人工智能教程习题及答案第2章习题参考解答.docx

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人工智能教程习题及答案第2章习题参考解答

第二章知识表示习题参考解答

2.3练习题

2.1什么是知识?

它有哪些特性?

有哪几种分类方法?

2.2何谓知识表示?

陈述性知识表示法与过程性知识表示法的区别是什么?

2.3在选择知识的表示方法时，应该考虑哪些主要因素?

2.4一阶谓词逻辑表示法适合于表示哪种类型的知识?

它有哪些特点?

2.5请写出用一阶谓词逻辑表示法表示知识的步骤。

2.6设有下列语句，请用相应的谓词公式把它们表示出来：

（1）有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花。

（2）他每天下午都去玩足球。

（3）太原市的夏天既干燥又炎热。

（4）所有人都有饭吃。

（5）喜欢玩篮球的人必喜欢玩排球。

（6）要想出国留学，必须通过外语考试。

2.7房内有一只猴子、一个箱子，天花板上挂了一串香蕉，其位置关系如图2.11所示，猴子为了拿到香蕉，它必须把箱子推到香蕉下面，然后再爬到箱子上。

请定义必要的谓词，写出问题的初始状态（即图2.16所示的状态）、目标状态（猴子拿到了香蕉，站在箱子上，箱子位于位置b）。

图2.11猴子摘香蕉问题

2.8对习题2.7中的猴子摘香蕉问题，利用一阶谓词逻辑表述一个行动规划，使问题

从初始状态变化到目标状态。

2.9产生式的基本形式是什么？

它与谓词逻辑中的蕴含式有什么共同处及不同处？

2.10何谓产生式系统？

它由哪几部分组成？

2.11产生式系统中，推理机的推理方式有哪几种？

在产生式推理过程中，如果发生策略冲突，如何解决？

2.12设有下列八数码难题：

在一个3×3的方框内放有8个编号的小方块，紧邻空位的小方块可以移入到空位上，通过平移小方块可将某一布局变换为另一布局（如图2.12所示）。

请用产生式规则表示移动小方块的操作。

图2.12习题2.12的图图2.13习题2.13的图

2.13推销员旅行问题：

设有五个相互可直达且距离已知的城市A、B、C、D、E，如图2.13所示，推销员从城

市A出发，去其它四城市各旅行一次，最后再回到城市A，请找出一条最短的旅行路线。

用产生式规则表示旅行过程。

2.14何谓语义网络？

语义网络表示法的特点是什么？

2.15语义网络表示法与产生式表示法、谓词逻辑表示法之间的关系如何？

2.16用语义网络表示下列知识：

（1）所有的鸽子都是鸟；

（2）所有的鸽子都有翅膀；

（3）信鸽是一种鸽子，它有翅膀，能识途。

2.17请对下列命题分别写出它的语义网络：

（1）每个学生都有多本书。

（2）孙老师从2月至7月给计算机应用专业讲《网络技术》课程。

（3）雪地上留下一串串脚印，有的大，有的小，有的深，有的浅。

（4）王丽萍是天发电脑公司的经理，她35岁，住在南内环街68号。

2.18请把下列命题用一个语义网络表示出来：

（1）猪和羊都是动物；

（2）猪和羊都是偶蹄动物和哺乳动物；

（3）野猪是猪，但生长在森林中；

（4）山羊是羊，且头上长着角；

（5）绵羊是一种羊，它能生产羊毛。

2.19何谓框架？

框架的一般表示形式是什么？

2.20框架表示法有何特点？

请叙述用框架表示法表示知识的步骤。

2.21试写出“学生框架”的描述。

2.22框架系统中求解问题的一般过程是什么？

2.23何谓对象？

何谓类？

封装及继承的含义是什么？

2.24什么是状态空间？

状态空间是怎样构成的？

2.25请写出用状态空间表示法表示问题的一般步骤。

2.26修道士和野人问题。

设有3个修道士和3个野人来到河边，打算用一条船从河的左岸渡到河的右岸。

但该船每次只能装载两个人，在任何岸边野人的数目都不得超过修道士的人数，否则修道士就会被野人吃掉。

假设野人服从任何一种过河安排，请问如何规划过河计划才能把所有人都安全地渡过河去。

2.27农夫、狐狸、鸡和小米过河问题。

农夫、狐狸、鸡、小米都在一条河的左岸，现在要把它们全部送到右岸去，农夫有一条船，过河时，除农夫外，船上至多能载狐狸、鸡和小米中的一样。

狐狸要吃鸡，鸡要吃小米，除非农夫在那里。

试规划出一个确保全部安全的过河计划。

（提示：

a.用四元组（农夫，狐狸，鸡，小米）表示状态，其中每个元素都可为0

或1。

1表示在左岸，0表示在右岸。

b.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。

）

2.28用状态空间表示法表示2.7题的“猴子摘香蕉问题”。

2.2习题参考解答

2.1答:

