1、作业参考答案2作业参考答案(2)第1章1.1 何谓人工智能?人类智能主要包括那些能力?1.2 知识工程是在什么背景下提出的?知识工程对人工智能的发展有何重要作用?1.4 人工智能有哪几个主要学派?各学派的基本理论框架和研究方法有何不同?1.6 人工智能主要的研究应用领域有哪些?第2章2.4 请用相应的谓词公式表示下述语句: 有的人喜欢足球,有的人喜欢排球,有的人既喜欢足球又喜欢排球。MAN(x): x是人 LIKE(x,y): x喜欢y(x) (MAN(x)LIKE(x, Football) (x) (MAN(x)LIKE(x, Volleytball) (x) (MAN(x)LIKE(x,
2、Football)LIKE(x, Volleytball) 不是每一个人都喜欢游泳。MAN(x): x是人 LIKE(x,y): x喜欢y (x) (MAN(x)LIKE(x, Swimming) 或者 (x) (MAN(x)LIKE(x, Swimming) 如果没有利息,那么就没有人去储蓄钱。 S(x, y): x储蓄 y M(y): y是钱 I (x): x是利息 MAN(x): x是人(x) I (x)(x)(y)(MAN(x)M(y) S(x, y) 对于所有的x和y,如果x是y的父亲,y是z的父亲,那么x是z的祖父。 FATHER(x,y): x是y的父亲 GRANDPA(x,y)
3、: x是y的祖父 (x)(y)( FATHER(x,y)(z) FATHER(y,z)GRANDPA(x,z) 对于所有的x和y , 若x是y的孩子,那么y是x的父母。 CHILDE(x,y) : x是y的孩子 PARENT(x,y): x是y的父母 (x)(y)( CHILDE(x,y)PARENT(y,x) 登高望远。 CLIMBHIGH(x): x登的高 SEEFAR(x): x望的远 (x)(CLIMBHIGH(x)SEEFAR(x) 响鼓不用重锤。 P(x): x是鼓 M(x): x是响的 Q(x, y): x使用y N (y): y是锤子 H(y):是重的 (x)(y) ( P(x
4、)M(x) Q (x, y)N (y)H(y) 如果ba0 和cd0 ,则有 (b *(a+c) / d)b 。 GREATER(x,y): x大于y f(x): b*(a+c)/d (GREATER(b, a)GREATER(a,0)GREATER(b,0)GREATER(c,d)GREATER(c,0)GREATER(d,0)GREATER(f(x),b)2.10 有下述猴子摘香蕉问题:在一个房间的地板上有一只猴子和一个箱子,天花板下挂有一串香蕉,猴子的水平位置为a,箱子的水平位置为b,香蕉的水平位置为c,猴子只有爬到箱子上才能摘到香蕉。猴子被允许有以下4种行为:在地板上行走:在地板上推动
5、箱子:爬到箱子上:摘香蕉。为了规划处猴子摘香蕉的方案,请把猴子的4种行为表示为4条产生式规则。解:R1: if 猴子离开a, then 猴子在地板上行走 R2: if 猴子离开a and 箱子离开b, then 猴子推动箱子 R3: if 猴子位置在箱子上, then 猴子爬到箱子上 R4: if 猴子到达c, then 猴子摘香蕉用四元组P(x,y,z,w)来表示某一时刻猴子,香蕉,箱子的状态x表示猴子的水平位置 y表示箱子的水平位置z:z=0时,表示猴子在箱子上面;z=1时,猴子不在箱子上面w:w=0时,表示猴子没有拿到香蕉;w=1时,猴子拿到香蕉Move(m):表示猴子在地板上行走Pus
6、h(m):表示猴子推动箱子Stand(m):表示猴子爬到箱子上Pick(m):表示猴子摘香蕉P(b,b,1,0) move(m)P(c,c,1,0) push(m)P(c,c,0,0) stand(m)P(c,c,0,1) pick(m)2.11 有下述传教士与野人问题:有3名传教士和3名野人来到一条河的左岸,欲乘一条船渡河到右岸,该船的最大负载能力为2人,传教士与野人均可撑船。在任何时候,不论是在右岸还是左岸,如果野人人数超过传教士人数,那么,野人就会吃掉传教士。为了规划出一个渡河方案,把6个人都安全地渡过河去,请用产生式表示法表示求解该问题的所有规划。解:(1) 综合数据库: 用三元组表示
