人工智能导论课大作业设置探讨

1 / 9 人工智能导论课大作业设置探讨 人工智能导论课大作业设置探讨 摘要：大作业的设置对学生深入理解课程内容，提高求解问题的能力具有很大的帮助。文章在笔者多年从事人工智能教学的基础上，探讨人工智能导论课的大作业设置问题，提出大作业应具备的基本条件，说明选择四子棋作为大作业的理由，给出四子棋大作业的评分规则，并对学生的大作业总体情况进行分析，验证选择四子棋作为大作业题目的合 理理性。 关键词：人工 智智能；作业；博弈 现 在在很多课程都设置了大 作作业，这对学生深入理 解解课程内容，提高求解 问问题的能力以及调动学 生生学习的积极 性有很大 的的帮助。多年来，我们 在在人工智能导论课上一 直直设有大作业，受到了 同同学们较好的评价。下 面面就如何设置大作业问 题题，谈一点我们的体会 ，与各位同行进行交流 1-2。 1 大作 业业应具备的条件 在以 往往的教学实践中，我们 曾曾经选择过不同类型的 题题目作为大作业，比如 五五子棋程序、基于拼音 的的整句输入法、基于归 结结的问题回答系统等。 这这些题目虽然也起到了 很很好的效果，但存在着 一一些不足。比如五子棋 程程序，如果采用一般的 简简单规则，则存在先手 必必胜的策略，而正式比 赛赛规则又过于复杂；而 且且五子棋是一个比较 大 众众的游戏，有的同学下 棋棋水2 / 9 平比较高，而有的 同同学则不熟悉，这样大 家家不在同一个起点上， 对对于不熟悉的同学存在 着着不公平。基于拼音的 整整句输入法、基于归结 的的问题回答系统等，则 缺缺乏趣味性，少了同学 之之间的“竞争”，不利 于于调动同学们学习的积 极极性。 经过思考，我 们们认为一个好的大作业 ，应该具备以下几个条 件件： 1) 与课程学 习习内容紧密结合。 2) 趣味性强，能调动 同同学们学习的积极性。 3) 背景知识简单易 懂懂，以便让学生集中在 与与课程有关的内容中， 而而不是把大量的精力花 费费在背景知识上。 4) 规模适中，不需要 花花费大量精力处理诸如 程程序的存储空间问题等 。 5) 尽可能对所 有有同学都是公平的，不 存存在部分同学熟悉，部 分分同学不熟悉的情况。 经过认真的总结和思 考考，最终我们选择了四 子子棋作为大作业的题目 ，并对传统的四子棋规 则则加以改良，使其尽可 能能地符合上述基本条件 。大作业的最终要求是 ，用程序实现一个四子 棋棋程序，并通过比赛的 方方式评判大作业的成绩 。 2 为什么选择四子 棋棋 在说明我们为什么 选选择四子棋作为大作业 之之前，首先我们介绍一 下下什么是四子棋。图 1 是是一个四子棋的棋盘， 由由 M3 / 9 行 N 列组成。游戏 双双方分别持不同颜色的 棋棋子，设 A 持白子，B 持持黑子，以某一方为先 手手依次落子。假设为 A 为为先手，落子规则如下 ：在 M 行 N 列的棋盘中 ，棋手每次只能在每一 列列当前的最底部落子， 如如图中的红点处所示， 如如果某一列已经落满， 则则不能在该列中落子。 棋棋手的目标是在横向、 纵纵向、两个斜向共四个 方方向中的任意一个方向 上上，使自己的棋子连成 四四个 (或四个以上 )， 并并阻止对方达到同样的 企企图。先形成四连子的 一一方获胜，如果直到棋 盘盘落满双方都没 能达到 目目标，则为平局。 那 么么，我们为什么选择四 子子棋作为大作业 题目呢 ？ 首先，四子棋规则 简简单，几句话就能说明 其其比赛规则；其次，四 子子棋的规模适中，每一 步步的可落子点不多；第 三三，四子棋是一个博弈 类类的游戏，趣味性强； 第第四，可以用博弈树搜 索索等方法求解，与课程 内内容联系密切；第五， 四四子棋虽然简单，但是 几几乎所有同学以前都没 有有遇到过，所以对大家 都都是公平的。这些都能 很很好地满足我们前面提 到到的大作业应具备的几 个个条件。 3 对四子棋 的的改进 为了更好地适 应应大作业的要求，我们 对对传统的四子棋游戏规 则则做了一些扩展，以更 利利于程序求解，避免存 在在必胜策略，使得同学 们们集中在求解策略的设 计计上。改进的目的一是 为为了更好地体现算法的 作作用，二是尽可能减少 人人为的必胜策4 / 9 略的影响 。为此，我们对传统的 四四子棋规则做了如下的 改改进。 1) 棋盘大 小小不固定，双方博弈时 ，在一定的范围内，随 机机地产生棋盘的大小。 2) 随机地增加一 些些不可落子点。 比如 在在图 2 所示的棋盘中， “ 红叉 ” 点就是一个不 可可落子点。当 “ 红叉 ” 点点的下面落满了棋子时 ，只能在 “ 红叉 ”点的 上上面落子，而不能在 “ 红红叉 ” 点出落子。 对 四四子棋这样的两点改进 ，主要是为了避免静态 的的必胜策略的使用，引 导导大 家更多的关注动态 策策略的使用，根据当前 局局势，实时地计算最佳 的的落子策略。 图 2 不 可可落子点的说明 4 大 作作业评判规则 如何评 判判大作业的成绩对学生 会会起到一定的引导作用 ，为此我们提出了“赛 会会制”和“探索制”两 种种评判机制。 所谓的 赛赛会制，就是建立一个 比比赛平台，所有同学的 程程序提交到平台上，按 照照以下规则参加比赛。 1) 正确性验证。 要要求同学们针对四子棋 问问题实现一个 - 剪 枝枝程序 3，给定一 些些特定的节点，判断剪 枝枝是否正确。通过正确 性性验证者获得基本分。 2) 全体同学采用大 循循环的方式 进行比赛， 任任何两个程5 / 9 序之间进行 两两局比赛，先手后手各 赛赛一局。 3) 要求 5 秒内必须完成一次走 步步。 4) 胜者获得 2 分，负者获得 0 分。 5) 平局时，用时 少少者获得 1+x 分，用 时时多者获得 1-x分。 