人工智能原理与应用（王万森）第3版课后习题答案及解析

⼈⼯智能原理与应⽤（王万森）第 3版课后习题答案及析第1章⼈⼯智能概述课后题答案?智能包含哪⼏种能⼒？解：智能主要是指⼈类的⾃然智能。⼀般认为，智能是是⼀种认识客观事物和运⽤知识解决问题的综合能⼒。智能包含感知能⼒，记忆与思维能⼒，学习和⾃适应能⼒，⾏为能⼒?各有什么特点？解：⼈类思维⽅式有形象思维、抽象思维和灵感思维灵感思维也称顿悟思维，是⼀种显意识与潜意识相互作⽤的思维⽅式。?它的研究⽬标是什么？计算机）上实现智能；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。研究⽬标：对智能⾏为有效解释的理论分析；解释⼈类智能；构造具有智能的⼈⼯产品；什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由⼀位测试主持⼈和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中⼀个是⼈，另ft不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进⾏⼈。在这个前提下，要求测试主持⼈区分这两个被测试对象中哪50%，则认为该机器具有了智能。⼈⼯智能的发展经历了哪⼏个阶段？解：孕育期，形成期，知识应⽤期，从学派分⽴⾛向综合，智能科学技术学科的兴起与脑科学与认知科学的交叉研究智能模拟的⽅法和技术研究⾏为主义：⼜称进化主义或控制论学派，是基于控制论和“感知-动作”控制系统的⼈⼯智能学派。⾏为主义认为⼈⼯智能起源于控制论，提出智能取决于感知和⾏为，取决于对外界复杂环境的适应，⽽不是表⽰和推理。机器思维:推理、搜索、规划机器学习：符号学习、联结学习、知识发现和数据挖掘机器感知：机器视觉、模式识别、⾃然语⾔理解机器⾏为：智能控制、智能制造计算智能：神经计算、进化计算、模糊计算分布智能智能系统：专家系统、智能决策⽀持系统⼈⼯⼼理与⼈⼯情感研究热点：智能机器⼈、智能检索、智能游戏等。多学科交叉研究集成智能研究认知计算与情感计算研究智能系统与智能服务第2章确定性知识系统参考答案什么是知识？有哪⼏种主要的知识分类⽅法？什么是知识表⽰？知识表⽰有哪些要求？解：知识表⽰就是对知识的描述，即⽤⼀些约定的符号把知识编码成⼀组可以被计算机直接识别，并便于系统使⽤的数据结构⼀介谓词逻辑表⽰法⾮结构化⽅法产⽣式陈述性知识表⽰语义⽹络结构化⽅法框架结构知识表⽰⽅法要求：表⽰能⼒，可利⽤性，可组织性与可维护性，可理解性和可实现性从⼼理学的⾓度看，推理有哪两种⽐较典型的观点？它们的含义是什么？是可⽤是推理过程所得到的结论。什么是推理？它有哪些分类⽅法？解：推理是由具体事例归纳出⼀般规律，或者根据已有的知识推出新的结论的思维过程分为演绎法和归纳法推理策略主要解决推理⽅向，求解策略，限制策略，冲突消解策略等搜索策略主要解决推理线路，推理效果，推理效率等问题什么是命题？什么是命题的真值？解：⼀个陈述句称为⼀个断⾔，凡有真假意义的断⾔称为命题。命题的意义通常称为真值，当命题的意义为真时，则称该命题的真值为真。什么是论域？什么是谓词解：论域是由所讨论对象之全体构成的⾮空集合。论域中的元素称为个体，论域也常称为个体域。在谓词逻辑中，命题是⽤谓词来表⽰的。⼀个谓词可分为谓词名和个体两部分。什么是⾃由变元？什么是约束变元？设有如下语句，请⽤相应的谓词公式分别把他们表⽰出来：P(x)：x是⼈L(x,y)：x喜欢y其中，y的个体域是{梅花，菊花}。将知识⽤谓词表⽰为：(?x)(P(x)→L(x,梅花)∨L(x,菊花)∨(L(x,梅花)∧L(x,菊花)))P(x)：x是⼈B(x)：x打篮球A(y)：y是下午将知识⽤谓词表⽰为：(?x)(?y)(A(y)→B(x)∧P(x))新型计算机速度⼜快，存储容量⼜⼤。