（略）

2.2答：

（略）

2.3答：

（略）

2.4答：

（略）

2.5答：

用一阶谓词逻辑法表示知识的步骤如下：

（1）定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的确切含义。

（2）根据所要表达的事物或概念，为每个谓词中的变元赋以特定的值。

（3）根据所要表达的知识的语义，用适当的联接符号将各个谓词联接起来，形成谓词

公式。

2.6解:

（1）有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花。

定义谓词及个体。

设LIKE（x,y）表示x喜欢y，Meihua表示梅花，Juhua表示菊花，则：

（x）LIKE（x,Meihua）（y）LIKE（y,Juhua）（z）（LIKE（z,Meihua）LIKE（z,Juhua）

（2）李明每天下午都去玩足球。

定义谓词及个体。

设PLAYFB（x,y）表示x在y下午玩足球，Liming表示李明，则：

（y）（PLAYFB（Liming,y）

（3）太原市的夏天既干燥又炎热。

定义谓词及个体。

设STATE（x,y,z）表示x市在y季节气候处于z状态。

这是一个三元一阶谓词，所涉及的个体有：

太原，夏天，干燥，炎热。

将个体代入谓词：

STATE（太原,夏天,干燥），STATE（太原,夏天,炎热），

根据题意将各谓词用适当的连接符连接起来。

STATE（太原,夏天,干燥）∧STATE（太原,夏天,炎热）

（4）所有人都有饭吃。

定义谓词及个体。

设Havefood（x）表示x有饭吃，则根据题意有：

（x）（Havefood（x））

（5）喜欢玩篮球的人必喜欢玩排球。

定义谓词及个体。

设Likeplay（x,y）表示x喜欢玩y。

所涉及的个体有：

篮球，排球。

将个体代入谓词，并根据题意将各谓词用适当的连接符连接起来。

（x）（Likeplay（x,篮球）Likeplay（x,排球））

（6）要想出国留学，必须通过外语考试。

定义谓词及个体。

设Want（x,y）表示x想y，Pass（x,y）表示x通过y。

定义个体：

goabrod表示出国学习，flanguage表示外语。

将个体代入谓词，并根据题意将各谓词用适当的连接符连接起来。

（x）（~Pass（x,flanguage）~want（x,goabrod））

2.7解：

根据谓词知识表示的步骤求解问题如下：

解法一：

本问题涉及的常量定义为：

猴子：

Monkey,箱子：

Box,香蕉:

Banana，位置：

a,b,c

定义谓词如下

SITE（x,y）:

表示x在y处；

HANG（x,y）:

表示x悬挂在y处；

ON（x,y）:

表示x站在y上；

HOLDS（y,w）:

表示y手里拿着w。

根据问题的描述将问题的初始状态和目标状态分别用谓词公式表示如下：

问题的初始状态表示:

SITE（Monkey,a）∧HANG（Banana,b）∧SITE（Box,c）∧～ON（Monkey,Box）∧～HOLDS（Monkey,Banana）

问题的目标状态表示:

SITE（Monkey,b）∧～HANG（Banana,b）∧SITE（Box,b）∧ON（Monkey,Box）∧

HOLDS（Monkey,Banana）

解法

本问题涉及的常量定义为：

猴子：

Monkey,箱子：

Box,香蕉:

Banana，位置：

a,b,c

定义谓词如下

SITE（x,y）:

表示x在y处；

ONBOX（x）:

表示x站在箱子顶上；

HOLDS（x）:

表示x摘到了香蕉。

根据问题的描述将问题的初始状态和目标状态分别用谓词公式表示如下：

问题的初始状态表示:

SITE（Monkey,a）∧SITE（Box,c）∧～ONBOX（Monkey）∧～HOLDS（Monkey）

问题的目标状态表示:

SITE（Box,b）∧SITE（Monkey,b）∧ONBOX（Monkey）∧HOLDS（Monkey）从上述两种解法可以看出，只要谓词定义不同，问题的初始状态和目标状态就不同，所以，对于同样的知识，不同的人表示的结果可能不同。

