人工智能課程習(xí)題與部分解答(共24頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上人工智能課程習(xí)題與部分解答第1章 緒論1.1 什么是人工智能? 它的研究目標(biāo)是什么?1.2 什么是圖靈測(cè)試?簡(jiǎn)述圖靈測(cè)試的基本過(guò)程及其重要特征.1.3 在人工智能的發(fā)展過(guò)程中，有哪些思想和思潮起了重要作用？1.5 在人工智能的發(fā)展過(guò)程中，有哪些思想和思潮起了重要作用？1.7 人工智能的主要研究和應(yīng)用領(lǐng)域是什么？其中，哪些是新的研究熱點(diǎn)？第2章 知識(shí)表示方法2.1 什么是知識(shí)？分類(lèi)情況如何？2.2 什么是知識(shí)表示？不同的知識(shí)表示方法各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?2.4 人工智能對(duì)知識(shí)表示有什么要求?2.5 用謂詞公式表示下列規(guī)則性知識(shí)：自然數(shù)都是大于零的整數(shù)。任何人都會(huì)死的。解 定義

2、謂詞如下: N(x): “x是自然數(shù)”, I(x): “x是整數(shù)”, L(x): “x大于0”, D(x): “x會(huì)死的”, M(x): “x是人”,則上述知識(shí)可用謂詞分別表示為: 2.6 用謂詞公式表示下列事實(shí)性知識(shí)：小明是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生，但他不喜歡編程。李曉新比他父親長(zhǎng)得高。2.8 產(chǎn)生式系統(tǒng)由哪幾個(gè)部分組成? 它們各自的作用是什么?2.9 可以從哪些角度對(duì)產(chǎn)生式系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)? 闡述各類(lèi)產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)。2.10簡(jiǎn)述產(chǎn)生式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2.11 簡(jiǎn)述框架表示的基本構(gòu)成，并給出框架的一般結(jié)構(gòu)2.12框架表示法有什么特點(diǎn)？2.13試構(gòu)造一個(gè)描述你的臥室的框架系統(tǒng)。2.14 試描述一個(gè)具體的大學(xué)

3、教師的框架系統(tǒng)。解 一個(gè)具體大學(xué)教師的框架系統(tǒng)為：框架名：<教師-1> 類(lèi)屬：<大學(xué)教師> 姓名：張宇 性別：男 年齡：32 職業(yè)：<教師> 職稱(chēng)：副教授 部門(mén)：計(jì)算機(jī)系 研究方向：計(jì)算機(jī)軟件與理論 工作：參加時(shí)間：2000年7月 工齡：當(dāng)前年份-2000工資：<工資單>2.16把下列命題用一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示出來(lái) (1)樹(shù)和草都是植物； (2)樹(shù)和草都是有根有葉的； (3)水草是草，且生長(zhǎng)在水中；(4)果樹(shù)是樹(shù)，且會(huì)結(jié)果；(5)蘋(píng)果樹(shù)是果樹(shù)的一種，它結(jié)蘋(píng)果。解植物 AKOAKOHAVEHAVE有根有葉草樹(shù)AKOAKO水草果樹(shù)AKOLocate at

4、蘋(píng)果樹(shù)水HAVE蘋(píng)果2.17在基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理系統(tǒng)中，一般有幾種推理方法，簡(jiǎn)述它們的推理過(guò)程。2.18 簡(jiǎn)述語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系。2.19 用一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示：“我的汽車(chē)是棕黃色的”“李華的汽車(chē)是綠色的”解 參考課件。2.10 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和框架方法表示下列知識(shí)：John gives a book to Mary解 參考課件。第3章 搜索推理技術(shù)3.1 在人工智能中，搜索問(wèn)題一般包括哪兩個(gè)重要問(wèn)題?3.2 簡(jiǎn)述搜索策略的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。3.3 比較盲目搜索中各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。試用寬度優(yōu)先搜索策略，畫(huà)出搜索樹(shù)、找出最優(yōu)搜索路線(xiàn)。解 （1）搜索樹(shù)參考課件。（2）最優(yōu)搜索路線(xiàn)：S0S1S5S10.3.

