人工智能实验指导

1、课程代码适用对象指导教师H0404X计算机科学与技术专业魏世勇、陈白帆、李仪实验内容实验一产生式系统实验实验二移动机器人的路径规划与行为决策实验实验三梵塔问题实验实验四A*算法实验实验五化为子句集的九步法实验实验六子句消解实验实验七模糊假言推理器实验实验八BP 网络实验实验九贝叶斯网络实验23实验产生式系统实验（必修，2学时）、实验目的：熟悉和掌握产生式系统的运行机制，掌握基于规则推理的基本方法。二、实验原理产生式系统用来描述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统，这个基本概念就是产生式规则或产生式条件和操作对。在产生式系统中，论域的知识分为两部分：用事实表示静 态知识；用产生式规则表示推理过

2、程和行为。三、实验条件:1. 产生式系统实验程序。2. IE5.0 以上，可以上 In ternet。-nr如貳feat施a. I 輪血皿I昇卅曲益地Dl屋I"!迂壬fm屯 |Tinaa- zrfl*Jr=如* #昨斗 却.4 4：. E fir m fittU U* Otlo AR* WIT 1 4L + - S供干 Kta- 主rdrfe 比虫KI iif-iijfiftaatj1-.-1： |¥k 可尸尺 IfrtSR 三料7 M Ir f& iRHItQ£ -Wfc?-fii«符H -在容 WSlCI伽叭!业 IIth耳-草二事¥

3、;I(rIL-K21出AM. . hizESAaTHnEBM四、实验内容:1. 对已有的产生式系统（默认的例子）进行演示，同时可以更改其规则库或（和）事实 库，进行正反向推理，了解其推理过程和机制。2. 自己建造产生式系统（包括规则库和事实库），然后进行推理，即可以自己输入任何的规则和事实，并基于这种规则和事实进行推理。这为学生亲手建造产生式系统 并进行推理提供了一种有效的实验环境。五、实验步骤:1. 定义变量，包括变量名和变量的值。2. 建立规则库，其方法是，（a）输入规则的条件：每条规则至少有一个条件和一个结论，选择变量名，输入条件（符号）；选择变量值，按确定按钮就完成了一条条件的输入。重

4、复操作，可输入多条条件；（b）输入规则的结论：输入完规则的条件后, 就可以输入规则的结论了，每条规则必须也只能有一个结论。选择变量名，输入条 件（符号），选择变量值，按确定按钮就完成了一个结论的输入。重复以上两步， 完成整个规则库的建立。3. 建立事实库（总数据库）：建立过程同步骤 2。重复操作，可输入多条事实。4. 然后按“开始”或“单步”按钮即可。此外，利用实例演示，可以运行系统默认的产生式系统，并且可以进行正反向推理。其 他的可参见其帮助文件。六、实验结论：包括做实验的目的、方法、过程等，具体要写成实验报告，如下图所示（见 下页）。附：产生式系统实验报告表预测结果实验过程 及结果（注 意

5、观测规 则的匹配 过程和方 法）备注（原因等）学生结论指导老师 意见姓名年级班级指导 老师日期实验目的推理 方法正向推理反向推理建立规则库建立事实库实验移动机器人的路径规划与行为决策实验（必修，2学时）一、实验目的：熟悉移动机器人的信息处理流程，了解、比较基于行为主义和符号主义的人工智能方 法在机器人中的应用特点和效果，以及结合两者的规划与决策方式。二、实验原理规划是一种问题求解技术，它从某个特定的问题状态出发，寻求一系列行为动作，并 建立一个操作序列，直到求得目标状态为止。简而言之，规划是一个行动过程的描述。一个 总规划可以含有若干个子规划。三、实验仪器设备：硬件：AmigoBot移动机器人

