湖北汽车工业学院人工智能考试题标准答案版2014学年.doc

1、人工智能有哪些研究领域？你能列举出一些与汽车相关的研究领域吗？人工智能的研究更多的是结合具体领域进行的，主要研究领域有专家系统，机器学习，模式识别，自然语言理解，数据库的智能检索，自动定理证明，自动程序设计，机器人学，博弈，智能决定支持系统和人工神经网络。 汽车导航系统，无人驾驶系统，自我诊断，路径规划，自动泊车，防撞预警，车道偏离预警环境识别与感知，GPS导航，人工智能换挡 互联网2、对于农夫过河问题，分析其中的产生式规则，组成规则库，并给出初始事实数据和目标条件，建立一个小型产生式系统并运行之。1) 农夫每次只能带一样东西过河(2)如果没有农夫看管，狼吃羊，羊吃菜要求：设计一个过河方案，使得农夫、狼、羊、菜都能过河，画出相应的状态空间图。2) 四元组S表示状态，即S(农夫，狼，羊，菜)用0表示在左岸，1表示在右岸 初始S=(0，0，0，0) 目标G=(1，1，1，1)定义操作符L(i)表示农夫带东西到右岸：i=0 农夫自己到右岸；i=1 农夫带狼到右岸；i=2 农夫带羊到右岸； i=3 农夫带菜到右岸； 定义操作符R(i)表示农夫带东西到左岸： i=0 农夫自己到左岸； i=1 农夫带狼到左岸；i=2 农夫带羊到左岸； i=3 农夫带菜到左岸；约束状态如下：(1，0，0，X)狼、羊在左岸；(1，X，0，0)羊、菜在左岸；(0，1，1，X)狼、羊在右岸；(0，X，1，1)羊、菜在右岸； (0，0，0，0) / L(2) (1，0，1，0) / R(0)(0，0，1，0) / L(1) R(3)(1，1，1，0) (1，0，1，1) / R(2) R(2)(0，1，0，0) (0，0，0，1) L(3) / L(1) (1，1，0，1) R(0)(0，1，0，1) L(2) (1，1，1，1)解一： 解二：1.带羊过河 (1，0，1，0) 1.带羊过河 (1，0，1，0)2.农夫回来 (0，0，1，0) 2.农夫回来 (0，0，1，0)3.带狼过河 (1，1，1，0) 3.带菜过河 (1，0，1，1)4.带羊回来 (0，1，0，0)4.带羊回来 (0，0，0，1)5.带菜过河 (1，1，0，1) 5.带狼过河 (1，1，0，1)6.农夫回来 (0，1，0，1) 6.农夫回来 (0，1，0，1)7.带羊过河 (1，1，1，1) 7.带羊过河 (1，1，1，1)3、用状态可见搜索法求解农夫、狗、鸡、米问题。（提示：用四元组（农夫、狗、鸡、米）表示状态，其中每个元素都可为0或1，0表示在左岸，1表示在右岸；把每次过河的一种安排作为一个算符，每次过河都必修有农夫。）解：用四元组S表示状态，即S（L，J，M，N） 其中L：农夫 J：狼 M：羊 N：菜用0表示在左岸岸，1表示在右岸，即S=（0，0，0，0） 目标G（1，1，1，1） 定义操作符L（i）表示农夫带东西到右岸： i=0 农夫自己到右岸； i=1 农夫带狼到右岸；i=2 农夫带羊到右岸；i=3 农夫带菜到右岸； 定义操作符R（i）表示农夫带东西到左岸： i=0 农夫自己到左岸；i=1 农夫带狼到左岸；i=2 农夫带羊到左岸；i=3 农夫带菜到左岸；约束状态如下：（1，0，0，1）狼、羊在左岸；（1，1，0，0）羊、菜在左岸；（0，1，1，0）狼、羊在右岸； （0，0，1，1）羊、菜在右岸；（1，0，0，0）狼、羊、菜在左岸；（0，1，1，1）狼、羊、菜在右岸； 解：第一步，定义问题的描述形式 用四元组S=（f，w，s，v）表示问题状态，其中，f，w，s和v分别表示农夫，狼，羊和青菜是否在左岸，它们都可以取1或0，取1表示在左岸，取0表示在右岸。 第二步，用所定义的问题状态表示方式，把所有可能的问题状态表示出来，包括问题的初始状态和目标状态。 