5、5 對(duì)于八數(shù)碼問(wèn)題，設(shè)初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)如圖3.2所示：S1=283Sg=1231648475765圖 3.2 八數(shù)碼問(wèn)題試給出深度優(yōu)先（深度限制為5）和寬度優(yōu)先狀態(tài)圖。解(1) 深度優(yōu)先（深度限制為5）狀態(tài)圖為(2)寬度優(yōu)先狀態(tài)圖為3.6 什么是啟發(fā)式搜索? 其中什么是評(píng)估函數(shù)? 其主要作用是什么?3.7 最好優(yōu)先的基本思想是什么? 有什么優(yōu)缺點(diǎn)?3.8 對(duì)于八數(shù)碼問(wèn)題，設(shè)初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)如圖3.2所示。設(shè)d (x)表示節(jié)點(diǎn)x在搜索樹(shù)中的深度，評(píng)估函數(shù)為f (x)=d (x)+w(x)，其中w(x)為啟發(fā)式函數(shù)。試按下列要求給出八數(shù)碼問(wèn)題的搜索圖，并說(shuō)明滿(mǎn)是一種A*算法，找出對(duì)應(yīng)的最優(yōu)搜索

6、路徑。（1）w (x)=h(x)表示節(jié)點(diǎn)x中不在目標(biāo)狀態(tài)中相應(yīng)位置的數(shù)碼個(gè)數(shù)；（2）w (x)=p(x)表示節(jié)點(diǎn)x的每一數(shù)碼與其目標(biāo)位置之間的距離總和。 （3）w (x)=0，情況又如何？ 解 (1) 8數(shù)碼的搜索過(guò)程如圖所示：在上面確定h(x)時(shí)，盡管并不知道h*(x)具體為多少，但當(dāng)采用單位代價(jià)時(shí)，通過(guò)對(duì)不在目標(biāo)狀態(tài)中相應(yīng)位置的數(shù)碼個(gè)數(shù)的估計(jì)，可以得出至少需要移動(dòng)h(x)步才能夠到達(dá)目標(biāo)，顯然h(x)h*(x)。因此它滿(mǎn)足A*算法的要求。最優(yōu)搜索路徑: 如圖粗線(xiàn)所示。(2) 此時(shí)8數(shù)碼搜索圖可表示為：這時(shí)，顯然有h(x)p(x)h*(n)，相應(yīng)的搜索過(guò)程也是A*算法。然而，p(x)比h(n

7、)有更強(qiáng)的啟發(fā)式信息，由w(x)=p(x)構(gòu)造的啟發(fā)式搜索樹(shù)，比w(x)=h(x)構(gòu)造的啟發(fā)式搜索樹(shù)節(jié)點(diǎn)數(shù)要少。（3）若w(x)=0，該問(wèn)題就變?yōu)閷挾葍?yōu)先搜索問(wèn)題。3.9 如圖3.3所示，是5個(gè)城市之間的交通路線(xiàn)圖，A城市是出發(fā)地，E城市是目的地，兩城市之間的交通費(fèi)用（代價(jià)）如圖中的數(shù)字，求從A到E的最小費(fèi)用交通路線(xiàn)。35ACDEB3424 圖3.3 旅行交通圖本題是考察代價(jià)樹(shù)搜索的基本概念，了解這種搜索方法與深度優(yōu)先和寬度優(yōu)先的不同。首先將旅行交通圖轉(zhuǎn)換為代價(jià)樹(shù)如圖3.4所示。圖3.4 交通圖的代價(jià)樹(shù)(1) 如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成為某各節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，則它就不能再作為該節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)。例如節(jié)點(diǎn)B

