人工智能复习

1、PAGE PAGE 18名词解释（5*4=20） 填空（15*1=15） 简答题（2*7/8=15） 计算题（5*10=50）人工智能从能力的角度看，人工智能是指用人工的方法在机器上实现的智能。从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。人工智能的研究究目标对智能行为有效效解释的理论论分析；解释释人类智能；构造智能的的人工制品人工智能研究中中的三大学派派：符号主义义、联结主义义和行为主义义符号主义学：又又称为逻辑主主义(Loggicismm)、心理学学派(Psyychloggism)或或计算机学派派(Compputeriism)，其其原理

2、主要为为物理符号系系统(即符号号操作系统)假设和有限限合理性原理理。认为人工工智能源于数数理逻辑。联结主义：又称称为仿生学派派(Bionnicsissm)或生理理学派(Phhysiollogismm)，其原理理主要为神经经网络及神经经网络间的连连接机制与学学习算法。认认为人工智能能源于仿生学学，特别是人人脑模型的研研究。行为主义：又称称进化主义(Evoluutioniism)或控控制论学派(Cyberrneticcsism)，其原理为为控制论及感感知-动作型型控制系统。认为人工智能源于控制论机器视觉是一门门用计算机模模拟或实现人人类视觉功能能的新兴学科科。主要研究究目标是使计计算机具有通通过二

3、维图像像认知三维环环境信息的能能力。模式识别是让计计算机能够对对给定的事务务进行鉴别，并并把它归入与与其相同或相相似的模式中中。衡量机器是否具具有智能：图图灵测试知识表示是对知知识的描述，即即用一些约定定的符号把知知识编码成一一组可以被计计算机接收，并便于系统使用用的数据结构构。知识表示观是指指人们对知识识表示的看法法。主要有陈述性和和过程性两种种不同的知识识表示观。主要区别：陈述述性知识表示示观是以陈述述式的方式把把知识用一定定数据结构表表示出来，即即把知识看成成一种特殊的的数据，使知知识作为一种种独立于程序序的实体而存存在；而过程程性则把知识识表示和知识识运用结合起起来。推理是按照某种种策

4、略从已知知事实出发利利用知识去推推出结论的过过程。智能系统的推理理包括两个基基本问题：推推理的方法、推推理的控制策策略推理方法分类：按照推理的逻辑辑基础：演绎绎推理和归纳纳推理按照所用知识的的确定性分：确定性推理理和不确定性性推理安装推理过程的的单调性分：单调推理和和非单调推理理推理的控制策略略包括：推理理策略，主要要解决推理方方向，冲突消消解；搜索策策略，解决推推理线路，推推理效果，推推理效率等问问题。正向推理是从已已知事实出发发、正向使用用推理规则的的推理方式。逆向推理是一种种以某个假设设目标作为出出发点的推理理方法混合推理是将正正向推理和逆逆向推理结合合起来。搜索是根据问题题的实际情况况

5、，不断寻找找可利用知识识，从而构造造一条代价最最小的推理路路线，问题得得以解决的过过程人工智能中最基基本的两种问问题求解方法法：状态空间间法和问题规规约法状态空间法的基基本思想是用用状态和操作作来表示和求求解问题的。不确定性推理是是一种从不确确定的初始证证据出发，通通过运用不确确定性知识，最最终推出具有有一定程度的的不确定性但但却又是合理理或基本合理理的结论的思思维过程。不确定性推理的的基本问题包包括：推理方方向、推理方方法、控制策策略机器学习就是让让计算机来模模拟人类的学学习功能，他他是一门研究究怎样用机器器来模拟或实实现人类学习习活动的一门门学科学习系统是指能能够在一定程程度上实现机机器学

6、习的系系统学习系统的基本本模型环境是以某种形形式表达外界界信息集合，它它代表外界信信息来源；学学习环节是将将外界信息加加工为知识的的过程，它先先从环境获取取外部信息，然然后通过对这这些信息的分分析、综合、类类比、归纳等等加工形成知知识，最后把把所形成的知知识放入知识识库中；知识识库是一某种种形式表示的的知识集合，用用来存放学习习环节所得到到的知识；执执行环节是利利用知识库中中的知识完成成某种任务的的过程，并把把完成任务过过程中所获得得的一些信息息反馈给学习习环节，以指指导进一步学学习。环境环境学习环节知识库执行环节记忆学习是通过过记忆和评价价外界环境所所提供的信息息来达到学习习目的的。归纳学习

