完整word版人工智能习题答案.docx
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完整word版人工智能习题答案
第一章绪论
1-1.什么是人工智能？
试从学科和能力两方面加以说明。
从学科角度来看：
人工智能是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。
它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能，并开发相关理论和技术。
从能力角度来看：
人工智能是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动
1-2.在人工智能的发展过程中，有哪些思想和思潮起了重要作用？
控制论之父维纳1940年主张计算机五原则。
他开始考虑计算机如何能像大脑一样工作。
系统地创建了控制论，根据这一理论，一个机械系统完全能进行运算和记忆。
帕梅拉·麦考达克（PamelaMcCorduck）在她的著名的人工智能历史研究《机器思维》（MachineWhoThink,1979）中曾经指出：
在复杂的机械装置与智能之间存在着长期的联系。
著名的英国科学家图灵被称为人工智能之父,图灵不仅创造了一个简单的通用的非数字计算模型，而且直接证明了计算机可能以某种被理解为智能的方法工作。
提出了著名的图灵测试。
数理逻辑从19世纪末起就获迅速发展；到20世纪30年代开始用于描述智能行为。
计算机出现后，又在计算机上实现了逻辑演绎系统。
1943年由生理学家麦卡洛克（McCulloch）和数理逻辑学家皮茨（Pitts）创立的脑模型，即MP模型。
60-70年代，联结主义，尤其是对以感知机（perceptron）为代表的脑模型的研究曾出现过热潮，
控制论思想早在40-50年代就成为时代思潮的重要部分，影响了早期的人工智能工作者。
到60-70年代，控制论系统的研究取得一定进展，播下智能控制和智能机器人的种子。
1-3.为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？
物理符号系统的假设：
任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能执行输入符号、输出符号、存储符号、复制符号、建立符号结构、条件性迁移6种功能。
反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能（人类所具有的智能）。
物理符号系统的假设伴随有3个推论。
推论一:
既然人具有智能，那么他（她）就一定是个物理符号系统。
推论二:
既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。
推论三:
既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么我们就能够用计算机来模拟人的活动。
1-4.现在人工智能有哪些学派？
它们的认知观是什么？
符号主义（Symbolicism），又称为逻辑主义（Logicism）、心理学派（Psychlogism）或计算机学派（Computerism） [其原理主要为物理符号系统（即符号操作系统）假设和有限合理性原理。
]
认为人的认知基元是符号，而且认知过程即符号操作过程。
认为人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，因此，我们就能够用计算机来模拟人的智能行为。
知识是信息的一种形式，是构成智能的基础。
人工智能的核心问题是知识表示、知识推理和知识运用。
联结主义（Connectionism），又称为仿生学派（Bionicsism）或生理学派（Physiologism）[其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法]
认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程。
认为人脑不同于电脑，并提出联结主义的大脑工作模式，用于取代符号操作的电脑工作模式。
行为主义（Actionism），又称进化主义（Evolutionism）或控制论学派（Cyberneticsism）[其原理为控制论及感知-动作型控制系统]
认为智能取决于感知和行动。
认为智能不需要知识、不需要表示、不需要推理；人工智能可以象人类智能一样逐步进化。
智能行为只能在现实世界中与周围环境交互作用而表现出来。
符号主义、联结主义对真实世界客观事物的描述及其智能行为工作模式是过于简化的抽象，因而是不能真实地反映客观存在的。
1-5.你认为应从哪些层次对认知行为进行研究？
心理活动的最高层级是思维策略，中间一层是初级信息处理，最低层级是生理过程，与此相应的是计算机程序、语言和硬件。
研究认知过程的主要任务是探求高层次思维决策与初级信息处理的关系，并用计算机程序来模拟人的思维策略水平，而用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。
1-6.人工智能的主要研究和应用领域是什么？
其中，哪些是新的研究热点？
问题求解（下棋程序），逻辑推理与定理证明（四色定理证明），自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学（星际探索机器人），模式识别（手写识别，汽车牌照识别，指纹识别），机器视觉（机器装配，卫星图像处理），智能控制，智能检索，智能调度与指挥（汽车运输高度，列车编组指挥），系统与语言工具
新的研究热点：
分布式人工智能与Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现（超市市场商品数据分析），人工生命
第二章知识表示方法
2-2设有3个传教士和3个野人来到河边，打算乘一只船从右岸渡到左岸去。
该船的负载能力为两人。
在任何时候，如果野人人数超过传教士人数，那么野人就会把传教士吃掉。
他们怎样才能用这条船安全地把所有人都渡过河去?