解：定义谓词NC(x)：x容量⼤(?x)不是每个计算机系的学⽣都喜欢在计算机上编程序。解：定义谓词S(x)：x是计算机系学⽣L(x,pragramming)：x喜欢编程序U(x,computer)：x使⽤计算机将知识⽤谓词表⽰为：(x)(S(x) pragramming)∧U(x,computer))L(xy将知识⽤谓词表⽰为：(?x)(P(x)∧L(x,pragramming)→L(x,computer))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。图2.10机器⼈摞积⽊问题CABABCHOLDING(x)x。HANDEMPTY：机械⼿是空的。和y{AB。问题的初始状态是：ONTABLE(A)ONTABLE(B)ON(C,A)CLEAR(B)CLEAR(C)问题的⽬标状态是：ONTABLE(C)ON(B,C)ON(A,B)CLEAR(A)HANDEMPTY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(xxy。Upstack(xxy。条件：ONTABLE(x)，HANDEMPTY，CLEAR(x)动作：删除表：ONTABLE(x)，HANDEMPTY添加表：HOLDING（x）Putdown(x)条件：HOLDING（x）动作：删除表：HOLDING（x）添加表：ONTABLE(x)，CLEAR(x)，HANDEMPTYStack(x,y)条件：HOLDING（x），CLEAR(y)动作：删除表：HOLDING（x），CLEAR(y)添加表：HANDEMPTY，ON(xy)，CLEAR(xUpstack(xy)条件：HANDEMPTY，CLEAR(x，ON(x,y)动作：删除表：HANDEMPTY，ON(xy)问题求解过程利⽤上述谓词和操作，其求解过程为：⽤谓词表⽰法求解农夫、狼、⼭⽺、⽩菜问题。农夫、狼、⼭⽺、⽩菜全部放在⼀条河的左岸，现在要把他们全部送到解：(1)先定义描述状态的谓词可仅对左岸或右岸的状态做直接描述。本题选择对左岸进⾏直接描述的⽅法，即定义谓词如下：AL(x)：x在左岸其中，x的个体域是{农夫，船，狼，⽺，⽩菜}。对应地，?AL(x)表⽰x在右岸。问题的初始状态：AL(农夫)AL(船)AL(狼)AL(⽺)AL(⽩菜)问题的⽬标状态：AL(船ONTABLE(AONTABLE(BON(CACLEAR(BCLEAR(CHANDEMPTYUpstack(C,AONTABLE(A)ONTABLE(BHOLDING(CCLEAR(ACLEAR(BPutdown(CONTABLE(A)ONTABLE(B)ONTABLE(C)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)HANDEMPTYPickup(A)ONTABLE(A)ONTABLE(C)HOLDING(B)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)Stack(B,C)ONTABLE(A)ONTABLE(C)ON(B,C)CLEAR(A)CLEAR(B)HANDEMPTYONTABLE(C)ON(B,C)CLEAR(A)CLEAR(B)HOLDING(A)Stack(A,B)ONTABLE(C)ON(B,C)ON(A,B)CLEAR(A)HANDEMPTPickup(B)再定义描述操作的谓词本题需要以下4个描述操作的谓词：R-L(x)：农夫带着x划船从右岸到左岸其中，x的个体域是{狼，⽺，⽩菜}。对上述每个操作，都包括条件和动作两部分。