6、一台（附无线串行信号和图像信号传输装置各一 套），计算机一台（附图 像采集卡、声卡），实验 环境（木制围栏、障碍 物若干）软件：Windows 98 or 2000,AmigoEyes,AmigoMa pper,AmigoColbert四、实验内容：1.2.3.4.5.了解AmigoBot移动机器人的传感器和驱动器工作情况； 观察机器人的反射式避障行为；编程控制机器人路径，观察行为并比较其避障效果；观察混合式方法的导航效果，分析行为决策和规划在系统中的作用; 分析根据先验地图规划路径的导航系统的优缺点。五、实验步骤：1和图像输入口相将机器人的无线串行信号和图像信号传输装置分别与计算机串口 连。

7、开机。打开AmigoBot电源，启动机器人自检程序，观察左右驱动轮和超声距离传感器特征。启动AmigoEyes程序，将机器人控制端口设为Com1，点击connect,连接机器人与计算机控制程序。点击wander，观察机器人漫游时的避障行为以及超声距离传感器和视觉传感器信 号,总结其行为特点,点击停止按钮或 Disconnect 停止机器人运动。启动 AmigoColbert 程序,测试控制语句对机器人行为的作用效果,包括 move, turn to (deg), turn (deg), speed, rotate, stop 等语句,编写程序控制机器人走方形和圆形路 径。途中绕过在环境中放置

8、2 个障碍物, 编写一段程序控制机器人由一起点至一终点, 障碍物,在机器人运行过程中变动障碍物位置,观察机器人行为。启动 AmigoMapper 程序,按实际尺寸绘制上一环境的地图。在 AmigoEyes 程序中导入上述地图,保持环境与地图一致,选择不同起点和终点, 观察导航效果；变动障碍物位置,观察机器人行为。实验数据：1.步骤 7 和步骤 9 的初始环境地图以及变化后的环境示意图。2.3.步骤 6、7、9 中的机器人运行轨迹图。步骤 6 和步骤 7的控制程序清单。实验报告要求： 对提交的实验结果进行分析：1.2.总结步骤 5 中机器人的行为特点。描述步骤 7 中的前后行为,分析原因。3.4

9、.描述步骤 9 中的前后行为,分析原因,并与步骤7 中的行为进行比较。总结规划与反射式行为决策在系统中的作用。试分析根据先验地图规划路径的导航系统的优缺点。实验三梵塔问题实验（选修，2学时）、实验目的：熟悉和掌握问题规约法的原理、实质和规约过程；理解规约图的表示方法。二、实验原理从目标（要解决的问题）出发逆向推理，先把问题分解为子问题和子-子问题，直至最后把初始问题归约为一个平凡的本原问题集合，然后解决较小的问题。对所有本原问题的解答就意味着原始问题的解决。三、实验条件：1. 梵塔问题系统实验程序。2. IE5.0 以上，可以上 In ternet。四、实验内容:1.2.3.演示已有的梵塔问题

10、（默认程序例程），可以更改圆盘数量，了解问题解决的归约过 程。分析归约机理，熟悉问题规约的详细过程。 自己建造一个梵塔问题归约系统， 题集合。通过解决这些本原问题，然后根据归约原理进行逆向推理，得到本原问 最终求解问题。play ”按钮开始演示程序，观察其求解步 “Speed+”、“Speed-”按钮可增减演示速度。点击“五、实验步骤：1.开始演示。进入三圆盘实例程序, 骤，“ StoP”按钮可停止演示，2.3.4.5.改变圆盘数量。点击"Renew”按钮，通过"Number+ ”和"Number-”改变圆盘 数量，再次点击"play ”按钮。重复演示、

