人工智能复习

猴子和香蕉的问题在一个房间内有一只猴子，（可把这只猴子看作一个机器人）、一个箱子和一束香蕉。香蕉挂在天花板下方，但猴子的高度不足以碰到它，这只猴子怎样才能摘到香蕉呢？解：用一盒寺院表列（W，x，Y，z）；来表示这个问题的状态，其中：W猴子的水平位置x当猴子在箱子顶上时取x=1；否则取x=0Y箱子的水平位置z当猴子摘到香蕉时取z=1；否则取z=0该问题的操作（算符）：1.goto（U）表示猴子走到水平位置U或者用产生式规则表示为： （W，x，Y，z）goto(U) （U，0，Y，z）2.pushbox（V）猴子把箱子推到水平位置V，即有： (W,0,W ,z) pushbox(V) (V,0,V,z)3.climbbox猴子爬上箱顶，即有： (W,0,W ,z) climbbox (W,1,W ,z)4.grasp猴子摘到香蕉，即有： (c,1,c ,0) grasp (c,1,c ,1)该初始状态变换为目标状态的操作序列为： goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp空间状态图问题归约法有3个柱子(1，2和3)和3个不同尺寸的圆盘（A，B和C）。在每个圆盘的中心有一个孔，所以圆盘可以堆叠在柱子上。最初，3个圆盘都堆在柱子1上：最大的圆盘C在底部，最小的圆盘A在顶部。要求把所有圆盘都移到柱子3上，每次只许移动一个，而且只能先搬动柱子顶部的圆盘。还不许把尺寸较大的圆盘堆放在尺寸较小的圆盘上。解将上面的分析理一下顺序：就把原问题归约为3个子问题：移动A、B至柱2的双圆盘问题； （1，1，1） （1，2，2）移动C至柱3的单元盘问题；（本原问题） （1，2，2） （3，2，2）移动A、B至柱3的双圆盘问题。 （3，2，2） （3，3，3） 将梵塔问题归约为本原问题的问题空间2.4语义网络法用语义网络法表示下列知识：（1）更知鸟是一只鸟，（2）鸟是会飞的，（3）CLYDE是一只更知鸟；(4)CLYDE从春天到秋天只占有一个巢。启发式搜索八数码难题, 令估价函数 f(n)=d(n)+p(n)启发函数h(n)=p(n),p(n)为不在位的棋子与其目标位置的距离之和，则有p(n)h*(n),满足A*算法的限制条件。3假设：所有不贫穷并且聪明的人都是快乐的，那些看书的人是聪明的。李明能看书且不贫穷，快乐的人过着激动人心的生活。 求证：李明过着激动人心的生活。 解：先定义谓词： Poor(x) x是贫穷的，Smart(x) x是聪明的，Happy(x) x是快乐的，Read(x) x能看书，Exciting(x) x过着激动人心的生活。 再将问题用谓词表示如下： “所有不贫穷并且聪明的人都是快乐的” (x)(Poor(x)Smart(x)Happy(x) “那些看书的人是聪明的” (y) (Read(y) Smart(y) “李明能看书且不贫穷” Read(Liming)Poor(Liming) “快乐的人过着激动人心的生活” (z) (Happy(z)Exciting(z) 目标“李明过着激动人心的生活”的否定 Exciting(Liming)将上述谓词公式转化为子句集如下： (1) Poor(x)Smart(x)Happy(x) (2) Read(y)Smart(y) (3) Read(Liming) (4) Poor(Liming) (5) Happy(z)Exciting(z)(6) Exciting(Liming) (结论的否定)任何通过计算机考试并获奖的人都是快乐的。任何肯学习或幸运的人都可以通过所有考试，张不肯学习但他是幸运的，任何幸运的人都能获奖。求证：张是快乐的。 解：将问题用谓词表示如下： “任何通过计算机考试并获奖的人都是快乐的” (x)(Pass(x,computer) Win(x,prize) Happy(x)“任何肯学习或幸运的人都可以通过所有考试” (x)( y) (Study(x) Lucky(x) Pass(x,y) “张不肯学习但他是幸运的” Study(zhang) Lucky(zhang) “任何幸运的人都能获奖” (x)(Lucky(x) Win(x,prize) 结论“张是快乐的”的否定 Happy(zhang)将谓词转化为子句集： P1: Pass(x,computer) Win(x,prize) Happy(x) P2: Study(y) Pass(y,z) P3: Lucky(u) Pass(u,v) P4: Study(zhang) P5: Lucky(zhang) P6: Lucky(w) Win(w,prize) Q: Happy(zhang) 所以：S=P1 , P2 , P3 , P4, P5 , P6, S= P1 , P2 , P3 , P4, P5 , P6, Q对S进行归结操作，直至推出NIL。