8、相鄰的節(jié)點(diǎn)有A和D，但由于在代價(jià)樹(shù)中，A已經(jīng)作為B的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)，則它就不再作為B的后繼節(jié)點(diǎn)。(2) 除了初始節(jié)點(diǎn)A外，其它節(jié)點(diǎn)都有可能在代價(jià)樹(shù)中多次出現(xiàn)，為了區(qū)分它們的多次出現(xiàn)，分別用下標(biāo)1、2、3標(biāo)出，但它們都是圖中同一節(jié)點(diǎn)。例如C1和C2都代表圖中節(jié)點(diǎn)C。對(duì)上面所示的代價(jià)樹(shù)做寬度優(yōu)先搜索，可得到最優(yōu)解為：AC1D1E2代價(jià)為8。由此可見(jiàn)，從A城市到E城市的最小費(fèi)用路線(xiàn)為：ACDE如果采用代價(jià)樹(shù)的深度優(yōu)先搜索，也會(huì)得到同樣的結(jié)果：ACDE但注意：這只是一種巧合，一般情況下，這兩種方法得到的結(jié)果不一定相同。再者，代價(jià)樹(shù)的深度優(yōu)先搜索可能進(jìn)入無(wú)窮分支路徑，因此也是不完備的。3.10 對(duì)于圖3.

9、4所示的狀態(tài)空間圖，假設(shè)U是目標(biāo)狀態(tài)，試給出寬度優(yōu)先搜索與深度優(yōu)搜索的OPEN表和CLOSED表的變化情況。圖3.5 狀態(tài)空間圖解 寬度優(yōu)先搜索的OPEN表和CLOSED表的變化情況：1. OPEN=A; CLOSED= 2. OPEN=B,C,D; CLOSED=A3. OPEN=C,D,E,F; CLOSED=B,A4. OPEN=D,E,F,G,H; CLOSED=C,B, A5. OPEN=E,F,G,H,I,J; CLOSED=D,C,B, A6. OPEN=F,G,H,I,J,K,L; CLOSED=E,D,C,B,A7. OPEN=G,H,I,J,K,L,M（由于L已在OPEN中

10、）; CLOSED=F,E,D,C,B,A8. OPEN=H,I,J,K,L,M,N; CLOSED=G,F,E,D,C,B,A9. 以此類(lèi)推，直到找到了U或OPEN= 。深度優(yōu)先搜索的OPEN表和CLOSED表的變化情況：1. OPEN=A; CLOSED= 2. OPEN=B,C,D; CLOSED=A3. OPEN=E,F,C,D; CLOSED=B,A4. OPEN=K,L,F,C,D; CLOSED=E,B, A5. OPEN=S,L,F,C,D; CLOSED=K,E,B, A6. OPEN=L,F,C,D; CLOSED=S,K,E,B,A7. OPEN=T,F,C,D; CLO

11、SED=L,S,K,E,B,A8. OPEN=F,C,D; CLOSED=T,L,S,K,E,B,A9. OPEN=M,C,D（由于L已經(jīng)在CLOSED中; CLOSED=F,T,L,S,K,E,B,A10. OPEN=C,D; CLOSED=M,F,T,L,S,K,E,B,A11. OPEN=G,H,D; CLOSED=C,M,F,T,L,S,K,E,B,A12. 以此類(lèi)推，直到找到了U或OPEN= 。第4章 自動(dòng)推理4.1什么是推理的控制策略？有哪幾種主要的推理驅(qū)動(dòng)模式？4.2自然演繹推理的基本概念與基本的推理規(guī)則。4.3 什么是合取范式? 什么是析取范式? 什么是Skolem標(biāo)準(zhǔn)化? 如

12、何將一個(gè)公式化為這些形式?4.4 將下列公式化為Skolem標(biāo)準(zhǔn)型:解 在公式中，的前面沒(méi)有全稱(chēng)量詞，的前面有全稱(chēng)量詞和, 在的前面有全稱(chēng)量詞,和。所以，在中，用常數(shù)a代替x, 用二元函數(shù)f(y,z)代替u, 用三元函數(shù)g(y,z,v)代替w,去掉前綴中的所有存在量詞之后得出Skolem標(biāo)準(zhǔn)型：4.5化為子句形有哪些步驟?解(1)利用等價(jià)謂詞關(guān)系消去謂詞公式中的蘊(yùn)涵符“ ”和雙條件符“ ”。(2)利用等價(jià)關(guān)系把否定符號(hào)“”移到緊靠謂詞的位置上。(3)重新命名變?cè)共煌吭~約束的變?cè)胁煌拿帧?4)消去存在量詞。(5)將公式化為前束形。(6)把公式化為Skolem標(biāo)準(zhǔn)形。(7)消去全稱(chēng)量