由于状态变量有4个，每个状态变量都有2种取值，因此有以下16种可能的状态： S0=(1,1,1,1)，S1=(1,1,1,0)，S2=(1,1,0,1)，S3=(1,1,0,0) S4=(1,0,1,1)，S5=(1,0,1,0)，S6=(1,0,0,1)，S7=(1,0,0,0) S8=(0,1,1,1)，S9=(0,1,1,0)，S10=(0,1,0,1)，S11=(0,1,0,0) S12=(0,0,1,1)，S13=(0,0,1,0)，S14=(0,0,0,1)，S15=(0,0,0,0) 其中，状态S3，S6，S7，S8，S9，S12是不合法状态，S0和S15分别是初始状态和目标状态。 第三步，定义操作，即用于状态变换的算符组F 由于每次过河船上都必须有农夫，且除农夫外船上只能载狼，羊和菜中的一种，故算符定义如下： L(i)表示农夫从左岸将第i样东西送到右岸（i=1表示狼，i=2表示羊，i=3表示菜，i=0表示船上除农夫外不载任何东西）。由于农夫必须在船上，故对农夫的表示省略。 R (i)表示农夫从右岸将第i样东西带到左岸（i=1表示狼，i=2表示羊，i=3表示菜，i=0表示船上除农夫外不载任何东西）。同样，对农夫的表示省略。 这样，所定义的算符组F可以有以下8种算符： L (0)，L (1)，L (2)，L (3) R(0)，R(1)，R (2)，R (3) 第四步，根据上述定义的状态和操作进行求解。 该问题求解过程的状态空间图如下：4、请把下列命题用一个语义网络表示出来： （1）树和草都是植物。 （2）树和草都有叶和根。 （3）水草是草，且生长在水中。 （4）果树是树，且会结果。（5） 梨树是果树的一种，它会结梨。（1）树和草都是植物；植物解：AKOAKO草树(2) 树和草都有叶和根；根叶 解：HaveHave植物是一种是一种草树(3) 水草是草，且生长在水中； 解：LiveAKOAKO水草水中植物草(4) 果树是树，且会结果； 解：CanAKOAKO果树结果植物树(5) 梨树是果树中的一种，它会结梨。 解：CanAKOAKO梨树树果树结梨5、遗传算符有哪些基本步骤？ （1）编码；（2）初始群体的生产；（3）交换；（4）适应变值评估检测；（5）选择；（6）变异；（7）中止。6、 给出 多边形、凸多边形、三角形的层次框架体系。或者按“师生框架”、“教师框架”、“学生框架”的形式写出一个框架系统的描述。 7、 对于函数f(x)=xsin(1/x),x0.05,0.5，若要求求解精度到6位小数，如何进行二进制编解码？用微分法求取f(x)的最大值：解有无穷多个：l 问题的提出 当i为奇数时xi对应局部极大值点，i为偶数时xi对应局部极小值。x19即为区间-1,2内的最大值点：此时，函数最大值f(x19)比f(1.85)=3.85稍大。l 编码 表现型：x 基因型：二进制编码（串长取决于求解精度） 串长与精度之间的关系： 若要求求解精度到6位小数，区间长度为2-(-1)3，即需将区间分为3/0.000001=3106等份。所以编码的二进制串长应为22位。l 产生初始种群 产生的方式：随机 产生的结果：长度为22的二进制串 产生的数量：种群的大小（规模），如30，50， 1111010011100001011000 1100110011101010101110 1010100011110010000100 1011110010011100111001 0001100101001100000011 0000011010010000000000 l 计算适应度 不同的问题有不同的适应度计算方法 本例：直接用目标函数作为适应度函数 将某个体转化为-1,2区间的实数： s= x=0.637197 计算x的函数值（适应度）： f(x)=xsin(10x)+2.0=2.586345l 计算适应度（简单函数值替换） 二进制与十进制之间的转换： 第一步，将一个二进制串（b21b20b0）转化为10进制数： 第二步，x对应的区间-1,2内的实数：(0000000000000000000000)-1(1111111111111111111111)2l 遗传操作 选择：轮盘赌选择法； 交叉：单点交叉； 变异：小概率变异l 模拟结果 设置的参数： 种群大小50；交叉概率0.75；变异概率0.05；最大迭代数200。 