2.8解：

本问题的关键就是制定一组操作，将初始状态转换为目标状态。

为了用谓词公式表示操作，可将操作分为条件（为完成相应操作所必须具备的条件）和动作两部分。

条件易于用谓词公式表示，而动作则可通过执行它前后的状态变化表示出来，即由于动作的执行，当前状态中删去了某些谓词公式而又增加一些谓词公式从而得到了新的状态，通过这种状态中谓词公式的增减来描述动作。

定义四个操作谓词如下，操作的条件和动作可用谓词公式的增删表示：

1.goto（x,y）：

从x处走到y处。

条件：

SITE（Monkey,x）

动作：

删除SITE（Monkey,x）;增加SITE（Monkey,y）

2.pushbox（x,y）：

将箱子从x处推到y处。

条件：

SITE（Monkey,x）∧SITE（Box,x）∧～ONBOX（Monkey）

动作：

删除SITE（Monkey,x）,SITE（Box,x）;增加SITE（Monkey,y）,SITE（Box,y）

3.climbbox：

爬到箱子顶上。

条件：

～ONBOX（Monkey）

动作：

删除～ONBOX（Monkey）；增加ONBOX（Monkey）

4.grasp：

摘下香蕉。

条件：

～HOLDS（Monkey）∧ONBOX（Monkey）∧SITE（Monkey,b）

动作：

删除～HOLDS（Monkey）；增加HOLDS（Monkey）在执行某一操作前，先检查当前状态是否满足其前提条件，若满足，则执行该操作，否则，检查另一操作的条件是否被满足。

检查的方法就是当前的状态中是否蕴含了操作所要求的条件。

在定义了操作谓词后，就可以给出从初始状态到目标状态的求解过程。

在求解过程中，当进行条件检查时，要进行适当的变量代换。

SITE（Monkey,a）

SITE（Box,c）

~ONBOX（Monkey）

~HOLDS（Monkey）

goto（x,y）,用a代x，用c代y

SITE（Monkey,c）

SITE（Box,c）

~ONBOX（Monkey）

~HOLDS（Monkey）

pushbox（x,y）,用c代x，用b代ySITE（Monkey,b）

SITE（Box,b）

~ONBOX（Monkey）

~HOLDS（Monkey）

climbox

SITE（Monkey,b）

SITE（Box,b）

ONBOX（Monkey）

~HOLDS（Monkey）

grasp

SITE（Monkey,b）

SITE（Box,b）

ONBOX（Monkey）

HOLDS（Monkey）

2.9答：

（略）

2.10答：

（略）

2.11答：

（略）

2.12解：

首先，建立棋盘变换的产生式规则。

如果把棋盘的每一种布局看作是一个状态矩阵，本题就变成了从初始状态矩阵到目标状态矩阵的一种变化。

所谓棋盘状态的变化就是希望棋盘上空格周围的棋子能走进空格，这也可以理解为移动空格，只要实现空格的上、下、左、右四种移动即可。

可通过建立四个条件－操作型的产生式规则，来实现这四种移动。

设Sij为状态矩阵中的第i行和第j列的数码，i0，j0表示空格所在的行和列，如果在状态矩阵中用0来表示空格的话，则建立如下四条产生式规则：

R1：

if（j0-1≥1）thenbeginSi0j0:

=

Si0（j0-1）;

Si0（j0-1）:

=0

end

空格左移

R2：

if（i0-1≥1）thenbeginSi0j0:

=

S（i0-1）j0;

S（i0-1）j0:

=0

end

空格上移

R3：

if（j0+1≤3）thenbeginSi0j0:

=Si0（j0+1）;

Si0（j0+1）:

=0

end

空格右移

R4：

if（i0+1≤3）thenbeginSi0j0:

=S（i0+1）j0;

S（i0+1）j0:

=0

end

空格下移

然后，建立综合数据库。

将棋盘的布局表示为状态矩阵的形式存入综合数据库，例如，

可以将本题的初始布局和目标布局以矩阵形式表示为：

283123

S0＝160Sg＝804

754765

综合数据库中，存放初始和目标状态矩阵以及变换过程中的中间矩阵。

在建立了规则集和综合数据库后，就可以按照产生式规则进行状态变换，实现推理求解。

在进行推理时，可能会有多条产生式规则的条件部分和综合数据库中的已有事实相符，这样就有可能激活多条规则，究竟采用哪一条规则作为启用规则，这就是冲突解决策略问题。

解决冲突的策略有专一性排序、规则顺序等多种，也可以使用一些启发性的信息，根据具体问题选择。

在本题中，我们采用一个启发式函数h（x），它表示节点x所对应的棋盘中与目标节点对应的棋盘中棋子位置不同的个数。

这里，综合数据库中的初始状态矩阵，能满足规则R1，R2，R4的条件，所以有三条匹配规则。

利用启发式函数决定哪一条规则为启用规则。

因为规则R4的启发式函数值h（x）＝5，规则R1的h（x）＝6，规则R2的h（x）＝7，也就是说，规则R4所得到的新状态与目标状态差距最小，所以启用规则R4，依此类推，可以得到到