用Si（nC,nY）表示第i次渡河后，河对岸的状态，nC表示传教士的数目，nY表示野人的数目，由于总人数的确定的，河对岸的状态确定了，河这边的状态也即确定了。
考虑到题目的限制条件，要同时保证，河两岸的传教士数目不少于野人数目，故在整个渡河的过程中，允许出现的状态为以下3种情况：
1.nC=0
2.nC=3
3.nC=nY>=0（当nC不等于0或3）
用di（dC,dY）表示渡河过程中，对岸状态的变化，dC表示，第i次渡河后，对岸传教士数目的变化，dY表示，第i次渡河后，对岸野人数目的变化。
当i为偶数时，dC,dY同时为非负数，表示船驶向对岸，i为奇数时，dC,dY同时为非正数，表示船驶回岸边。
初始状态为S0（0,0），目标状态为S0（3,3），用深度优先搜索的方法可寻找渡河方案。
在此，用图求法该问题，令横坐标为nY,纵坐标为nC，可行状态为空心点表示，每次可以在格子上，沿对角线移动一格，也可以沿坐标轴方向移动1格，或沿坐标轴方向移动2格。
第奇数次数状态转移，沿右方，上方，或右上方移动，第偶数次数状态转移，沿左方，下方，或左下方移动。
从（0,0）开始，依次沿箭头方向改变状态，经过11步之后，即可以到达目标状态（3,3），相应的渡河方案为：
d1（1,1）--d2（-1,0）--d3（0,2）--d4（0,-1）--d5（2,0）--d6（-1,-1）--d7（2,0）--d8（0,-1）--d9（0,2）--d10（-1,0）--d11（1,1）
2-3利用图2.3，用状态空间法规划一个最短的旅行路程：
此旅程从城市A开始，访问其他城市不多于一次，并返回A。
选择一个状态表示，表示出所求得的状态空间的节点及弧线，标出适当的代价，并指明图中从起始节点到目标节点的最佳路径。
2-4试说明怎样把一棵与或解树用来表达图2.28所示的电网络阻抗的计算。
单独的R、L或C可分别用R、jωL或1/jωC来计算，这个事实用作本原问题。
后继算符应以复合并联和串联阻抗的规则为基础。
图2.28
约定，用原来的与后继算法用来表达并联关系，用原来的或后继算法用来表达串联关系
2-5试用四元数列结构表示四圆盘梵塔问题，并画出求解该问题的与或图。
用四元数列（nA,nB,nC,nD）来表示状态，其中nA表示A盘落在第nA号柱子上，nB表示B盘落在第nB号柱子上，nC表示C盘落在第nC号柱子上，nD表示D盘落在第nD号柱子上。
初始状态为1111，目标状态为3333
如图所示，按从上往下的顺序，依次处理每一个叶结点，搬动圆盘，问题得解。
2-6把下列句子变换成子句形式：
（1）（
x）｛P（x）→P（x）｝
（2）
x
y（On（x,y）→Above（x,y））
（3）
x
y
z（Above（x,y）∧Above（y,z）→Above（x,z））
（4）～｛（
x）｛P（x）→｛（
y）［p（y）→p（f（x,y））］∧（
y）［Q（x,y）→P（y）］｝｝｝
（1）（ANYx）{P（x）P（x）}
（ANYx）{~P（x）ORP（x）}
~P（x）ORP（x）
最后子句为
~P（x）ORP（x）
（2）（ANYx）（ANYy）{On（x,y）Above（x,y）}
（ANYx）（ANYy）{~On（x,y）ORAbove（x,y）}
~On（x,y）ORAbove（x,y）
最后子句为
~On（x,y）ORAbove（x,y）
（3）（ANYx）（ANYy）（ANYz）{Above（x,y）ANDAbove（y,z）Above（x,z）}
（命题联结词之优先级如下:
否定→合取→析取→蕴涵→等价）
（ANYx）（ANYy）（ANYz）{~[Above（x,y）ANDAbove（y,z）]ORAbove（x,z）}