归结反演过程如下：有一农夫带一只狼、一只羊和一筐菜欲从河的左岸乘船到右岸,但受下列条件限制： (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、狼、羊、菜都能不受损失地过河。画出相应的状态空间图。 提示： (1) 用四元组(农夫、狼、羊、菜)表示状态,其中每个元素都可为0或1, 用0表示在左岸, 用1表示在右岸。 (2) 把每次过河的一种安排作为一个算符,每次过河都必须有农夫, 因为只有他可以划船。 解：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： 定义操作符R(i)表示农夫带东西到左岸：i=0 农夫自己到右岸； i=0 农夫自己到左岸；i=1 农夫带狼到右岸； i=1 农夫带狼到左岸；i=2 农夫带羊到右岸； i=2 农夫带羊到左岸；i=3 农夫带菜到右岸； 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；1.产生式系统有三部分组成：即总数据库、产生式规则和控制策略。总数据库永固存放求解过程中各种当前信息的数据结构。产生式规则是一个规则库，永远存放求解问题有关的某个领域知识的规则的集合及其交换规则。控制策略为一个推理机构，由一组程序组成，用来控制产生式系统的运行，决定问题求解过程的推理线路，实现对问题的求解。2. 简述机器学习系统基本结构，并说明各部分的作用环境学习环节执行环节知识库基本结构：环境：学习系统所感知到的外界信息集合。学习环境：对环境提供的信息进行整理、分析归纳或类比，形成知识。知识库：存储经过加工后的信息。执行环节：根据知识库去执行一系列任务，并将执行结果后执行中获得的信息反馈给学习环节。学习环节再利用反馈信息对知识进行评价，进一步改善执行环节的行为。4.神经元j从4个神经元接受输入，这4个神经元的输入分别为：10、-20、4和-2，连接神经元j个其他四个神经元的权重分比尔0.4、0.5、-1.0和-0.6，假设神经元为线性的，计算神经元j的输出。【掌握方法】 输出为：100.4+（-200.5）+（4-1.0）+（-2-0.6）=5.已知两个父个体经过染色体交换充足产生两个子个体，如下图所示，交叉点位置已标出，请写出两个子个体的染色体编码。【掌握方法】101001 1001110101 1010101001 1010110101 1001父个体1子个体1父个体2子个体27.专家系统主要组成部分及其用途？知识库：用于存储某领域专家系统的专门知识。综合数据库：用于存储领域或问题的初始数据和推理过程中得到的中间数据。推理机：用于记忆所采用的规则和控制策略的程序，使整个专家系统能够以罗技 方式协调的工作。解释器：向用户解释专家系统的行为。接口：能够使系统与用户惊喜对话，是用户能够输入必要的数据、提出问题和了 解推理过程及推理结果。8.知识发现的定义及处理过程（步骤）定义：数据库中的知识发现是从大量数据中辨识出有效的、新颖的、潜在有用的、并可被理解的模式的高级处理过程。数据选择：根据用户需求从数据库中提取相关数据。数据预处理：对数据进行加工，检查数据完整性及一致性。数据变换：从发掘数据库选择数据。数据挖掘：根据用户要求确定KDD的目标是发现何种类型的知识。知识评价：用于对所获的规则惊喜价值评定。1、 谈谈你对于人工智能的认识。人工智能就是人造智能，目前指用计算机模拟或实现的智能，因此人工智能又称机器智能。人工智能在我看来，应该是像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性地思考的系统、理性地行动的系统，是像人一样具有感知的系统，是可以独立思考、独立判断的系统2、 人工智能有哪些研究途径和方法？