7、指以归归纳推理为基基础的学习，任任务是要从关关于某个概念念的一系列已已知的正例和和反例中归纳纳出一个一般般的概念描述述。解释学习是在领领域知识的指指导下，通过过对单个问题题求解例子的的分析，构造造出求解过程程的因果解释释结构，并获获取控制知识识，以便于以以后将其用于于类似问题的的求解。解释学习的三个个空间：例子子空间、概念念空间和概念念描述空间神经学习指神经经网络的训练练过程，主要要表现为联结结权值的调整整。自然语言理解包包括口语理解解和书面语理理解。自然语言理解：从微观上讲讲，它是从自自然语言到计计算机系统内内部形成的一一种映射；从从宏观上讲，它它是指计算机机能够执行人人类所期望的的某些语言

8、功功能。自然语言理解的的五个层次：语音分析、词词法分析、句句法分析、语语义分析和语语用分析计算题（习题22 P62 例题4.77 P1144 例例题4.133 P1266 题44.14和44.15 P132 例题6.2 P1177）2.8 设有如如下语句，请请用相应的谓谓词公式分别别把他们表示示出来：(1) 有的人人喜欢梅花，有有的人喜欢菊菊花，有的人人既喜欢梅花花又喜欢菊花花。解：定义谓词P(x)：x 是人L(x,y)：x 喜欢y其中，y 的个个体域是梅花，菊花花。将知识用谓词表表示为：( x )(P(x)L(x, 梅花)L(x, 菊花)L(x, 梅花)L(x, 菊花)(2) 有人每每天下午

9、都去去打篮球。解：定义谓词P(x)：x 是人B(x)：x 打篮球A(y)：y 是下午将知识用谓词表表示为：( x )( y) (AA(y)B(x)P(x)(3) 新型计计算机速度又又快，存储容容量又大。解：定义谓词NC(x)：xx 是新型计计算机F(x)：x 速度快B(x)：x 容量大将知识用谓词表表示为：( x) (NC(xx)F(x)B(x)(4) 不是每每个计算机系系的学生都喜喜欢在计算机机上编程序。解：定义谓词S(x)：x 是计算机系系学生L(x, prragrammming)：x 喜欢编程程序U(x,commputerr)：x 使用计算算机将知识用谓词表表示为： ( xx) (S(x

10、)L(x, pragrramminng)U(x,ccomputter)(5) 凡是喜喜欢编程序的的人都喜欢计计算机。解：定义谓词P(x)：x 是人L(x, y)：x 喜欢y将知识用谓词表表示为：( x) (P(x)L(x,ppragraammingg)L(x, compuuter)2.9 用谓词词表示法求解解机器人摞积积木问题。设设机器人有一一只机械手，要要处理的世界界有一张桌子子，桌上可堆堆放若干相同同的方积木块块。机械手有有4 个操作积积木的典型动动作：从桌上上拣起一块积积木；将手中中的积木放到到桌之上；在在积木上再摞摞上一块积木木；从积木上上面拣起一块块积木。积木木世界的布局局如下图所示

11、示。解：(1) 先先定义描述状状态的谓词CLEAR(xx)：积木x 上面是空空的。ON(x, yy)：积木x 在积木y 的上面。ONTABLEE(x)：积积木x 在桌子上上。HOLDINGG(x)：机机械手抓住xx。HANDEMPPTY：机械械手是空的。其中，x 和yy 的个体域域都是A, B, CC。问题的初始状态态是：ONTABLEE(A)ONTABLEE(B)ON(C, AA)CLEAR(BB)CLEAR(CC)HANDEMPPTY问题的目标状态态是：ONTABLEE(C)ON(B, CC)ON(A, BB)CLEAR(AA)HANDEMPPTY(2) 再定义义描述操作的的谓词在本问题中