~[Above（x,y）ANDAbove（y,z）]ORAbove（x,z）
最后子句为
~[Above（x,y）,Above（y,z）]ORAbove（x,z）
（4）~{（ANYx）{P（x）{（ANYy）[p（y）p（f（x,y））]AND（ANYy）[Q（x,y）P（y）]}}}
~{（ANYx）{~P（x）OR{（ANYy）[~p（y）ORp（f（x,y））]AND（ANYy）[~Q（x,y）ORP（y）]}}}
（EXTx）{P（x）AND{（EXTx）[p（y）AND~p（f（x,y））]OR（EXTy）[Q（x,y）AND~P（y）]}}
（EXTx）{P（x）AND{（EXTw）[p（y）AND~p（f（w,y））]OR（EXTv）[Q（x,v）AND~P（v）]}}
P（A）AND{[p（y）AND~p（f（B,y））]OR[Q（A,C）AND~P（C）]}
P（A）AND{[p（y）AND~p（f（B,y））ORQ（A,C）]AND[p（y）AND~p（f（B,y））OR~P（C）]}
P（A）AND{{p（y）,~p（f（B,y））}ORQ（A,C）}AND{{p（y）,~p（f（B,y））}OR~P（C）}
最后子句为
P（A）
{p（x）,~p（f（B,x））}ORQ（A,C）
{p（y）,~p（f（B,y））}OR~P（C）
2-7用谓词演算公式表示下列英文句子（多用而不是省用不同谓词和项。
例如不要用单一的谓词字母来表示每个句子。
）
Acomputersystemisintelligentifitcanperformataskwhich,ifperformedbyahuman,requiresintelligence.
先定义基本的谓词
INTLT（x）meansxisintelligent
PERFORM（x,y）meansxcanperformy
REQUIRE（x）meansxrequiresintelligence
CMP（x）meansxisacomputersystem
HMN（x）meansxisahuman
上面的句子可以表达为
（任意x）
{（存在t）（存在y）[HMN（y）合取PERFORM（y,t）合取REQUIRE（t）合取CMP（x）合取PERFORM（x,t）]INTLT（x）}
2-8把下列语句表示成语义网络描述：
（1）Allmanaremortal.
（2）Everycloudhasasilverlining.
（3）AllbranchmanagersofDECparticipateinaprofit-sharingplan.
（1）
（2）
（3）
2-9作为一个电影观众，请你编写一个去电影院看电影的剧本。
（1）开场条件
（a）顾客想看电影
（b）顾客在足够的钱
（2）角色
顾客，售票员，检票员，放映员
（3）道具
钱，电影票
（4）场景
场景1购票
（a）顾客来到售票处
（b）售票员把票给顾客
（c）顾客把钱给售票员
（d）顾客走向电影院门
场景2检票
（a）顾客把电影票给检票员
（b）检票员检票
（c）检票员把电影票还给顾客
（d）顾客进入电影院
场景3等待
（a）顾客找到自己的座位
（b）顾客坐在自己座位一等待电影开始
场景4观看电影
（a）放映员播放电影
（b）顾客观看电影
场景5离开
（a）放映员结束电影放映
（b）顾客离开电影院
（5）结果
（a）顾客观看了电影
（b）顾客花了钱
（c）电影院赚了钱
2-10试构造一个描述你的寝室或办公室的框架系统。
第三章搜索推理技术
3-1什么是图搜索过程?
其中，重排OPEN表意味着什么，重排的原则是什么?