它们对应的条件和动作如下：L-R：农夫划船从左岸到右岸条件：AL(船)，AL(农夫)，?AL(狼)∨?AL(⽺)，?AL(⽺)∨?AL(⽩菜)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)添加表：?AL(船)，?AL(农夫)⽺)船)，AL()，AL(狼)添加表：?AL(船)，?AL()，?AL(狼)条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(⽺)，AL(狼)，AL(⽩菜)或：AL(船)，AL(农夫)，AL(⽺)，?AL(狼)，?AL(⽩菜)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)，AL(⽺)添加表：?AL(船)，?AL(农夫)，?AL(⽺)L-R(⽩菜)：农夫带着⽩菜划船从左岸到右岸条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(⽩菜)，?AL(狼)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)，AL(⽩菜)添加表：?AL(船)，?AL(农夫)，?AL(⽩菜)R-L：农夫划船从右岸到左岸条件：?AL(船)，?AL(农夫)，AL(狼)∨AL(⽺)，AL(⽺)∨AL(⽩菜)或：?AL(船)，?AL(农夫)，?AL(狼)，?AL(⽩菜)，AL(⽺)动作：删除表：?AL(船)，?AL(农夫)添加表：AL(船)，AL(农夫)R-L(⽺)：农夫带着⽺划船从右岸到左岸条件：?AL(船)，?AL()，?AL(⽺)，?AL(狼)，?AL(⽺)，AL()船)，?AL()，?AL(⽺)添加表：AL(船)，AL(农夫)，AL(⽺)AL()AL(船)L-R(⽺)AL(狼)AL(⽩菜)AL(农夫)AL(船)L-R(狼)R-L(⽺)AL(⽩菜)AL(农夫)R-L修道⼠和野⼈都会划船，但船⼀次只能装运两个⼈。在任何岸边，野⼈数不能超过修道⼠，否则修道⼠会被野⼈吃掉。解：（1）定义谓词S下xyS下xy其中，x,y分别代表修道⼠⼈数和野⼈数，他们的个体域均为{0,1,2,3}。再定义船所在岸的谓词和修道⼠不在该岸上的谓词：Boat(z,S)：状态S下船在z岸EZ(x,S)S下x0Safety(z,x,y,S)≡(G(x,0,S)∧GE(x,y,S))∨(EZ(x,S))其中，z,x,ySz岸，保证修道⼠安全，当且仅当修道⼠不在该岸上，或者修道⼠在该岸上，但⼈数超过野⼈数。该谓词同时也描述了相应的状态。再定义描述过河⽅案的谓词：L-R(x,x1,y,y1,S)：x1个修道⼠和y1个野⼈渡船从河的左岸到河的右岸条件：Safety(L,x-x1,y-y1,S∧Safety(R,3-x+x1,3-y+y1,S动作：Safety(L,x-x1,y-y1,Sy+y1,S∧Boat(R,SR-L(x,x1,y,y2个野⼈渡船从河的左岸到河的右岸条件：Safety(R,3-x-x2,3-y-y2,S’)∧Safety(L,x+x2,y+y2,S’)∧Boat(R,S)动作：Safety(R,3-x-x2,3-y-y2,S’)∧Safety(L,x+x2,y+y2,SR-L船⽺狼)⽺船狼船⽺狼⽺)AL(船)AL(⽺)?AL(⽩菜)?AL(狼)(2)过河⽅案Safety(L,3,3,S0)∧Safety(R,0,0,S0)∧Boat(L,S0)L-R(3,1,3,1,S0)L-R(3,0,3,2,S0)Safety(L,2,2,S1)∧Safety(R,1,1,S1)∧Boat(R,S1)Safety(L,3,1,S1’)∧Safety(R,0,2,S1’)∧Boat(R,S1’)R-L(2,1,2,0,S1)R-L(3,0,1,1,S1’)Safety(L,3,2,S2)∧Safety(R,0,1,S2)∧Boat(L,S2)L-R(3,0,2,2,S2)Safety(L,3,0,S3)∧Safety(R,0,3,S3)∧Boat(R,S3)R-L(3,0,0,1,S3)L-R(3,