6) 按照获得的总分 数数进行排名。 7) 要要求就大作业内容写一 篇篇小论文，根据排名和 论论文情况给出总成绩。 为了鼓励同学创新， 探探索新的方法，除了“ 赛赛会制”外，我们还设 立立了一个“探索制”供 学学生选择。选择探索制 的的同学，要求在方法上 有有所创新。比如采用机 器器学习的方法，寻找评 判判局面优劣的方法 、权 重重系数等。要求写出一 篇篇论文，对所用方法进 行行介绍，对不同方法进 行行比较，通过实验等验 证证方法的可行性和有效 性性。选择探索制的同学 ，虽然也参加比赛，但 是是最终成绩主要体现在 论论文的完整性和水平上 ，不看具体的成绩排名 。这样就可以使得学生 有有更多的发挥空间，对 于于一些优秀的同学比较 有有吸引力。 5 结果分 析析 在先期少数同学实 验验的基础上，我们从 20016 年开始全面在人 工工智能导论课上实施四 子子棋大作业，共有 160 名同学6 / 9 选择了 “ 赛会 制制 ” 的方式完成了四子 棋棋大作业。为了验证该 大大作业的合理性，我们 对对大作业总体情况做了 一一个简单的分析，结果 如如下： 1) 全部同 学学都通过了正确性测试 。这是因为我们事先给 出出了一些测试样例用于 学学生自测，通过了这些 样样例后再提交基本就没 有有问题了。通过对部分 同同学的调查，也确实发 现现一些同学在做正确性 测测试之前，对 - 剪 枝枝算法理解有误，通过 写写程序并测试程序的正 确确性发现了理解上的问 题题。这也可以看出正确 性性验证在这里的重要性 。 2) 全部 160 个个学生的程序中，无一 人人全胜，也无一人全败 ，即便是总成绩第一名 也也失败了 22 局，而最 后后一名也取得了 18 局 的的胜利 。 3) 平局 数数很少，在全部比赛中 ，只有 176 局平局， 仅仅占全部比赛的 %，平 均均人均平局数为局，平 局局数少也是我们希望看 到到的结果。 4) 先 手手后手胜负比较均衡， 经经统计，先手胜与后手 胜胜的局数之比为 10:9 ，虽然后手稍微劣势 一一点，但总的来说变化 不不大，再加上任何两组 程程序都是先手后手各赛 一一次，总体上可以论文 联联盟 消除先手后手所 带带来的影响。 通过以 上上分析，以四子棋作为 人人工智能导论课的大作 业业是可行的、合理的， 尤尤其是经过了改良之后 的的四子棋，在各7 / 9 个方面 都都是很均衡的，适合作 为为大作业使用 。 6 结 语语 以四子棋作为大作 业业，是我们对人工智能 导导论课的一次尝试，通 过过各方面的分析可知， 这这次尝试是成功的，有 利利于提高学生学习人工 智智能课程的兴趣，并将 所所学内容应用于解决实 际际问题之中。在做大作 业业的过程中，同学们阅 读读了大量的论文，对有 关关博弈问题，甚至是人 工工智能问题有了更加深 入入的思考和理解，从中 学学到了很多课本上学不 到到的知识。在今后的教 学学实践中，我们将进一 步步总结经验，改进大作 业业的设置，进一步提高 人人工智能课程的教学水 平平。 参考文献： 11 吴文虎 . 精心 铸铸精品 理念须先行 JJ. 计算机教育 ,X X(13):46-4 9. 2 张 彦彦航 ,孙大烈 ,战德臣 . 通过大作业促进大 学学计算机基础课程教学 J. 计算机教育 , XX(7):24-226. 3 马少 平平 ,朱小燕 . 人工智 能能 M. 北京 :清 华华大学出版社 ,XX. 4 应宏 ,刘福 明明 ,熊江 ,等 . 计算 机机课程作业改革的实践 探探索 J. 计算机 教教育 ,2016(2):47-48. Exp loration o n Project Design in Introducti on to Arti ficial Int elligence 8 / 9 HUANG Yu1 , MA Shaop ing2 ( of Computer a nd Informa tion Techn ology, BEi jing Jiaot ong Univer sity, Beij ing 100044 , China;.D epartment of Compute r Science and Techno logy, Tsin ghua Unive rsity, Bei jing 10008 4, China) Abstract: Course pro ject helps a lot for the stude nts to und erstand th e knowledg e thorough ly, and to improve t heir capab ility of p roblem sol ving, algo rithm desi gn and sys tem implem entation. Based on t he teachin g experien ce on rela ted course s for manyy years, th is paper e xplores th e project design for the cours e of intro duction to Artificia l Intellig ence (AI), and propo ses severa l essentia l prerequi sites to s et up a co urse proje ct. Siziqi , which is a similar but simpl er chess g ame to Gob ang, is de signed as the coursee project w ith specif