12、，机机械手的操作作需要定义以以下4 个谓词：Pickup(x)：从桌桌面上拣起一一块积木x。Putdownn(x)：将将手中的积木木放到桌面上上。Stack(xx, y)：在积木x 上面再摞上上一块积木yy。Upstackk(x, yy)：从积木木x 上面拣起起一块积木yy。其中，每一个操操作都可分为为条件和动作作两部分，具具体描述如下下：Pickup(x)条件：ONTAABLE(xx)，HANDEEMPTY，CLEARR(x)动作：删除表：ONTABBLE(x)，HANDEEMPTY添加表：HANNDEMPTTY(x)Putdownn(x)条件：HANDDEMPTYY(x)动作：删除表：HA

13、NDEEMPTY(x)添加表：ONTTABLE(x)，CLEARR(x) ，HANDEEMPTYStack(xx, y)条件：HANDDEMPTYY(x)，CLEARR(y)动作：删除表：HANDEEMPTY(x)，CLEARR(y)添加表：HANNDEMPTTY，ON(x, y) ，CLEARR(x)Upstackk(x, yy)条件：HANDDEMPTYY，CLEARR(y) ，ON(y,x)动作：删除表：HANDEEMPTY，ON(y, x)添加表：HOLLDING(y)，CLEARR(x)(3) 问题求求解过程利用上述谓词和和操作，其求求解过程为：2.25 假设设有以下一段段天气预报：

14、“北京地区今今天白天晴，偏偏北风3 级，最高高气温12，最低气温温-2，降水概率率15%。”请用框架表表示这一知识识。解：Framee地域：北京时段：今天白天天天气：晴风向：偏北风力：3 级气温：最高：112 度最低：-2 度度降水概率：155%4.5 有一农农夫带一条狼狼，一只羊和和一框青菜与与从河的左岸岸乘船倒右岸岸，但受到下下列条件的限限制：(1) 船太小小，农夫每次次只能带一样样东西过河；(2) 如果没没有农夫看管管，则狼要吃吃羊，羊要吃吃菜。请设计一个过河河方案，使得得农夫、浪、羊羊都能不受损损失的过河，画画出相应的状状态空间图。题示：(1) 用四元组（农农夫，狼，羊羊，菜）表示示状

15、态，其中中每个元素都都为0 或1，用0 表示在左岸，用1 表示在右岸岸。(2) 把每次次过河的一种种安排作为一一种操作，每每次过河都必必须有农夫，因因为只有他可可以划船。解：第一步，定定义问题的描描述形式用四元组S=（f，w，s，v）表示问题题状态，其中中，f，w，s 和v 分别表示示农夫，狼，羊羊和青菜是否否在左岸，它它们都可以取取1 或0，取1 表示在左左岸，取0 表示在右岸岸。第二步，用所定定义的问题状状态表示方式式，把所有可可能的问题状状态表示出来来，包括问题题的初始状态态和目标状态态。由于状态变量有有4 个，每个个状态变量都都有2 种取值，因因此有以下116 种可能能的状态：S0=(

16、1,11,1,1)，S1=(11,1,1,0)，S2=(11,1,0,1)，S3=(11,1,0,0)S4=(1,00,1,1)，S5=(11,0,1,0)，S6=(11,0,0,1)，S7=(11,0,0,0)S8=(0,11,1,1)，S9=(00,1,1,0)，S10=(0,1,00,1)，S11=(0,1,00,0)S12=(0,0,1,11)，S13=(0,0,11,0)，S14=(0,0,00,1)，S15=(0,0,00,0)其中，状态S33，S6，S7，S8，S9，S12 是不不合法状态，S0 和S15 分别是初始状态和目标状态。第三步，定义操操作，即用于于状态变换的的算符组F

17、由于每次过河船船上都必须有有农夫，且除除农夫外船上上只能载狼，羊羊和菜中的一一种，故算符符定义如下：L(i)表示农农夫从左岸将将第i 样东西送送到右岸（ii=1 表示示狼，i=22 表示羊，i=3 表示菜菜，i=0 表示船上除农夫外外不载任何东东西）。由于于农夫必须在在船上，故对对农夫的表示示省略。R (i)表示示农夫从右岸岸将第i 样东西带带到左岸（ii=1 表示示狼，i=22 表示羊，i=3 表示菜菜，i=0 表示船上除农夫外外不载任何东东西）。同样样，对农夫的的表示省略。这样，所定义的的算符组F 可以有以下下8 种算符：L (0)，LL (1)，L (2)，L (3), R(0)，R(1