11、比较，根据其求解过程得到圆盘数量与步骤数目之间的规律。归纳并 理解问题归约的实质。自己建立一个梵塔问题求解难题，利用归约法进行问题分解。 画出其问题规约图。六、实验结论：圆盘数目与移动步骤之间的数学关系。1.2. 根据自己所建梵塔问题，画出问题规约图，得到子问题集，列出求解过程。3.分析问题规约的实质。实验四 A*算法实验（选修，2学时）一、实验目的：熟悉和掌握启发式搜索的定义、估价函数和算法过程， 并利用A*算法求解N数码难题,理解求解流程和搜索顺序。二、实验原理:A*算法是一种有序搜索算法，其特点在于对估价函数的定义上。对于一般的有序搜索， 总是选择f值最小的节点作为扩展节点。因此，f是根

12、据需要找到一条最小代价路径的观点来估算节点的，所以，可考虑每个节点n的估价函数值为两个分量：从起始节点到节点n的代价以及从节点 n到达目标节点的代价。三、实验条件：1 N数码难题演示程序。2 IE5.0 以上，可以上 In ternet。CUKES I? a 1513 5 11129 71 214 34 810：6 15143小b & | 12 '.*: I、J： IL LJ !1 7 XI : I yi14 ：1 o L/iMJI津飯畀：进帀期烦申HBJSd 那贡力EKTSODE * ftjWKEiT汨1£力0斥15卢.Sli也填仙 於曰扫血环县g标闿直.EM.it

13、i产至.自书敲远S旅三、实验内容：分别以8数码和15数码为例实际求解 A*算法。 画出A*算法求解框图。分析估价函数对搜索算法的影响。分析A*算法的特点。四、实验步骤:1 开始演示。进入 N数码难题演示程序，可选8数码或者15数码，点击 选择数码”按钮确定。第一次启动后，点击两次“缺省”或者“随机”按钮，才会出现图片。 点击“缺省棋局” ，会产生一个固定的初始节点。点击“随机生成” ，会产生任意排 列的初始节点。算法执行。点击“连续执行”则程序自动搜索求解，并演示每一步结果；点击“单 步运行”则每次执行一步求解流程。 “运行速度”可自由调节。观察运行过程和搜索顺序， 理解启发式搜索的原理。 在

14、下拉框中选择演示 “15 数码 难题”，点击“选择数码”确定选择；运行 15 数码难题演示实例。6 其它可参考帮助文件。算法流程的任一时刻的相关状态 ，以算法流程高亮、open表、close表、节点静态图、 当前扩展节点移动图等 5种形式在按钮上方同步显示，便于深入学习理解 A*算法。 根据程序运行过程画出 A* 算法框图。五、实验报告要求：A* 算法流程图和算法框图。 试分析估价函数的值对搜索算法速度的影响。 根据 A* 算法分析启发式搜索的特点。实验五化为子句集的九步法实验（选修，2学时）一、实验目的：理解和掌握消解原理，熟悉谓词公式化为子句集的九个步骤，理解消解推理规则，能把 任意谓词公

15、式转换成子句集。二、实验原理消解是可用于一定的子句公式的重要推理规则，任一谓词演算公式可以化成一个子句 集。通过九步法消解可以从这两个父辈子句推导出一个新子句。九步法消解包括消去蕴涵符号、减否定符辖域、对变量标准化、消去存在量词、化为 前束型、化为合取范式、消去全程量词、消去合取符、更换变量名，依次变换即可得到子句 集。丄型jjj11 獄冉了liHC俯Agti EtfroT infTimM 呻1巾丹B*电'弋詔！MJ：,n卡詛：Muht刮-王殛盒鹿3l ：tSCS<+r中有左53“屈烹西印pirr尸启訓I IIII国,*的旳购苗吓喇I g d 吧I工智芒 一护I岂人工瞥萤mJ印T