7、, 即:(ML, CL, BL), 其中0ML , CL3, BL0, 1 其中M、C分别代表某一岸上传教士与野人的数目, B=1表示船在这一岸, B=0则表示船不在。 此时问题述简化为:(3, 3, 1) (0, 0, 0)。对于N3的MC问题,状态空间的总数为44232,根据约束条件的要求,可以看出只有20个合法状态。再进一步分析后,又发现有4个合法状态实际上是不可能达到的。因此实际的问题空间仅有16种状态可符合要求,其它的状态不符合要求。下表列出分析的结果:(ML,CL,BL)(ML,CL,BL)(0 0 1)达不到(0 0 0)(0 1 1)(0 1 0)(0 2 1)(0 2 0)(
8、0 3 1)(0 3 0 ) 达不到(1 0 1)不合法(1 0 0)不合法(1 1 1)(1 1 0)(1 2 1) 不合法(1 2 0) 不合法(1 3 1) 不合法(1 3 0) 不合法(2 0 1) 不合法(2 0 0) 不合法(2 1 1) 不合法(2 1 0) 不合法(2 2 1)(2 2 0)(2 3 1) 不合法(2 3 0 ) 不合法(3 0 1) 达不到(3 0 0)(3 1 1)(3 1 0)(3 2 1)(3 2 0)(3 3 1)(3 3 0) 达不到 (2) 规则集合: 由摆渡操作组成。该问题主要有两种操作: pmc操作(规定为从左岸划向右岸)和qmc操作(从右岸划
9、向左岸)。每次摆渡操作, 船上人数有五种组合, 因而组成有10条规则的集合。下面定义的规则前5条为pmc操作(从左岸划向右岸), 后5条为 qmc操作(从右岸划向左岸)。R1: if (ML, CL, BL=1) then (ML-1, CL, BL-1); (p10操作) R2: if (ML, CL, BL=1) then (ML, CL-1, BL-1); (p01操作) R3: if (ML, CL, BL=1) then (ML-1, CL-1, BL-1); (p11操作) R4: if (ML, CL, BL=1) then (ML-2, CL, BL-1); (p20操作) R
10、5: if (ML, CL, BL=1) then (ML, CL-2, BL-1); (p02操作) R6: if (ML, CL, BL=0) then (ML+1, CL, BL+1); (q10操作) R7: if (ML, CL, BL=0) then (ML, CL+1, BL+1); (q01操作) R8: if (ML, CL, BL=0) then (ML+1, CL+1, BL+1); (q11操作) R9: if (ML, CL, BL=0) then (ML+2, CL, BL+1); (q20操作) R10: if (ML, CL, BL=0) then (ML, C
11、L+2, BL+1); (q02操作) (3) 初始和目标状态: 即 (3, 3, 1)和(0, 0, 0)。建立了产生式系统描述之后, 就可以通过控制策略, 对状态空间进行搜索, 求得一个摆渡操作序列, 使其实现目标状态。 状态空间图是一个有向图, 其节点可表示问题的各种状态(综合数据库), 节点之间的弧线代表一些操作(产生式规则), 它们可把一种状态导向另一种状态。这样建立起来的状态空间图,描述了问题所有可能出现的状态及状态和操作之间的关系, 因而可以较直观地看出问题的解路径及性质。实际上只有问题空间规模较小的问题才可能作出状态空间图。 由于每个摆渡操作都有对应的逆操作, 即pmc对应qm
12、c, 所以该图也可表示成具有双向弧的形式。 从状态空间图看出解序列相当之多, 但最短解序列只有4个, 例如: (p11、q10、p02、q01、p20、q11、p20、q01、p02、q01、p02)、 (p11、q10、p02、q01、p02、q11、p20、q01、p02、q10、p11)、 (p02、q01、p02、q01、p20、q11、p20、q01、p02、q01、p02)、 (p02、q01、p02、q01、p20、q11、p20、q01、p02、q10、p11), 均由11次摆渡操作构成。若给定其中任意两个状态分别作为初始和目标状态, 就立即可找出对应的解序列来。在一般情况下,