图搜索的一般过程如下：
（1）建立一个搜索图G（初始只含有起始节点S），把S放到未扩展节点表中（OPEN表）中。
（2）建立一个已扩展节点表（CLOSED表），其初始为空表。
（3）LOOP：
若OPEN表是空表，则失败退出。
（4）选择OPEN表上的第一个节点，把它从OPEN表移出并放进CLOSED表中。
称此节点为节点n，它是CLOSED表中节点的编号
（5）若n为一目标节点，则有解并成功退出。
此解是追踪图G中沿着指针从n到S这条路径而得到的（指针将在第7步中设置）
（6）扩展节点n，生成不是n的祖先的那些后继节点的集合M。
将M添入图G中。
（7）对那些未曾在G中出现过的（既未曾在OPEN表上或CLOSED表上出现过的）M成员设置一个通向n的指针，并将它们加进OPEN表。
对已经在OPEN或CLOSED表上的每个M成员，确定是否需要更改通到n的指针方向。
对已在CLOSED表上的每个M成员，确定是否需要更改图G中通向它的每个后裔节点的指针方向。
（8）按某一任意方式或按某个探试值，重排OPEN表。
（9）GOLOOP。
重排OPEN表意味着，在第（6）步中，将优先扩展哪个节点，不同的排序标准对应着不同的搜索策略。
重排的原则当视具体需求而定，不同的原则对应着不同的搜索策略，如果想尽快地找到一个解，则应当将最有可能达到目标节点的那些节点排在OPEN表的前面部分，如果想找到代价最小的解，则应当按代价从小到大的顺序重排OPEN表。
3-2试举例比较各种搜索方法的效率。
宽度优先搜索
（1）把起始节点放到OPEN表中（如果该起始节点为一目标节点，则求得一个解答）。
（2）如果OPEN是个空表，则没有解，失败退出；否则继续。
（3）把第一个节点（节点n）从OPEN表移出，并把它放入CLOSED扩展节点表中。
（4）扩展节点n。
如果没有后继节点，则转向上述第
（2）步。
（5）把n的所有后继节点放到OPEN表的末端，并提供从这些后继节点回到n的指针。
（6）如果n的任一个后继节点是个目标节点，则找到一个解答，成功退出；否则转向第
（2）步。
有界深度优先搜索
（1）把起始节点S放到未扩展节点OPEN表中。
如果此节点为一目标节点，则得到一个解。
（2）如果OPEN为一空表，则失败退出。
（3）把第一个节点（节点n）从OPEN表移到CLOSED表。
（4）如果节点n的深度等于最大深度，则转向
（2）。
（5）扩展节点n，产生其全部后裔，并把它们放入OPEN表的前头。
如果没有后裔，则转向
（2）。
（6）如果后继节点中有任一个为目标节点，则求得一个解，成功退出；否则，转向
（2）。
等代价搜索方法以g（i）的递增顺序扩展其节点，其算法如下：
（1）把起始节点S放到未扩展节点表OPEN中。
如果此起始节点为一目标节点，则求得一个解;否则令g（S）=0。
（2）如果OPEN是个空表，则没有解而失败退出。
（3）从OPEN表中选择一个节点i，使其g（i）为最小。
如果有几个节点都合格，那么就要选择一个目标节点作为节点i（要是有目标节点的话）；否则，就从中选一个作为节点i。
把节点i从OPEN表移至扩展节点表CLOSED中。
（4）如果节点i为目标节点，则求得一个解。
（5）扩展节点i。
如果没有后继节点，则转向第
（2）步。
（6）对于节点i的每个后继节点j，计算g（j）=g（i）+c（i,j），并把所有后继节点j放进OPEN表。
提供回到节点i的指针。
（7）转向第
（2）步。
3-3化为子句形有哪些步骤?
请结合例子说明之。
任一谓词演算公式可以化成一个子句集。
其变换过程由下列九个步骤组成：
（1）消去蕴涵符号
将蕴涵符号化为析取和否定符号
（2）减少否定符号的辖域
每个否定符号最多只用到一个谓词符号上，并反复应用狄·摩根定律
（3）对变量标准化
对哑元改名以保证每个量词有其自己唯一的哑元
（4）消去存在量词
引入Skolem函数，消去存在量词
如果要消去的存在量词不在任何一个全称量词的辖域内，那么我们就用不含变量的Skolem函数即常量。
（5）化为前束形
把所有全称量词移到公式的左边，并使每个量词的辖域包括这个量词后面公式的整个部分。
前束形=（前缀）（母式）
前缀=全称量词串
母式=无量词公式
（6）把母式化为合取范式
反复应用分配律，将母式写成许多合取项的合取的形式，而每一个合取项是一些谓词公式和（或）谓词公式的否定的析取
（7）消去全称量词
消去前缀，即消去明显出现的全称量词
（8）消去连词符号（合取）
用{合取项1,合取项2}替换明显出现的合取符号
（9）更换变量名称
更换变量符号的名称，使一个变量符号不出现在一个以上的子句中
3-4如何通过消解反演求取问题的答案?