13、詞。(8)消去合取詞。(9)對(duì)變?cè)共煌泳渲械淖冊(cè)煌?.6將下列謂詞公式化為子句集:(1) (x)P(x)Q(x)(y)S(x,y)Q(x)(x)P(x)B(x)(2)解 (1) 轉(zhuǎn)換過(guò)程遵照下列9個(gè)步驟依此為:A. 消去蘊(yùn)涵符符號(hào)：B.減少否定符號(hào)的轄域：C. 變量標(biāo)準(zhǔn)化：D. 消去存在量詞：E. 化為前束型：F. 把母式化為合取范式：G. 消去全稱(chēng)量詞：H. 消去合取詞：I. 子句變量標(biāo)準(zhǔn)化后, 最終的子句集為：(2) 參見(jiàn)課本P122A. 消去蘊(yùn)涵符符號(hào)：B. 減少否定符號(hào)的轄域:C. 變量標(biāo)準(zhǔn)化:D. 消去存在量詞:E. 化為前束型:F. 把母式化為合取范式:G. 消去全

14、稱(chēng)量詞:H. 消去合取詞:I. 更改變量名:4.7 把下面的表達(dá)式轉(zhuǎn)化成子句形式 （1） （2）（3）解(1) 則子句集為 (2) 則子句集為 (3) 則子句集為4.10 求證G是F1和F2的邏輯結(jié)論。 證明 首先將和化為子句集：F1： 所以F2： 所以 所以下面進(jìn)行歸結(jié)： R(b) Q(b) L(a,b) 和 和 和 Nil 和所以，G是F1,F2的邏輯結(jié)論。4.11 已知前提為F：要求證明結(jié)論G:4.12利用歸結(jié)原理證明：“有些患者喜歡任一醫(yī)生。沒(méi)有任一患者喜歡任一庸醫(yī)。所以沒(méi)有庸醫(yī)的醫(yī)生”。解 定義謂詞為: P(x): “x是患者”, D(x): “x是醫(yī)生”, Q(x): “x是庸醫(yī)”

15、, L(x,y): “x喜歡y”, 則前提與結(jié)論可以符號(hào)化為:A1: A2: G: 目前是證明G是A1和A2的邏輯結(jié)論, 即證明是不可滿(mǎn)足的. 首先, 求出子句集合:A1: A2: : 因此的子句集合S為:歸結(jié)證明S是不可滿(mǎn)足的: S (2)(4) (1)(3) (5)(7)(9) Nil (6)(8)4.14已知：能閱讀的都是有文化的； 海豚是沒(méi)有文化的； 某些海豚是有智能的；用歸結(jié)反演法證明：某些有智能的并不能閱讀。證明 首先定義謂詞:R(x): x能閱讀, L(x): x有文化D(x): x是海豚, I(x): x有智能將前提形式化地表示為: A1: A2: A3: 將結(jié)論形式化地表示為

16、: G: 即要證明為真. 即證明是不可滿(mǎn)足的. 把它化為子句集為:現(xiàn)在用歸結(jié)證明S是不可滿(mǎn)足的: S (4)(5) (1)(6) (2)(7) (9) Nil (3)(8)4.15某人被盜，公安局派出所派出5個(gè)偵察員去調(diào)查。研究案情時(shí): 偵察員A說(shuō)：“趙與錢(qián)中至少有一人作案”； 偵察員B說(shuō)：“錢(qián)與孫中至少有一人作案”； 偵察員C說(shuō)：“孫與李中至少有一人作案”； 偵察員D說(shuō)：“趙與孫中至少有一人與此案無(wú)關(guān)”； 偵察員E說(shuō)：“錢(qián)與李中至少有一人與此案無(wú)關(guān)”。如果這5個(gè)偵察員的話(huà)都是可信的，試問(wèn)誰(shuí)是盜竊犯呢？解第一步: 設(shè)謂詞P(x)表示x是作案者，所以根據(jù)題意: A: P(zhao)P(qian)