16、酣o5E仔顾 2an 四、实验内容：理解消解原理，熟悉谓词公式转换成子句集的步骤。五、实验步骤:，再依次点击消解过对默认谓词公式进行转换。进入演示程序，点击“语法检查” 程的九个步骤按钮，得到消解结果。 自定义消解目标。点击“清除”删除默认公式，利用界面键盘输入新的消解目标， 用“大写字母” 、“小写字母”按键进行输入中的字母变换。 语法检查。点击“语法检查”检查输入谓词公式的语法错误。如无错误，则依次点 击步骤按钮进行消解。六、实验报告要求：123重复运行 2、3 步，熟悉消解原理和消解过程。了解每一步消解的规则和原则。 给出一个谓词公式消解的详细过程和结果。 分析消解原理的特点和原理。实验

17、六子句消解实验（选修，2学时）一、实验目的：理解含有变量的子句如何使用消解规则，掌握子句消解的原理和规则，能熟练进行任意 两个子句的消解，了解消解推理的某些常用规则。二、实验原理：对子句集进行消解推理，得到相应的结论。为了对含有变量的子句使用消解规则，我们 必须找到一个置换，作用于父辈子句使其含有互补文字。消解两个子句时，可能有一个以上 的消解式，不过，在任何情况下最多有有限个消解式。三、实验条件1 子句消解推理演示程序。2 IE5.0 以上，可以上 In ternet。子坷静* - ruuHR IntcnKt biplorcr实例演示1实例慣示2 I实圖蘭示3 罪统重直四、实验内容：运行并观

18、察演示实例。12 输入新的子句，检查消解结果。3根据消解过程理解消解原理和常用规则。五、实验步骤：1.默认示例演示。进入演示实例，点击“演示实例 消解结果。1 ”，然后点击“开始消解”，得到2.3.4.分别运行“演示实例 2”和“演示实例 3”，观察消解结果，理解常用消解规则的应 用。自定义消解子句。点击“系统重置”按钮，再通过键盘与两个按钮“”与“V” 输入合法的子句，点击“加入子句集”加入子句集，点击“开始消解” ，观察消解 结果。重复步骤 3，多次输入不同子句进行消解，熟悉消解过程。六、实验结论：1 熟悉消解过程，理解子句消解规则。2 给出自己输入的待消解子句、消解结果和详细过程。实验七

19、模糊假言推理器实验（选修，2学时）一、实验目的：理解模糊逻辑推理的原理及特点，熟练应用模糊推理，了解可能性理论。通过实例比较 模糊推理与不确定性推理的实质区别。二、实验原理模糊推理所处理的事物自身是模糊的，概念本身没有明确的外延，一个对象是否符合这个概念难以明确地确定模糊推理是对这种不确定性，即模糊性的表示与处理。模糊逻辑推理 是基于模糊性知识（模糊规则）的一种近似推理，一般采用Zadeh提出的语言变量、语言值、模糊集和模糊关系合成的方法进行推理。通过定义前项、后项和事实不同的模糊集合，模糊推理可以得到不同的计算结论。三、实验条件:1 模糊假言推理器演示程序;2IE5.0以上版本，能连通In

20、ternet。3列i片下1涉9助n頁芸检柱 *111 r<i4t4t mt叶血 r碑latur殆亍:丁 mi 主匸0毎矢皿田）1 I希詡诱J则事实I胆«舰贝q_i_的前禎:r费rsffl子集汕为：dO/l 0.0/2 0. &/3 工 0丿苛 0, T/5補!则一 1-的结累冷俪大"*tt赭r羊現询：0. 0/1 0.0/2 OlC>/3 0.34 '0i E/56卯6 0,2/7 C, 073fl = AL兄BlLO 1,0 LO LOl.Q1-0l-Ol-P 1-0hOLO0l5 a 5 0.5 0.50l50.5kO L 0 1.0 kO.