给出一个公式集S和目标公式L，通过反证或反演来求证目标公式L，其证明步骤如下：
（1）否定L，得～L；
（2）把～L添加到S中去；
（3）把新产生的集合｛～L，S｝化成子句集；
（4）应用消解原理，力图推导出一个表示矛盾的空子句NIL。
3-5什么叫合适公式?
合适公式有哪些等价关系?
合式公式的递归定义为：
（1）原子谓词公式是合式公式
（2）若A为合式公式，则A的否定也是合式公式
（3）若A、B都是合式公式，则AANDB,AORB,AB,A>B也都是合式公式
（4）若A是合式公式，x为A中的自由变元，则（ANYx）A和（EXTx）A都是合式公式
（5）只有按规则
（1）~（4）求得的公式，才是合式公式
等价关系有：
否定之否定
蕴含与与或形式的等价
狄.摩根定律分配律交换律结合律逆否律
否定跨越量词全称量词同与或连词量词中的哑元
3-6用宽度优先搜索求图3.33所示迷宫的出路。
图3.33迷宫一例
第一步第二步第三步
SABBHHG
BCCF
最终路径为SABCF
3-7用有界深度优先搜索方法求解图3.34所示八数码难题。
2
8
1
2
3
1
6
3
8
4
7
5
4
7
6
5
SoSg
图3-34八数码难题
按顺时针方向（上、右、下、左）试探，尝试移动空格，将最大深度定为5
S0（So）S1
2
8
1
6
3
7
5
4
2
8
3
1
6
7
5
4
S2S3
2
8
3
1
6
4
7
5
2
8
3
1
6
4
7
5
S4S5
2
8
3
1
4
7
6
5
2
3
1
8
4
7
6
5
S6
2
3
1
8
4
7
6
5
2
3
1
8
4
7
6
5
S7S8（Sg）
1
2
3
8
4
7
6
5
1
2
3
8
4
7
6
5
3-8应用最新的方法来表达传教士和野人问题，编写一个计算机程序，以求得安全渡过全部6个人的解答。
提示：
在应用状态空间表示和搜索方法时，可用（Nm，Nc）来表示状态描述，其中Nm和Nc分别为传教士和野人的人数。
初始状态为（3，3），而可能的中间状态为（0，1），（0，2），（0，3），（1，1），（2，1），（2，2），（3，0），（3，1）和（3，2）等。
3-10一个机器人驾驶卡车，携带包裹（编号分别为＃1、＃2和＃3）分别投递到林（LIN）、吴（WU）和胡（HU）3家住宅处。
规定了某些简单的操作符，如表示驾驶方位的drive（x,y）和表示卸下包裹的unload（z）；对于每个操作符，都有一定的先决条件和结果。
试说明状态空间问题求解系统如何能够应用谓词演算求得一个操作符序列，该序列能够生成一个满足AT（#1，LIN）∧AT（#2，WU）∧AT（#3,HU）的目标状态。
初始状态可描述为：
AT（#1,~LIN）ANDAT（#2,~WU）ANDAT（#1,~HU）ANDAT（#1,CAR）ANDAT（#2,CAR）ANDAT（#3,CAR）
目标状态可描述为：
AT（#1,LIN）ANDAT（#2,WU）ANDAT（#1,HU）ANDAT（#1,~CAR）ANDAT（#2,~CAR）ANDAT（#3,~CAR）
对每个操作符都有一定的先决条件和结果，详细如下
drive（x,y）
先决条件：
AT（CAR,x）
结果：
AT（CAR,y）
unload（z）
先决条件：
AT（z,CAR）ANDAT（CAR,x）
结果：
AT（z,~CAR）ANDAT（z,x）
原问题就转换为寻找一个可将初始状态转换到目标状态的操作序列
如何求得该操作序列?
?
?
3-11规则演绎系统和产生式系统有哪几种推理方式?
各自的特点为何?
规则演绎系统的推理方式有正向推理、逆向推理和双向推理
项目
正向推理
逆向推理
推理方向
从if部分向then部分推理的过程，它是从事实或状况向目标或动作进行操作的
从then部分向if部分推理的过程，它是从目标或动作向事实或状况进行操作的
目标表达式
文字的析取
任意形式
事实表达式
任意形式
文字的合取
双向推理组合了正
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