17、 B: P(qian)P(sun) C: P(sun)P(li) D: P(zhao)P(sun) E: P(qian)P(li) 以上每個(gè)偵查員的話(huà)都是一個(gè)子句。第二步：將待求解的問(wèn)題表示成謂詞。設(shè)y是盜竊犯，則問(wèn)題的謂詞公式為P(y),將其否定并與ANS(y)做析取得: P(y)ANS(y)第三步:求前提條件及P(y)ANS(y)的子句集，并將各子句列表如下:(1) P(zhao)P(qian)(2) P(qian)P(sun)(3) P(sun)P(li)(4) P(zhao)P(sun)(5) P(qian)P(li)(6) P(y)ANS(y)第四步：應(yīng)用歸結(jié)原理進(jìn)行推理。(7) P

18、(qian)P(sun) (1) 與 (4) 歸結(jié)(8) P(zhao)P(li) (1) 與 (5) 歸結(jié)(9) P(qian)P(zhao) (2) 與 (4) 歸結(jié)(10) P(sun)P(li) (2) 與 (5) 歸結(jié)(11) P(zhao)P(li) (3) 與 (4) 歸結(jié)(12) P(sun)P(qian) (3) 與 (5) 歸結(jié)(13) P(qian) (2) 與 (7) 歸結(jié)(14) P(sun) (2) 與 (12) 歸結(jié)(15) ANS(qian) (6) 與 (13) 歸結(jié)(16) ANS(sun) (6) 與 (14) 歸結(jié)所以，本題的盜竊犯是兩個(gè)人:錢(qián)和孫。4.

19、16 已知：張和李是同班同學(xué)，如果x和y是同班同學(xué)，則x的教室也是y的教室。現(xiàn)在張?jiān)贘1-3上課，問(wèn)李在哪里上課？解 首先定義謂詞：C(x,y): x 和y是同學(xué)At(x,u): x在u教室上課則已知前提可表示為C(Zhang, Li)At(Zhang, J1-3)將目標(biāo)表示成謂詞:典At(Li, v)，采用重言式，得到子句集合S為：歸結(jié)過(guò)程如下：(5) (2)(4)歸結(jié) Li|y, v|u(6) (1)(5)歸結(jié) Zhang|x(7) (3)(6)歸結(jié) J1-3|v最后就是所得到的答案：李在J1-3上課。第5章 不確定性推理5.1什么是不確定性推理?不確定性推理的基本問(wèn)題是什么?5.2在主觀

20、Bayes方法中，如何引入規(guī)則的強(qiáng)度的似然率來(lái)計(jì)算條件概率?這種方法優(yōu)點(diǎn)是什么？主觀Bayes方法有什么問(wèn)題？試說(shuō)明LS和LN的意義。5.3設(shè)有規(guī)則： R1: IF E1 THEN (20, 1) H R2: IF E2 THEN (300, 1) H已知證據(jù)E1和E2必然發(fā)生，并且P(H)=0.03，求H的后驗(yàn)概率。解 因?yàn)镻(H)=0.03, 則O(H)=0.03/(1-0.03)=0.根據(jù)R1有O(H|E1)=LS1×O(H)=20×0.=0.6185根據(jù)R2有O(H|E2)=LS2×O(H)=300×0.=9.2781那么所以H的后驗(yàn)概率為 5.

21、4設(shè)有規(guī)則： R1: IF E1 THEN (65, 0.01) H R2: IF E2 THEN (300, 0.0001) H已知:P(E1|S1)=0.5, P(E2|S2)=0.02, P(H)=0.01, P(E1)=0.1, P(E2)=0.03求:P(H|S1S2) 解 根據(jù)R1，因?yàn)镻(E1|S1)=0.5>P(E1)=0.1，則有根據(jù)R2，因?yàn)镻(E2|S2)=0.02<P(E2)=0.03，則有根據(jù)R2, 因?yàn)镻(E2|S2)=0.02<P(E2)=0.02, 則有根據(jù)上面的計(jì)算，因?yàn)椋簞t有根據(jù)上面的計(jì)算，因?yàn)閯t有 5.5何謂可信度？簡(jiǎn)述可信度模型及其各部