13、 求解过程就是对状态空间搜索出一条解路径的过程。 以上这个例子说明了建立产生式系统描述的过程, 这也就是所谓问题的表示。对问题表示的好坏, 往往对求解过程的效率有很大影响。一种较好的表示法会简化状态空间和规则集表示。 其中的一条解路径为:(3 3 1)(3 1 0) (3 2 1) (3 0 0) (3 1 1) (1 1 0) (2 2 1) (0 2 0) (0 3 1) (0 1 0) (0 2 1) (0 0 0) 用语句叙述的解路径(即过河方案)如下:(1) 初始状态: 3个传教士、3个野人和船均在左岸; (2) 2个野人由左岸过河到右岸; (3) 1个野人划船返回左岸; (4) 2
14、个野人(包括返回的那个)由左岸过河到右岸; (5) 1个野人划船返回左岸; (6) 2个传教士由左岸过河到右岸; (7) 1个传教士和一个野人返回左岸; (8) 两个传教士(包括返回的那个)由左岸过河到右岸; (9) 1个野人返回左岸; (10) 2个野人由左岸过河到右岸; (11) 1野人返回左岸; (12) 2个野人由左岸过河到右岸, 至此, 传教士与野人全部过河, 此时3个传教士、3个野人和船全在右岸。2.13 何谓框架知识表示?给出框架的一般表示形式。2.16 建立一个“学生”框架网络,其中,至少有“学生基本情况”、“学生课程学习情况”和“学生奖惩情况”三个框架描述。(略) 参照P31
15、 例题2.62.17(1)与会者有男、有女,有的年老、有的年轻。 (2)李明是图灵电脑公司的经理,他住在江滨路102号,今年38岁。 (3)大门前的这棵树从春天到秋天都开花。 (4) 计算机系的每个学生都学习“人工智能原理” ,它是计算机专业的一门主干课程。说明:GS是一个概念结点,它代表具有全程量化的一般事件。g是一个实例结点,代表GS中的一个具体例子。S是一个全称变量,表示任意一个学生。l是一个存在变量,代表某一次学习。 s, l之间的联系构成了一个子空间。 2.19 简述语义网络系统求解问题的基本过程。2.25 简述面向对象表示的主要特点。 1. 封装性 2. 模块性 3. 继承性 4.
16、 易维护性第3章3.2 正向推理流程图:3.3 反向推理流程图:3.10(2)FP(f(x),b),P(y,z)解:令0=,F0=F,因F0中含有两个表达式,所以0不是最一般合一。差异集D0=f(x),y。1 =0f(x)/y=f(x)/y。 F1F0f(x)/yP(f(x),b),P(f(x),z)。差异集D1=b,z。2 =1b/z=f(x)/y, b/z。 F2F1 b/z P(f(x), b)。因为F2中只含有一个表达式,所以2=f(x)/y, b/z就是最一般合一;即最一般合一为 f(x)/y, b/z 。(4)F=P(f (y), y, x), P(x,f (a),f (b) 解:
17、令0=,F0=F,因F0中含有两个表达式,所以0不是最一般合一。差异集D0=f(y),x1 =0f(y)/x=f(y)/x F1F0f(y)/xP(f(y),y,f(y),P(f(y),f(a),f(b)。差异集D1=y,f(a)。2 =1f(a)/y =f(y)/x, f(a)/ y 。 F2F1 f(a)/y P(f(f(a), f(a), f(f(a) ,P(f(f(a), f(a),f(b)。差异集D2=f(f(a) ,f(b)。3 =2f(a)/b=f(y)/x, y/ f(a) , f(a)/b。 F3F2 f(a)/ b P(f(f(a), f(a),f(f(a)。因为F3中只含