达目标状态的规则执行序列：

R4，R1，R2，R2，R1，R4，R3

其执行过程如图2.14所示

图2.14习题2.12执行过程

2.13解：

设综合数据库中包含了已访问过的城市名的列表、未访问过的城市名列表和各城市间的距离表。

初始时刻，已访问过的城市名列表中只有A，未访问过的城市名列表中有B,C,D,E。

定义如下谓词：

not-visit（x）：

表示未访问过城市x;

visit-all（）：

表示已没有未访问过的城市；

goto（x）：

表示去访问城市x，并将x加入已访问的城市列表中，从未访问过的城市列表中删除。

则建立如下的产生式规则：

R1:

not-visit（x）→goto（x）

R2:

visit-all（）→goto（A）

当未访问过的城市列表不为空时，激活规则R1；否则，激活规则R2。

如果未访问过的城市列表中城市个数多于一个时，这时规则R1的实例就不止一个。

比如，在刚开始时，就有四条规则（分别针对x=A,x=B,x=C,x=D）被激活，这时可以根据综合数据库中的城市间距离，构造一个启发式函数h（x）来解决规则冲突，决定某一条规则为启用规则。

例如在刚开始从A出发时，决定下一访问城市时，由于B与A的距离最近，所以x:

=B。

依此类推，推销员走的路径为E、D、C。

这时未访问过的城市列表中已经为空，规

则R2被激活，返回城市A。

2.14答：

（略）

2.15答：

（略）

2.16解：

（1）本知识涉及的对象有3个：

鸟、鸽子、信鸽。

信鸽是一种鸽子，除了它们本身的属性外，具有鸽子的一般特性。

而鸽子又是一种鸟，鸟所具有的属性它也具有。

（2）信鸽与鸽子之间是一种类属关系，鸽子和鸟之间也是一种类属关系，它们都可以用AKO表示。

（3）整理各对象节点之间的属性，使上层节点所具有的属性不再在下层节点中标出。

（4）将各对象作为一个节点，而它们之间的关系作为弧，则得到图2.15所示的语义网络。

图2.15有关鸽子的语义网络

2.17解：

（1）这是一个带有全称量词的语义网络，如图2.16所示。

其中，s是全称变

量，代表任一个学生；h是存在变量，表示某次拥有；bs也是存在量词，代表多本书；s，h，bs及其语义联系构成一个子网，是一个子空间，表示每个学生都拥有多本书；节点g代表该子空间，由弧F指向其所代表的子空间的具体形式，弧指出s是一个全称变量。

节点GS代表整个空间。

图2.16“每个学生都有多本书”的语义网络

（2）根据题意得到如图2.17所示的语义网络，这里要指出的是，设立“讲课”很有必

要，由它向外引出的弧不仅可以指出讲课的主体，而且可以指出讲课的起止时间。

图2.17有关讲课的语义网络

3）根据题意，这是一个有合取和析取的语义网络，如图2.18所示。

图2.18有关雪地上脚印的语义网络

4）此题较简单，根据题意，其语义网络如图2.19所示

图2.19有关电脑公司的语义网络

2.18解：

按照语义网络知识表示步骤来首先进行解题分析：

（1）问题涉及的对象有动物、偶蹄动物、哺乳动物、猪、羊、野猪、山羊、绵羊共8

个对象。

各对象的属性可以根据常识给出，不过，这里特别给出了山羊有角，绵羊能产羊毛的特点。

（2）羊和猪与偶蹄动物、哺乳动物间是类属关系，偶蹄动物、哺乳动物与动物间也是类属关系，野猪与猪，山羊、绵羊与羊之间都是类属关系，可用AKO表示。

（3）根据信息继承性原则，各上层节点的属性下层都具有，在下层都不再标出，以避免属性信息重复。

（4）根据上面的分析，本题共涉及8个对象，各对象的属性以及它们之间的关系已在上面指出，所以本题的语义网络应是由8个节点构成的有向图，弧上的标注以及各节点的标注已在上面指出。