22、分含義。5.6設(shè)有如下規(guī)則：R1: IF E1 THEN H (0.9)R2: IF E2 THEN H (0.6)R3: IF E3 THEN H (-0.5)R4: IF E4 AND (E5 OR E6) THEN E1 (0.8)已知CF(E2)=0.8, CF(E3)=0.6, CF(E4)=0.5, CF(E5)=0.6, CF(E6)=0.8, 求CF(H)=?解 由R4得到:CF(E1)=0.8×max0,CF(E4 AND (E5 OR E6)=0.8×max0,minCF(E4),CF(E5 OR E6) =0.8×max0,minCF(E4)

23、,maxCF(E5),CF(E6)=0.8×max0,min0.5,0.8 =0.8×max0,0.5=0.4由R1得到:CF1(H)=CF(H,E1)×max0,CF(E1)=0.9×max0,0.4=0.36由R2得到:CF2(H)=CF(H,E2)×max0,CF(E2)=0.6×max0,0.8=0.48由R3得到:CF3(H)=CF(H,E3)×max0,CF(E3)=-0.5×max0,0.6= -0.3根據(jù)結(jié)論不確定性的合成算法得到:CF1,2(H)=CF1(H)+CF2(H)-CF1(H)×

24、;CF2(H)=0.36+0.48-0.36×0.48=0.67CF1,2,3(H)=CF1,2(H)+CF3(H)=0.67+(-0.3)=0.47或者5.7設(shè)有如下規(guī)則：R1: IF E1 THEN H (0.8)R2: IF E2 THEN H (0.6)R3: IF E3 THEN H (-0.5)R4: IF E4 AND (E5 OR E6) THEN E1 (0.7)R5: IF E7 AND E8 THEN E3 (0.9)在系統(tǒng)運(yùn)行中已從用戶(hù)處得CF(E2)=0.8, CF(E4)=0.5, CF(E5)=0.6, CF(E6)=0.7, CF(E7)=0.6, C

25、F(E8)=0.9, 求H的綜合可信度CF(H)。解 (1)求證據(jù)E4,E5,E6邏輯組合的可信度(2)根據(jù)規(guī)則R4,求CF(E1) (3)求證據(jù)E7,E8邏輯組合的可信度(4)根據(jù)規(guī)則R5, 求CF(E3)(5)根據(jù)規(guī)則R1, 求CF1(H)(6)根據(jù)規(guī)則R2, 求CF2(H)(7)根據(jù)規(guī)則R3, 求CF3(H)(8)組合由獨(dú)立證據(jù)導(dǎo)出的假設(shè)H的可信度CF1(H),CF2(H)和CF3(H),得到H的綜合可信度:或者 5.8 5.8 設(shè)有如下規(guī)則：R1: A1B1 CF(B1,A1)=0.8R2: A2B1 CF(B1,A2)=0.5R3: B1A3B2 CF(B2,B1A3)=0.8初始證

26、據(jù)A1,A2,A3的CF值均設(shè)為1，而初始未知證據(jù)B1,B2的CF值均為0，即對(duì)B1,B2一無(wú)所知。求CF(B1),CF(B2)的更新值。解 (1) 對(duì)知識(shí)R1,R2，分別計(jì)算CF(B1)。CF1(B1)=CF(B1,A1)×max0,CF(A1)=0.8×1=0.8CF2(B1)=CF(B1,A2)×max0,CF(A2)=0.5×1=0.5(2) 計(jì)算B1的綜合可信度。CF1,2(B1)=CF1(B1)+CF2(B1)-CF1(B1)×CF2(B1) 0.8+0.5-0.8×0.5=0.9(3) 計(jì)算B2的可信度CF(B2)。這時(shí)，B1作為B2的證據(jù)，其可信度已有前面計(jì)算出來(lái)，而A3的可信度為初始指定的1。由規(guī)則R3得到CF(B2)=CF(B2, B1A3)×max0,CF(B1A3)= CF(B2, B1A3)×max0,mi