18、有一个表达式,所以3=f(y)/x, f(a) / y, f(a)/b就是最一般合一,即最一般合一为f(y)/x , f(a)/y , f(a)/b。3.11 (2)( x) (y)(P(x,y) Q(x,y) 应用等价关系得: ( x) (y)( P(x,y) Q(x,y)消去全称量词得:P(x,y) Q(x,y)(4) ( x) (y) ( z)( (P(x,y) Q(x,y)R(x,z) 应用等价关系得:( x) (y) ( z) ( P(x,y) (Q(x,y) R(x,z) ) 消去存在量词得:( x) (y) ( P(x,y) (Q(x,y) R(x, f(x,y)消去全称量词得:
19、P(x,y) (Q(x,y) R(x,f(x,y) 3.14解:(1)首先定义谓词:P(x): 表示x被公司录用(2)把已知前提及待求解的问题表示成谓词公式:F1:( x)P(x):三人中至少录用一人F2:(P(A)P(B) P(C): 如果录用A而不录用B,则一定录用CF3: P(B)P(C):如果录用B,则一定录用CG:P(C)(3)将F1、F2、F3化为子句集:P(z) P(A)P(B)P(C) P(B)P(C) P(C)(4)应用归结原理进行归结:P(B)P(C) :由与归结AzP(C ) :由与归结 NIL :由与归结所以G是F1、F2、F3的逻辑结论,即公司一定录用C。3.19解:
20、(1)首先定义谓词:R(x): 表示x作案(2)把已知前提及待求解的问题表示成谓词公式:F1:R(Z)R(Q):赵与钱至少有一人作案F2:R(Q)R(S):钱与孙至少一人作案F3:R(S)R(L):孙与李至少一人作案F4:R(Z)R(S):赵与孙中至少有一人与此案无关F5:R(Q)R(L):钱与李中至少有一人与此案无关 G: ( x)R(x) ANSWER(x):目标否定(3)将上述公式化为子句集:R(Z)R(Q)R(Q)R(S)R(S)R(L)R(Z)R(S)R(Q)R(L)R(u)ANSWER(u)(4)对上述公式进行归结:R(Q)R(S) 归结R(Q)归结R(S) R(Q)归结R(S)
21、归结ANSWER(S) 归结 S/uANSWER(Q) 归结 Q/z至此,可以得出结论盗窃犯是孙和钱。3.20解:(1)首先定义谓词:EASY(x):表示X是较容易的课程。 LIKE(x,y):表示X是Y喜欢的课程。 SUB(x,y):表示X是Y系的一门课程。(2)把已知前提及待求解的问题表示成谓词公式:F1:( x) (EASY(x)LIKE(Li,x) F2: EASY(Engineer)F3: ( x) (SUB(x,PR)EASY(x)F4: SUB(PR150,PR) G: ( x) LIKE(Li,x)ANSWER(z)(3)将上述公式化为子句集: EASY(x)LIKE(Li,x
22、) EASY(Engineer) SUB(x,PR)EASY(x)SUB(PR150,PR) LIKE(Li,z)ANSWER(z)(4)对上述公式进行归结: SUB(x,PR)LIKE(Li,x) 归结 LIKE(Li, PR150) 归结 PR150/xANSWER(PR150) 归结 PR150/z至此,可以得出结论小李喜欢PR150这门课程。第4章4.14解:评价函数f(x)= d(x) + h(x) 其中: h(x)为节点x的状态Sx与目标节点状态Sg的棋局不相同的棋子数。d(x)为节点x的深度。规定规则为空格移动(走步规则), 规则选取顺序为: 左()、上()、右()、下()。控制
23、策略为: 选取评价函数值最小者进行扩展(往下搜索)。则其搜索的状态空间图如下: 则路径为:S(4) B(4) E(5) I(5) K(5) L(5)4.12 应用宽度优先搜索求解重排九宫问题。问题的初始状态S0和目标状态Sg分别为: 解:解的路径是:S0空格上移空格上移空格上移空格上移空格上移Sg4.13应用有界深度优先搜索求解重排九宫问题。设搜索深度界限d m=5. 问题的初始状态S0和目标状态Sg分别为: 4.19解:(1)深度优先搜索:A C D E B A ,代价为34。(2)代价树宽度优先搜索:(略)4.20解:西安北京 上海 昆明 广州,代价为3754.22 设有下列农夫过河问题:
24、农夫、狐狸、山羊和白菜都在一条河的左岸,只有农夫可撑船,要将狐狸、山羊和白菜都渡河到右岸去。但是,农夫每次撑船过河时,船上至多只能载狐狸、或者载山羊、或者载白菜。若农夫不在时,则狐狸会吃掉山羊、山羊会吃掉白菜。请选择状态空间方法中的一个合适的搜索方法规划出一个渡河方案,使农夫能把狐狸、山羊和白菜都带过河去。画出搜索树,并给出问题的解。 提示: 用4元组S=(f, x, g, c)表示状态,其中变元f, x, g, c分别表示农夫、狐狸、山羊和白菜在状态S下所在的河岸。若其值为0,则表示在左岸;若其值为1,则表示在右岸。4.24解:(1)按和代价法:h(B)=7;h(C)=3;h(A)=21 解
25、树为:(2)按最大代价法:h(B)=5;h(C)=2;h(A)=10解树为:4.27(1)计算各节点的倒推值(红色标识)(2)进行剪枝剪枝的一般规律:1)任何“或”节点x的值如果不能降低其父节点的值,则对节点x以下的分枝可停止搜索,并使x的倒推值为 。这种剪枝称为剪枝。 2)任何“与”节点x的值如果不能升高其父节点的值,则对节点x以下的分枝可停止搜索,并使x的倒推值为 。这种剪枝称为剪枝。 第5章 5.7 用LISP的结构迭代方式定义一个计算mn的函数expt(m,n),其中m和n都是自然数。解: ( defun expt (m , n) ( do ( i 0 ( 1+ i ) ) ( res
26、ult 1 ) ( ( i n ) result ) ( setq result ( * m result ) ) ) 5.10 根据5.3.2节给出的正向推理机deduce有关函数的功能定义,用C语言改写有关函数,编制正向推理机的C语言程序。解: 需要改写的函数有: 函数recall、函数test-if、 函数remember、 函数use-then、 函数try-rule、 函数step-forward ; 根据正向推理机函数deduce的定义编制正向推理机的C语言程序。5.11根据5.3.2节给出的反向推理机diagnose有关函数的功能定义,用C语言改写有关函数,编制正反推理机的C语言
27、程序。解: 需要改写的函数有: 函数thenp、函数inthen、 函数test-if+、函数try-rule+、 函数verify ; 根据反向推理机函数diagnose的定义编制反向推理机的C语言程序。5.16解:(1)已知F15, F7, F2为真时,可以推出H4为真。解树为:(2)已知F15, F7, F8为真时,不可以推出H4为真。5.24 如何检测和处理规则库中的冗余规则链?5.25如何检测和处理规则库中的循环规则链?5.26 何谓知识求精?简述实现知识求精的一般方法。5.32 何谓协同式专家系统?简述协同式专家系统的几种协同方法。第6章6.2 何谓推理的不确定性?请简述不确定性推
28、理的不确定性测试的三种基本计算模式。6.5解:由题目给出的四条规则,可画出题目的推理与/或图为:(1)a,b同时出现时,中间结论C成立的不确定性测度:(2)计算c成立时,中间结论d成立的不确定性测度P(dc)为:计算c不成立时,中间结论d成立的不确定性测度为:(3)由顺序法则计算a、b同时出现时,中间结论d成立的不确定性测度P(dab)为:(4)计算d成立时,结论f成立的不确定性测度为P(fd) :计算d不成立时,结论f成立的不确定性测度为:(5)由顺序法则计算a、b同时出现时,结论f成立的不确定性测度为P(fab) : 则(6)计算e出现时,结论f成立的不确定性测度P(fe)为:(7)由并行法则计算a、b、e同时出现时,结论f成立的不确定性测度P(fabe) 。其中,由 规则链传递不确定性的修正因子 为:又因为结论f成立的几率为:故而可得a、b、e同时出现时,结论f成立的几率为:由几率与概率关系式 ,由此可得a、b、c同时出现时,结论f成立的不确定性测度为:6.6解:由题目可画出推理与/或树图。(1)因为, 得:(2)求CF1(h)(3)由于CF23 (h)0 ,
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