人工智能经典习题集及各章总结期末考试必备(参考).doc
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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:
知识表示
谓词表示法
产生式表示法
框架表示法
语义网络表示法
框架通常由指定事物各个方面的槽组成,每个槽拥有若干个侧面,而每个侧面又可拥有若干个值。
语义网络由节点和弧线或链线组成,节点用于表示物体、概念和状态,弧线用于表示节点间的关系。
产生式系统由3个基本部分组成:
规则库、综合数据库、控制系统。
首先定义谓词,指出每个谓词的确切含义,然后再用连接词把有关的谓词连接起来,形成一个谓词公式表达一个完整的意义。
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x
⑤路线如下图所示:
(A)
(AB)
(AC)
(AD)
(AE)
(ACB)
(ACD)
(ACE)
(ACDB)
(ACDE)
(ACDEB)
(ACDEBA)
7
5
10
10
7
6
9
10
8
10
7
起始
目标
最短旅行路线为:
A->C->D->E->B->A
总距离为5+6+8+10+7=36
2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:
自然演绎推理
推理
经典逻辑推理
不确定与非单调推理
归结演绎推理
与/或形演绎推理
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。
(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:
状态空间
搜索策略
搜索策略
盲目搜索
启发式搜索
广度优先搜索
深度优先搜索
有界深度优先搜索
代价树的广度优先搜索
代价树的深度优先搜索
局部择优搜索
全局择优搜索
A*算法
与/或树
搜索策略
盲目搜索
广度优先搜索
深度及有界深度优先搜索
有序搜索
特殊情况
博弈问题
提高搜索效率的方法
α-β剪枝技术
博弈问题:
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。
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。
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