语义网络图如图2.20所示。

图2.20有关猪和羊的语义网络

2.19答：

框架是一种描述所论对象属性的数据结构。

所论的对象可以是一个事物、一

个事件或者一个概念。

一个框架由若干个“槽”组成，每个“槽”又可划分为若干个“侧面”。

和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值。

槽值可以是逻辑型或数字型的，具体的值可

以是程序、条件、默认值或是一个子框架。

框架一般可表示成如下形式：

框架名

<槽名1>

<侧面11>

<值111>⋯<值l1k1>

<侧面1n1>

<值ln11>⋯<值1n1kn1>

<槽名2>

<侧面12>

<值121>⋯<值1211>

<侧面1n2>

<值1n21>⋯<值ln2ln2>

2.20答：

（略）

2.21解：

由于学生框架类似于一个变量，并未指定某个具体的学生，所以，其定义应该如下，若要描述某个具体的学生，则只要将他的相应属性填入到这个框架的各个槽中即可。

框架名：

<学生>

姓名：

单位（姓和名）

年龄：

单位（岁）

性别：

范围（男，女）

缺省（男）

健康状况：

范围（健康，一般，差）

缺省（一般）

所在系别：

单位（系）

专业：

范围（系中所包含的专业）

入学时间：

单位（年，月）

毕业时间：

单位（年，月）

成绩：

范围（优，良，中，差）

缺省（良）

是否学生干部：

范围（是，否）

缺省（否）

2.22答：

（略）

2.23答：

（略）

2.24答：

由表示一个问题的全部状态及一切可用算符构成的集合称为该问题的状态空间。

它一般由三部分构成：

问题的所有可能初始状态构成的集合S；算符集合F；目标状态集合

G。

即可用一个三元组（S,F,G）表示问题的状态空间。

2.25答：

（略）

2.26解：

用状态空间法进行表示。

根据状态空间表示问题的步骤，问题求解如下：

第一步，定义问题状态的描述形式。

设SK=（Nx,Ny,C）表示修道士和野人在河的左岸的状态，其中，Nx表示修道士在左岸的实际人数，Ny表示也人在左岸的实际人数，C用来指示船是否在左岸（C＝1表示在左岸，C＝0表示不在左岸）。

第二步，用所定义的状态描述形式把问题的所有可能状态都表示出来，并确定出问题的

初始状态集和目标状态集。

对于状态SK=（Nx,Ny,C）来说，由于Nx,Ny的取值有0，1，2，3四种可能，C的取值有0

和1两种可能，所以本问题所有可能的状态共有4×4×2＝32种。

各状态的形式描述如下：

S0=（3,3,1）,S1=（3,2,1）,S2=（3,1,1）,S3=（3,0,1）,

S4=（3,3,0）,S5=（3,2,0）,S6=（3,1,0）,S7=（3,0,0）,

S8=（2,3,1）,S9=（2,2,1）,S10=（2,1,1）,S11=（2,0,1）,

S12=（2,3,0）,S13=（2,2,0）,S14=（2,1,0）,S15=（2,0,0）,

S16=（1,3,1）,S17=（1,2,1）,S18=（1,1,1）,S19=（1,0,1）,

S20=（1,3,0）,S21=（1,2,0）,S22=（1,1,0）,S23=（1,0,0）,

S24=（0,3,1）,S25=（0,2,1）,S26=（0,1,1）,S27=（0,0,1）,

S28=（0,3,0）,S29=（0,2,0）,S30=（0,1,0）,S31=（0,0,0）.

在这些状态中，由于有安全约束条件——任何岸边野人的数量都不得超过传教士的数量

（即Nx≥Ny），所以只有20个状态是合法的，像（1,2,1）（1,3,1）和（2,3,1）等都是不合法的状态。

而由于这些不合法状态的存在，又会导致某些合法状态是不可到达的。

这样，这个问题总共只有16种可到达的合法状态，以下划线表示。

问题的初始状态集为：

S＝{S0}={（3,3,1）}，目标状态集为：

G＝{S31}={（0,0,0）}第三步，定义一组用于状态变换算符F。

定义算符L（i，j）表示划船将i个传教士和j个野人送到右岸的操作；算符R（i，j）表示划船从右岸将i个传教士和j个野人带回左岸的操作。

由于过河的船每次最多载两个人，所以，i+j≤2，这样定义的算符组F中只可能有如下10个算符：

F：

L（1,0），L（2,0），L（1,1），L（0,1），L（0,2）

R（1,0），R（2,0），R（1,1），R（0,1），R（0,2）至此，该问题的状态空间（S,F,G）构造完成