(xùn)練，從而得到一個最優(yōu)模型，再利用這個模型將所有新的數(shù)據(jù)樣本映射為相應(yīng)的輸出結(jié)果，對輸出結(jié)果進行簡單的判斷從而實現(xiàn)分類的目的。無監(jiān)督學(xué)習（UnsupervisedLearning）是在用來學(xué)習的數(shù)據(jù)沒有任何類別信息以及給定目標值的情況下，通過學(xué)習尋求數(shù)據(jù)間的內(nèi)在關(guān)系和統(tǒng)計規(guī)律，從而獲得樣本數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征。3.簡述機器學(xué)習的一般過程。收集數(shù)據(jù)：可以使用很多方法收集樣本數(shù)據(jù)，如制作網(wǎng)頁爬蟲工具從網(wǎng)站上抽取數(shù)據(jù)、智能設(shè)備發(fā)送過來的實測數(shù)據(jù)（溫度、血壓等）。獲得數(shù)據(jù)的方法有很多，為了確保實驗的可驗證性和準確性、節(jié)省時間和精力，一般采用公測數(shù)據(jù)集。輸入數(shù)據(jù)：獲得數(shù)據(jù)后，還必須確保數(shù)據(jù)格式符合要求，與收集數(shù)據(jù)的格式相比，處理算法要求的格式相對簡單很多。數(shù)據(jù)預(yù)處理：為了從這些數(shù)字或符號(串)中抽取出對機器學(xué)習有效的信息，必須進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清理和特征提取等。數(shù)據(jù)預(yù)處理是一個非常重要的步驟，它影響著整個機器學(xué)習的成敗。訓(xùn)練算法：機器學(xué)習算法從這一步才真正開始學(xué)習。根據(jù)算法的不同，第四步和第五步是機器學(xué)習算法的核心。我們將前三步得到的格式化數(shù)據(jù)輸人到算法，從中抽取知識或信息。這里得到的知識需要存儲為計算機可以處理的格式，方便后續(xù)步驟使用。如果使用無監(jiān)督學(xué)習算法，由于不存在目標變量值，故而也不需要訓(xùn)練算法，所有與算法相關(guān)的內(nèi)容都集中在第五步。測試、驗證模型：測試模型的目的是為了確定所建立模型是否滿足實際應(yīng)用的要求。測試數(shù)據(jù)應(yīng)該和訓(xùn)練用的樣本數(shù)據(jù)不一致，否則，測試所得的結(jié)果永遠都是滿意的。用測試數(shù)據(jù)對所建立模型進行測試，觀察測試結(jié)果是否與實際情況是相符合。若與實際情況相符合，所建立模型就可對未知數(shù)據(jù)做預(yù)測，從而得到進一步的驗證。4.機器學(xué)習的四要素是什么？機器學(xué)習包括四個基本要素：數(shù)據(jù)、模型、策略和優(yōu)化。5.什么是聚類？常見的聚類算法有哪些？聚類（Clustering）是一種無監(jiān)督的學(xué)習方法，目標是通過對無標記訓(xùn)練樣本的學(xué)習來揭示數(shù)據(jù)的內(nèi)在的性質(zhì)和規(guī)律，為進一步的數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。聚類基于“物以類聚”的思想，通過計算對象個體或?qū)ο箢愔g的相似程度，將滿足相似條件的對象個體或?qū)ο箢惙秩胪活悾ù兀﹥?nèi)；不滿足相似條件的對象個體或?qū)ο箢惙秩氩煌悾ù兀┲?，使劃分結(jié)果滿足類內(nèi)元素相似度高、類間元素相似程度低的要求。主要的聚類算法可以劃分為以下4個類型：基于劃分的聚類方法：代表算法有：K-MEANS算法、K-MEDOIDS算法、CLARANS算法等；基于層次的聚類方法：代表算法有BIRCH算法、CURE算法、CHAMELEON算法等；基于密度的聚類方法：代表算法有DBSCAN算法、OPTICS算法、DENCLUE算法等；基于網(wǎng)格的聚類方法：代表算法有STING算法、CLIQUE算法、WAVE-CLUSTER算法等。6.什么是分類？常見的分類算法有哪些？分類（Classification）是機器學(xué)習的一項重要任務(wù)，是指在數(shù)據(jù)庫的各個對象中找出共同特征，并按照分類模型把它們進行分類。分類分析時將依據(jù)“訓(xùn)練集”數(shù)據(jù)的類標號，對類進行準確的描述或者建立模型，該模型能夠很好地擬合輸入數(shù)據(jù)中類標號和屬性集之間的聯(lián)系，還要能正確地預(yù)測未知樣本的類標號。常見的分類算法有決策樹、貝葉斯、k-近鄰、支持向量機。7．給定秋游決策樣本數(shù)據(jù)集，如表8-11所示，請回答以下問題。（1）決策樹ID3算法會選擇哪個屬性作為根節(jié)點？（2）構(gòu)造該決策樹。表8-11秋游決策樣本數(shù)據(jù)集序號天氣溫度風速秋游1晴天炎熱微風是2晴天炎熱強風否3多云炎熱微風是4下雨涼爽微風否5下雨涼爽強風否6多云涼爽強風否7下雨適中微風是8晴天涼爽強風是9晴天適中微風是10晴天適中強風是解：（1）對于給定的數(shù)據(jù)集，其期望信息量為：選取屬性天氣作為根節(jié)點的期望信息量為：則屬性天氣的信息增益值為：同理，可求得屬性溫度的信息增益值為：屬性風速的信息增益值為：由于屬性溫度的信息增益值最大，所以選擇屬性溫度作為根節(jié)點。（2）使用將屬性溫度樣本分組后溫度適中樣本全部指向葉節(jié)點“是”，溫度炎熱樣本可以被屬性風速分組至葉節(jié)點，溫度涼爽樣本可以被屬性天氣分組至葉節(jié)點，如圖所示。8.假設(shè)數(shù)據(jù)集D中有10個數(shù)據(jù)對象（用二維空間的點表示），分別是：,,,,,,,,用K-means聚類算法將這些數(shù)據(jù)進行聚類，距離計算辦法采用歐氏距離。解：首先給定聚類數(shù)K=3，隨機選取m1，m2，m3作為初始類的中心點，分別是m1=，m2=，m3=，開始迭代。第