2,1,0,S4)Safety(L,1,1,S5)∧Safety(R,2,2,S5)∧Boat(R,S5)R-L(1,1,1,1,S5)L-R(2,2,2,0,S6)Safety(L,0,2,S7)∧Safety(R,3,1,S7)∧Boat(R,S7)R-L(0,0,2,1,S7)L-R(0,0,3,2,S8)Safety(L,0,1,S9)∧Safety(R,3,2,S9)∧Boat(R,S9)R-L(0,1,1,0,S9)L-R(1,1,1,1,S10)Safety(L,0,0,S11)∧Safety(R,3,3,S11)∧Boat(R,S11)什么是产⽣式？它的基本形式是什么？代表什么含义？由美国数学家波斯特1934年⾸先提出，它根据串代替规则提出了⼀种称为波斯特机的计算模型，模型中的每条规则称为产⽣式。P→QIFPTHENQ。P是产⽣式的前提，也称为前件，它给出了该产⽣式可否使⽤的先决条件，由事满⾜时，应该推出的结论或应该执⾏的动P所规定的操作。产⽣式表⽰的特征是什么？解：优点：⾃然性、模块性、有效性缺点：效率低性、不⽅便表⽰结构性知识的有向图何谓语义⽹络？它有哪些基本的语义关系？解：语义⽹络：⽤实体以及语义关系来表达知识的有向图基本的语义关系：①实例关系②分类关系③成员关系(A-member-of):是⼀名:HaveCanAge:Before，afterlocated-onlocated-underlocated-outsidelocated-atlocated-insidesimilar-tonear-to接近(1)每个学⽣都有⼀台计算机。(2)37⽉给计算机系学⽣讲《计算机⽹络》课。解：ISA讲课事件⾼⽼师⽼师Subject计算机系学⽣ObjectStartEnd讲课计算机⽹络ActionCaurse职业⼈计算机占有权设备占有资格AKOAKOownsAKOownerAKOAKO5632岁、硕⼠学位。3：2(1)⾜球赛⽐赛AKO红队蓝队3:2Participants1Participants2Outcome植物草树AKOAKO男研究⽣本科⽣HaveHave5632硕⼠学位Work-forAgeHaveAddressIsaHave梨树是果树中的⼀种，它会结梨。解：试述语义⽹络中求解问题的⼀般过程何谓框架？框架的⼀般形式是什么？解：框架表⽰法是在框架理论的基础上发展起来的⼀种结构化知识表⽰⽅法。草树是⼀种是⼀种植物叶根HaveHave草⽔草⽔中AKOLive植物AKO树果树结果AKOCan植物AKO果树梨树结梨AKOCan树AKO⾯，每⼀个侧⾯⼜可以拥有若⼲个值。何谓实例框架？它与框架有什么关系？何谓框架系统？何谓框架系统的横向联系？何谓框架系统的纵向联系？横向联系：由于⼀个框架的槽值或侧⾯值可以是另外⼀个框架的名字，这就在框架之间建⽴了另外⼀种联系，称为横向联系。312o-2o15%。请⽤框架表⽰这⼀知识。解：Frame<天⽓预报>地域：北京时段：今天⽩天天⽓：晴风向：偏北风⼒：3级⽓温：最⾼：12度最低：-2度降⽔概率：15%FrameName：Unit（Last-name，First-name）Sex：Area（male，female）Default：maleAge：Unit（Years）Telephone：HomeUnit（Number）MobileUnit（Number）教师框架FrameAKOMajor：Unit（Major-Name）Lectures：Unit（Course-Name）Field：Unit（Field-Name）Project：Area（National，Provincial，Other）Default：ProvincialPaper：Area（SCI，EI，Core，General）Default：Core学⽣框架FrameAKO<Teachers-Students>Major：Unit（Major-Name）Classes：Unit（Classes-Name）Degree：Area（doctor，mastor,bachelor）Default：bachelor框架的匹配与填槽框架表⽰法的特点有哪些？