18、)，R (2)，R (3)第四步，根据上上述定义的状状态和操作进进行求解。该问题求解过程程的状态空间间图如右图：4.7 圆盘问问题。设有大大小不等的三三个圆盘A、B、C 套在一根根轴上，每个个盘上都标有有数字1、2、3、4，并且每个个圆盘都可以以独立的绕轴轴做逆时针转转动，每次转转动90，其初始状状态S0 和目标标状态Sg 如图4-311 所示，请请用广度优先先搜索和深度度优先搜索，求求出从S0 到Sg 的路径径。解：设用qA，qB 和qC 分别表表示把A 盘，B 盘和C 盘绕轴逆逆时针转动990，这些操作作（算符）的排列顺序序是qA，qB，qC。应用广度优先搜搜索，可得到到如下搜索树树。在该

19、搜索索树中，重复复出现的状态态不再划出，节节点旁边的标识Sii，i=0,11,2,，为按节点点被扩展的顺顺序给出的该该节点的状态态标识。由该图可以看出出，从初始状状态S0 到目标标状态Sg 的路径是S002513(Sgg)4.8 图4-32 是5 个城市的的交通图，城城市之间的连连线旁边的数数字是城市之之间路程的费费用。要求从A 城出发发，经过其它它各城市一次次且仅一次，最最后回到A 城，请找出出一条最优线线路。解：这个问题又又称为旅行商商问题（trravellling ssalesmmanproblemm, TSPP）或货郎担担问题，是一一个较有普遍遍性的实际应用问题。根据据数学理论，对对n

20、 个城市的的旅行商问题题，其封闭路径的排列列总数为：(n!)/nn=(n-11)!其计算量相当大大。例如，当当n=20 时，要穷举举其所有路径径，即使用一个每秒秒一亿次的计计算机来算也也需要3500 年的时间间。因此，对对这类问题只只能用搜索的的方法来解决决。下图是对图4-32 按最最小代价搜索索所得到的搜搜索树，树中中的节点为城城市名称，节节点边上的数数字为该节点的代代价g。其计算公公式为 gg(ni+11)=g(nni)+c(ni, nni+1)其中，c(nii,ni+11)为节点ni 到ni+1 节点的边代代价。可以看出，其最最短路经是AA-C-D-E-B-AA或A-B-EE-D-C-A

21、其实，它们是同同一条路经。4.11 设有有如下结构的的移动将牌游游戏：其中，B 表示示黑色将牌，W 表是白色将牌，E 表示空格。游戏的规定走法是：(1) 任意一一个将牌可移移入相邻的空空格，规定其其代价为1；(2) 任何一一个将牌可相相隔1 个其它的的将牌跳入空空格，其代价价为跳过将牌牌的数目加11。游戏要达到的目目标什是把所所有W 都移到B 的左边。对对这个问题，请请定义一个启启发函数h(n)，并给出用这个启启发函数产生生的搜索树。你你能否判别这这个启发函数数是否满足下下解要求？再再求出的搜索索树中，对所所有节点是否否满足单调限限制？解：设h(x)=每个W 左边的B 的个数，f(x)=d(x

22、)+3*h(x)，其其搜索树如下下：4.14 设有有如图4-334 的与/或/树，请分别别按和代价法法及最大代价价法求解树的的代价。解：若按和代价价法，则该解解树的代价为为：h(A)=2+3+2+55+2+1+6=21若按最大代价法法，则该解树树的代价为：h(A)=maaxh(BB)+5, h(C)+6 = max(h(E)+2)+5, h(C)+6= max(max(22, 3)+2)+5, max(2, 1)+6=max(55+5, 22+6)=1104.15 设有有如图4-335 所示的的博弈树，其其中最下面的的数字是假设设的估值，请请对该博弈树树作如下工作作：(1) 计算各各节点的倒推