21、oLO0.3 as 0.3 0.30.50.3OLE 0.& o.eo.$0.5(X2 a 2 0.2 0.20.50,21. 01. 0 I. 0J.OkO1.0100.51.0乱50.60”5K00.0；6 OlS/F 0.0>31.01,01.0.0.0.I,四、实验内容：使用推理器多次推理；自己输入的规则和模糊集，进行运算推理；通过实例分析模糊推理与不确定性推理的实质区别。五、实验步骤：1 运行默认推理。进入演示程序，点击“开始运算”运行默认规则，连续点击“计算 下一步”，观察文本框中的输出结果。增加新规则。点击“添加规则”可增加新的推理逻辑，在左边文本框中依次输入规 则

22、的前项、后项和事实。设置模糊集合。 点击“自定义模糊集” 可以设置规则的前项、 后项和事实的模糊集， 并点击“确认” 。运行自定义规则。输入完所有自定义模糊规则后，点击“开始运算”运行自定义规 则，连续点击“计算下一步” ，观察文本框中的输出结果。5 其它可参考帮助文件。按钮“重新开始”可以进行再一次模糊推理。六、实验报告要求： 隶属度、模糊关系和模糊规则的相互关系。 模糊假言推理过程。 自定义规则及其推理结果。 分析模糊假言推理与不确定推理的的本质区别。实验八BP网络实验（选修，2学时）一、实验目的：理解反向传播网络的结构和原理，掌握反向传播算法对神经元的训练过程，了解反向传播公式。通过构建

23、 BP网络实例，熟悉前馈网络的原理及结构。二、实验原理反向传播（BP）算法是一种计算单个权值变化引起网络性能变化值的较为简单的方法。BP算法过程从输出节点开始，反向地向第一隐含层（即最接近输入层的隐含层）传播由总误差引起的权值修正。BP网络不仅含有输入节点和输出节点，而且含有一层或多层隐（层）节点。输入信号先向前传递到隐节点，经过作用后，再把隐节点的输出信息传递到输出节点，最后给 出输出结果。三、实验条件：1 BP网络演示程序。2 IE5.0以上版本，能连通In ternet。出nHthf硒權甘*»丸ffi吸弓*irTI i 二昭In44酣±Jurr JI口 Dio orH

24、ftUrKAlHtt 五 flCmCOOJI Z 一训±JS 1*1KLL史豐Su*f«吊'应 r B超汹一 竺空寧 » p- £»! I l-.nii jrJpMTq jjftJ严一寸用 邮叮恥时ifi r：JI七右41竺空侶I捋 fl mpnrn評 Bs1Hl SflEnlP HISE F整0LM(F-0 期四、实验内容：1 通过BP网络各项参数的不同设置，观察BP算法的学习效果。2 观察比较BP网络各项参数变化对于训练结果的影响。五、实验步骤：1 设置各层神经元个数设置。用户点击下拉列表框选择输入、隐含、输出各层神经元个数，其中隐

25、含层神经元个数自动设为输入层神经元个数（n）的2n+1个，然后再点击确定”按钮，就可以看到所设置 BP神经网络示意图以及系统随机生成默认的各 层权值。2 学习参数设置，用户点击或拖动各滚动条分别设置样本误差、系统误差、学习速率、动量因子、迭代次数参数值。 各层权值设置，如果用户使用系统随机生成默认的各层权值，则进行第 4 步。用户 或选中 “自定义权 ”单选框自定义权各层权，在权值设置文本域设置权值后，单击其 后“确定 ”按钮。或双击下方列表框选项，相应权值会在权值设置文本域出现，则进 行该权值修改后， 单击其后 “确定 ”按钮，修改后的权值会成功地列表框的原位修改。 后两种方式均会成功地激活 “确定 ”按钮。 学习样本设置，单文本域中出现“入层”字样表示在单文本域中设置输入层神经元 信号向量。单文本域中出现“出层”字样表示在单文本域中设置输出层神经元信号 向量。当输入已完成一个或一个以上模式对， “已设置完”单选框会成功地激活， 如选中，则“校正网络”按钮会成功地激活。样本列表框也具有如步3 的双击修改功能。“校正网络”按钮成功地激活后，单击“校正网络”按钮，进行网络学习。当学习 完成后，“较正结果如下