得到的最佳个体： smax=; xmax=1.8506; f(xmax)=3.8503;8、遗传算法的选择策略有哪些？详细描述俄罗斯轮盘赌的选择策略。1. 轮盘赌选择2. 随机遍历抽样3. 局部选择4. 截断选择5. 锦标赛选择俄罗斯轮盘赌：比如说种群中有20个个体，那么每个个体的适应度除以20个个体适应度的和得到的就是该个体的被选择的概率。轮盘赌选择时，每个个体类似于轮盘中的一小块扇形，扇形的大小与该个体被选择的概率成正比。那么，扇形越大的个体被选择的概率越大。这就是轮盘赌选择法。9、 TSP问题运用遗传算法解决的算法思想及伪代码。 思想：算法的基本过程可以表述为：将问题的可能解编码后以字串或数组的方式表示为染色体，在算法的开始部分随机产生一个染色体群体做为初代种群，然后将群体中的染色体个体放在一定的环境中，按照自然进化的适者生存的原则，从中选出适应环境较好的个体，进行复制( reproduction )、交叉( crossover )、变异( mutation )等操作，产生下一代更加适应环境的个体。一代一代的进化，当满足一定的收敛条件时，进化停止，得到问题的最优解( 有可能在局部最优解处收敛)。 伪代码：Begin t=0; Initialize P (t); Evaluate P (t); While (t MAXGENS) do t = t+1; Select P (t) from P (t-1); Recombine P (t) by probability pc; Mutate P (t) by probability pm; Evaluate P (t); Done End10、 tf-idf方法是如何为特征词项赋权的？对于文档d1、d2，试运用该方法计算两篇文档的相似度。11、专家系统包括哪些基本部分？其主要功能是什么？如何对专家系统进行评价？基本组成：专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。专家系统应具备以下几个功能：存储问题求解所需的知识。 存储具体问题求解的初始数据和推理过程中涉及的各种信息，如中间结果、目标、字母表以及假设等。 根据当前输入的数据，利用已有的知识，按照一定的推理策略，去解决当前问题，并能控制和协调整个系统。 能够对推理过程、结论或系统自身行为作出必要的解释，如解题步骤、处理策略、选择处理方法的理由、系统求解某种问题的能力、系统如何组织和管理其自身知识等。这样既便于用户的理解和接受，同时也便于系统的维护。 提供知识获取，机器学习以及知识库的修改、扩充和完善等维护手段。只有这样才能更有效地提高系统的问题求解能力及准确性。 提供一种用户接口，既便于用户使用，又便于分析和理解用户的各种要求和请求。评价：专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。12、 判别计算机是否理解自然语言的四条标准是什么？答：问答（能够回答与输入语言材料相关的问题）；文摘（能够对所给的语言材料进行文摘）；释义（能用不同的词语复述所给的语言材料）；翻译（具有将语言材料转译成另一种语言的能力）。13、 试述自然语言理解的层次模型。分词层：把彼此间没有符号隔开的文字流（书面语）或语音流（口语）在规则 R1 的作用下，变换为一个个词组成的序列（词串），而词串的正确性受上一层制约条件的限制。短语层：把词串中彼此孤立的词在规则 R2 的作用下，组成一个个词组，并得到词组的内部结构（词与词之间的关系，如主谓结构、动宾结构、偏正结构等）。语句层：在规则 R3 的作用下，对语句进行句法分析和语义分析，得到语句的分析树和语句的语义表示。段落层：考察语句之间的关系，在规则 R4 的作用下，将语句序列组合成若干个段落。篇章层：考察段落之间的关系，在规则 R5 的作用下，得到整个篇章的结构表示和机内语义表示。