23、推值；(2) 利用-剪枝技术剪剪去不必要的的分枝解：各节点的倒倒推值和剪枝枝情况如下图图所：6.8 设有如如下一组推理理规则:r1: IF E1 THHEN E22 (0.66)r2: IF E2 ANND E3 THEN E4 (00.7)r3: IF E4 THHEN H (0.8)r4: IF E5 THHEN H (0.9)且已知CF(EE1)=0.5, CFF(E3)=0.6, CF(E55)=0.77。求CF(HH)=?解：(1) 先先由r1 求CF(E22)CF(E2)=0.6 max00,CF(EE1)=0.6 max00,0.5=0.3(2) 再由rr2 求CF(E44)CF

24、(E4)=0.7 max00, minnCF(EE2 ), CF(E33 )=0.7 max00, minn0.3, 0.6=0.221(3) 再由rr3 求CF1(HH)CF1(H)= 0.8 max00,CF(EE4)=0.8 max00, 0.221)=00.168(4) 再由rr4 求CF2(HH)CF2(H)= 0.9 max00,CF(EE5)=0.9 mmax0, 0.7)=0.663(5) 最后对对CF1(HH )和CF2(HH)进行合成成，求出CF(H)= CF1(HH)+CF22(H)+ CF1(HH) CF2(HH)=0.6926.11 设有有如下推理规规则r1: IF

25、E1 THHEN (1100, 00.1) HH1r2: IF E2 THHEN (550, 0.5) H22r3: IF E3 THHEN (55, 0.005) H33且已知P(H11)=0.002, P(H2)=00.2, PP(H3)=0.4，请请计算当证据据E1，E2，E3 存在或或不存在时PP(Hi | Ei)或或P(Hi |Ei)的值各各是多少(ii=1, 22, 3)？解： (1) 当EE1、E2、E3 肯定存存在时，根据据r1、r2、r3 有P(H1 | E1) = (LS11 P(H1) / (LLS1-1) P(H1)+11)= (100 0.002) / (1000 -

26、1) 0.002 +1)=0.6771P(H2 | E2) = (LS22 P(H2) / (LLS2-1) P(H2)+11)= (50 0.2) / (50 -11) 00.2 +11)=0.99921P(H3 | E3) = (LS33 P(H3) / (LLS3-1) P(H3)+11)= (5 0.4) / (55 -1) 0.44 +1)=0.7699(2) 当E11、E2、E3 肯定存存在时，根据据r1、r2、r3 有P(H1 | E1) = (LNN1 PP(H1) / (LN1-11) PP(H1)+1)= (0.1 0.002) / (0.11 -1) 0.002 +1)=

27、0.0002P(H2 | E2) = (LNN2 PP(H2) / (LN2-11) PP(H2)+1)= (0.5 0.22) / (0.5 -1) 0.2 +1)=00.111P(H3 | E3) = (LNN3 PP(H3) / (LN3-11) PP(H3)+1)= (0.055 0.4) / (0.005 -1) 0.4 +1)=0.03322.10 用谓谓词表示法求求解农夫、狼狼、山羊、白白菜问题。农农夫、狼、山山羊、白菜全全部放在一条条河的左岸，现在在要把他们全全部送到河的的右岸去，农农夫有一条船船，过河时，除除农夫外船上上至多能载狼狼、山羊、白白菜中的一种种。狼要吃山山羊，山羊要要吃白菜，除除非农夫在那那里。似规划划出一个确保保全部安全过过河的计划。请请写出所用谓谓词的定义，并并给出每个谓谓词的功能及及变量的个体体域。解：(1) 先定定义描述状态态的谓词要描描述这个问题题，需要能够够说明农夫、狼狼、羊、白菜菜和船在什么么位置，为简简化问题表示示取消船在河河中行驶的状状态，只描述述左岸和右岸岸的状态。并并且，由于左左岸和右岸的的状态互补，因因此可仅对左左岸或右岸的的状态做直接接描述。本题题选择对左岸岸进行直接描描述的方法，即即定义谓词如如下：AL(x)：x 在左岸其中，x 的个个体域是农夫，船，狼狼，羊，白