它们的关系如何？心理模拟,符号推演;生理模拟,神经计算;行为模拟,控制进化;群体模拟,仿生计算;博采广鉴,自然计算;原理分析,数学建模; 它们各有所长,也都有一定的局限性，因此这些研究途径和方法并不能互相取代,而是并存和互补的关系。3、 人工智能有哪些研究内容？搜索与求解、学习与发现、知识与推理、发明与创造、感知与交流、记忆与联想、系统与建造、应用与工程等八个方面。4、 人工智能有哪些分支领域和研究方向？从模拟的智能层次和所用的方法看，可分为符号智能和计算智能两大领域；从模拟的脑智能或脑功能看，可分为机器学习、机器感知、机器联想、机器推理、机器行为等分支领域；从应用角度看，可分为难题求解、自动规划、调度与配置、机器定理证明、自动程序设计、机器翻译、智能控制、智能管理、智能决策、智能通信、智能仿真、智能CAD、智能制造、智能CAI、智能人机接口、模式识别、数据挖掘与数据库中的知识发现、计算机辅助创新、计算机文艺创作、机器博弈、智能机器人；从系统角度看，可分为智能计算机系统和智能应用系统；从基础理论看，可分为数理逻辑和多种非标准逻辑、图论、人工神经网络、模糊集、粗糙集、概率统计和贝叶斯网络、统计学习理论与支持向量机、形式语言与自动机等领域；5、 人工智能有哪些应用领域或课题？试举例说明难题求解、自动规划、调度与配置、机器定理证明、自动程序设计、机器翻译、智能控制、智能管理、智能决策、智能通信、智能仿真、智能CAD、智能制造、智能CAI、智能人机接口、模式识别、数据挖掘与数据库中的知识发现、计算机辅助创新、计算机文艺创作、机器博弈、智能机器人。就机器博弈方面，在1997年IBM的“深蓝”计算机以2胜3平1负的战绩击败了蝉联12年之久的直接国际象棋冠军加里 卡斯帕罗夫，比如先如今中的五子棋对弈，能实现人与电脑之间的下棋，电脑自动搜索棋步，还可根据人们所选的电脑难度来决定电脑的难易程度。6、 简述人工智能的发展状况人工智能的现状和发展呈现如下特点：多种途径齐头并进，多种方法写作互补；新思想、新技术不断涌现，新领域、新方向不断开括;理论研究更加深入，应用研究更加广泛;研究队伍日益壮大，社会影响越来越大;以上特点展现了人工智能学科的繁荣景象和光明前景。它表明，虽然在通向其最终目标的道路上，还有不少困难、问题和挑战，但前进和发展毕竟是大势所趋。已知：能阅读的都是有文化的； 海豚是没有文化的； 某些海豚是有智能的。 用归结反演法证明：某些有智能的并不能阅读。定义谓词变量 H(x)：x是海豚 R (x)：x能阅读 I(x)：x有文化 C(x)：x有智能谓词子句： （x）R(x) -C(x) C(Hai) ($x)(H(x) I(x)把上述子句化成子句集的形式： R(x)C(x) （1）C(x) （2）H(A) （3）I(A) （4） 结论求反 ($x) (I(x) R(x) 化为子句： I(y)R(y) （5）I(y)C(y) （1）、（5）消解 y/x得子句6cannotwork(P) （6）、（4）消解得子句7 A/yNIL （2）、（7）消解已知：对所有的x和y，如果x是y的父辈而y是z的父辈，则x是z的祖辈； 每个人都有父辈；用归结反演法求解：存在具体的x和y，使得x是y的祖辈。定义谓词： Father(x,y):x 是y的父辈 Grandfather(x,y):x是y的祖辈 为谓词演算公式表示： （x）（y）（z）father(x,y) father(y,z) -grandfather(x,z)（x）father(x,Z)结论: ($x) ($y)grandfather(x,y) 化简：father(x,y) father(y,z) grandfather(x,z) （1）father(x,Z) （2） 结论化为重言式： grandfather(x,k) grandfather(x,k) （3）(1)、（2）消解：grandfather(x,z) （4）(3)、（4）消解：grandfather(x,z) 得证 用谓词逻辑的子句集表示下列知识，并用消解反演求解结论： 已知：王先生是小李的老师 小李与小张是同班同学 如果x和y是同班同学，则x的老师就是y的老师。 求：小张的老师是谁？