14、用谓词表示法求解机器人摞积木问题。设机器人有一只机械手，要处理的世界有一张桌子，桌上可堆放若干相同的方积木块。机械手有4个操作积木的典型动作：从桌上拣起一块积木；将手中的积木放到桌之上；在积木上再摞上一块积木；从积木上面拣起一块积木。积木世界的布局如下图所示。 解：(1) 先定义描述状态的谓词 CLEAR(x)：积木x上面是空的。 ON(x, y)：积木x在积木y的上面。 ONTABLE(x)：积木x在桌子上。 HOLDING(x)：机械手抓住x。HANDEMPTY：机械手是空的。其中，x和y的个体域都是A, B, C。问题的初始状态是：ONTABLE(A)ONTABLE(B)ON(C, A) CLEAR(B) CLEAR(C) HANDEMPTY 问题的目标状态是： ONTABLE(C) ON(B, C) ON(A, B)CLEAR(A) HANDEMPTY(2) 再定义描述操作的谓词在本问题中，机械手的操作需要定义以下4个谓词： Pickup(x)：从桌面上拣起一块积木x。 Putdown(x)：将手中的积木放到桌面上。Stack(x, y)：在积木x上面再摞上一块积木y。Upstack(x, y)：从积木x上面拣起一块积木y。其中，每一个操作都可分为条件和动作两部分，具体描述如下： Pickup(x) 条件：ONTABLE(x)，HANDEMPTY，CLEAR(x) 动作：删除表：ONTABLE(x)，HANDEMPTY 添加表：HANDEMPTY(x)Putdown(x) 条件：HANDEMPTY(x) 动作：删除表：HANDEMPTY(x) 添加表：ONTABLE(x)，CLEAR(x) ，HANDEMPTYStack(x, y) 条件：HANDEMPTY(x)，CLEAR(y) 动作：删除表：HANDEMPTY(x)，CLEAR(y) 添加表：HANDEMPTY，ON(x, y) ，CLEAR(x)Upstack(x, y) 条件：HANDEMPTY，CLEAR(y) ，ON(y,x) 动作：删除表：HANDEMPTY，ON(y, x) 添加表：HOLDING(y)，CLEAR(x) (3) 问题求解过程利用上述谓词和操作，其求解过程为：ONTABLE(A) ONTABLE(B)ON(C, A)CLEAR(B)CLEAR(C) HANDEMPTYONTABLE(A)ONTABLE(B)ONTABLE(C)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)HANDEMPTYONTABLE(A)ONTABLE(B) HOLDING(C)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)Upstack(A,C)Putdown(C)Pickup(B)ONTABLE(A)ONTABLE(C)ON(B,C)CLEAR(A)CLEAR(B)HANDEMPTYONTABLE(C)ON(B,C)ON(A,B)CLEAR(A)HANDEMPTONTABLE(C)ON(B,C)CLEAR(A)CLEAR(B)HOLDING(A)ONTABLE(A)ONTABLE(C)HOLDING(B)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)Stack(C,B)Pickup(A)Stack(B,A)问题：有一农夫带一条狼，一只羊和一框青菜与从河的左岸乘船倒右岸，但受到下列条件的限制： (1) 船太小，农夫每次只能带一样东西过河； (2) 如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃菜。 请设计一个过河方案，使得农夫、浪、羊都能不受损失的过河，画出相应的状态空间图。题示： (1) 用四元组（农夫，狼，羊，菜）表示状态，其中每个元素都为0或1，用1表示在左岸，