解：优点：结构性，深层性，继承性，⾃然性。解：利⽤产⽣式知识表⽰⽅法所进⾏的推理称为产⽣式推理，由ft产⽣的系统为产⽣式系统基本结构：综合数据库，规则库，控制系统什么是产⽣式的正向推理？其基本过程是什么？解：从已知事实出发，正向使⽤推理规则的推理⽅法。过程：把⽤户提供的初始证据放⼊综合数据库；检查综合数据库中是否包含了问题的解，若已包含，则求解结束，并成功推出，否则，执⾏下⼀步；检查知识库中是否有可⽤知识。若有，形成当前可⽤知识集，执⾏下⼀步，否则转（2）；否则表⽰⽆解，失败退出。将问题的初始证据和要求证的⽬标（称为假设）分别放⼊综合数据库和假设集；ft时，若假设集为空，则成功退出。否则，扔执⾏。若该假设不在数据库中，则执⾏下⼀步；检查该假设是否可由知识库的某个知识导出，若不能由某个知识导出，则询问⽤户寻找新的假设。若不是，则转（5），若能由某个知识导出，则执⾏下⼀步；将知识库中可以导出该假设的所有知识构成⼀个可⽤知识集；检查可⽤知识集是否为空，若空，失败退出。否则执⾏下⼀步；按冲突消解策略从可⽤知识集中取出⼀个知识，继续执⾏下⼀步；将该知识的前提中的每个⼦条件都作为新的假设放⼊假设集，转。什么是混合推理？它由哪⼏种实现⽅式？什么是置换？什么是合⼀？解：在不同谓词公式中，往往会出现多个谓词的谓词名相同但个体不同的情况，ft时推理过程是不能直接进⾏匹配的，需要先进⾏变元的替换。这种利⽤项对变元进⾏替换叫置换。可合⼀，其最⼀般和⼀为：σ={a/x。可合⼀，其最⼀般和⼀为：σf(x)/y。可合⼀，其最⼀般和⼀为：σ={f(b)/y。不可合⼀。可合⼀，其最⼀般和⼀为：σ。什么是⾃然演绎推理？它所依据的推理规则是什么？从⼀组已知为真的事实出发，直接运⽤经典逻辑中的推理规则推出结论的过程称为⾃然演绎推理P55.56页Skolem范式？P56什么是字句集？如何将谓词公式化为字句集？教材P56.57y))(2)(?x)(?y)(P(x,y))(3)(?x)(?y)(P(x,y)∨(Q(x,y)→R(x,y)))(4)(?x)(?y)(?z)(P(x,y)→Q(x,y)∨R(x,z))解：(1)(?x)(?y)(P(x,SkolemP(x,已经是合取范式，所以可直接消去全称量词、合取词，得{P(x,y),Q(x,y)}再进⾏变元换名得⼦句集：S={P(x,y),Q(u,v)}(2)(?x)(?y)(P(x,得：(?x)(?y)(?P(x,y))ft公式已为Skolem标准型。再消去全称量词得⼦句集：S={?P(x,y)∨Q(x,y)}(3)对谓词公式(?x)(?y)(P(x,y)∨(Q(x,y)→R(x,y)))，先消去连接词“→”得：(?x)(?y)(P(x,y)∨(?Q(x,y)∨R(x,y)))ft公式已为前束范式。再消去存在量词，即⽤Skolem函数f(x)替换y得：(?x)(P(x,f(x))∨?Q(x,f(x))∨R(x,f(x)))ft公式已为Skolem标准型。最后消去全称量词得⼦句集：S={P(x,f(x))∨?Q(x,f(x))∨R(x,f(x))}(4)对谓词(?x)(?y)(?z)(P(x,y)→Q(x,y)∨R(x,z))，先消去连接词“→”得：(?x)(?y)(?z)(?P(x,y)∨Q(x,y)∨R(x,z))再消去存在量词，即⽤Skolem函数f(x)替换y得：(?x)(?y)(?P(x,y)∨Q(x,y)∨R(x,f(x,y)))ft公式已为Skolem标准型。S={?P(x,y)∨Q(x,y)∨R(x,f(x,y))}鲁滨逊归结原理的基本思想是什么？解：鲁滨逊归结原理也称为消解原理。其基本思想是把永真性的