解：定义谓词 T(x,y):x是y的老师； C(x,y):x与y是同班同学。化子句集T(Wang,Li)C(Li,Zhang)C(x,y)VT(z,x)VT(z,y)表达待求解问题(u)T(u,Zhang) (u)T(u,Zhang)VANWSER(u)化子句集(u)T(u,Zhang)VANWSER(u) (u)T(u,Zhang)VANWSER(u) T(u,Zhang)VANWSER(u)进行归结 C(li,y)VT(Wang,y) 4 5 6 C(li,Zhang)VANWSER(Wang) 李和张是同班同学， 如果x和y是同班同学，则x的教室也是y的教室，现在张在302教室上课，问：李现在在哪里上课？定义谓词： C(x,y) x和y是同班同学 At(x,u) x在u教室上课已知前提谓词公式表示如下： C(zhang ,li) (x) ( y) (u) (C(x,y) At(x,u) At(y,u) At(zhang,302) .2分目标的否定用谓词公式表示如下： ($v)At(li,v)将谓词转化为子句集： P1: C(zhang ,li) P2: C(x,y) At(x,u) At(y,u) P3: At(zhang,302) .3分把目标的否定化为子句，用重言式 Q: At(li,z) At(li,z)代替所以：S=P1 , P2 , P3 , , S= P1 , P2 , P3 , Q对S进行归结操作，归结反演过程如下： P3 C(x,y) At(x,u) At(y,u) At(li,z) At(li,z) QAt(li,z) C(x,li) At(x,z)C(zhang,li) P1At(li,z) At(zhang,z)置换li/y,z/uAt(zhang,302 ) At(li,302)置换zhang/x置换302/z李在302教室。七、用谓词逻辑的子句集表示下列刑侦知识，并用消解反演求解结论：（10分） （1）用子句集表示下述知识：1) John是贼；2) Paul喜欢酒（wine）；3) 如果Paul喜欢某物，则John也喜欢；4) 如果某人是贼，而且喜欢某物，则他就可能会偷窃该物。 （2）求：John可能会偷窃什么？定义谓词变量 P(x)：x是个贼 L(x,y)：x喜欢y S(x,y)：x可能会偷窃y 表示成子句的形式： P(John) L(Paul,Wine) （x）L(Paul,x)-L(John,x) （x）($y )P(x)L(x,y)-S(x,y) 把目标否定化为子句：S(John,a) S(John,a) 将谓词化为子句集 P(John) （1） L(Paul,Wine) （2） L(Paul,x) L(John,x) （3） P(x) L(x,y) S(x,y) （4） S(John,a) S(John,a) （5） L（John，Wine） （2）、（3）消解得（6） P(John) S(John,Wine) （4）、（6）消解得（7） S（John，Wine） （1）、（7）消解的解 John可能会偷窃Wine八、已知：（10分）规则1：任何人的兄弟不是女性；规则2：任何人的姐妹必是女性；事实：Mary是Bill的姐妹；求证：用规则演绎推理方法证明Mary不是Tom的兄弟。 定义谓词变量 Female(x)：x是女性 Brother(x,y)：x是y的兄弟 Sister(x,y)：x是y的姐妹.2分 事实： Sister(Mary,Bill) 结论： Brother(Mary,Tom) 规则： （x）（y）Brother(x,y)- Female(x)（x）（y）Sister(x,y)- Female(x) 3分消去量词： Brother(x,y) Female(x) Sister(x,y) Female(x)Sister(x,y) Female(x)Sister(Mary，Bill)Female（Mary)Brother(x,y) Female(x)Brother(Mary，Tom)在河的左岸有N个传教士、N个野人和一条船，传教士们想用这条船把所有人都运过河去，但有以下条件限制： （1）修道士和野人都会划船，但船每次最多只能运K个人； （2）在任何岸边野人数目都不能超过修道士，否则修道士会被野人吃掉。解：设N=3，K=2（三