人工智能實驗指導(dǎo)書

《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)《人工智能》試驗指導(dǎo)試驗內(nèi)容試驗一狀態(tài)空間搜尋試驗試驗二A*算法試驗試驗三子句消解試驗試驗四化為子句集的九步法試驗試驗五BP網(wǎng)絡(luò)試驗溫馨提示：上述試驗可以承受任何自己生疏的語言來實現(xiàn)0《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)試驗一 狀態(tài)空間搜尋試驗——八數(shù)碼問題〔必修，2學(xué)時〕一、試驗?zāi)康募皟?nèi)容試驗?zāi)康模豪斫夂桶盐諣顟B(tài)空間搜尋的策略試驗內(nèi)容要求：3X31—8求實現(xiàn)這個問題:將該九宮風(fēng)格整為某種有序的形式，調(diào)整的原則為每次只能將空格〔上、下、左、右〕相鄰的一個數(shù)字平移到空格中，試編程實現(xiàn)這一問題的求解二、試驗原理及根本技術(shù)路線圖〔方框原理圖或程序流程圖〕試驗原理：算法分析：試驗流程圖：三、所用儀器、材料〔設(shè)備名稱、型號、規(guī)格等或使用軟件〕四、試驗方法、步驟〔或：程序代碼或操作過程〕試驗步驟試驗源程序六、試驗結(jié)果、分析和結(jié)論1《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)試驗二 A*算法試驗〔2學(xué)時〕一、試驗?zāi)康模篈*算法求解N數(shù)碼難題，理解求解流程和搜尋挨次。二、試驗原理：A*算法是一種有序搜尋算法，其特點在于對估價函數(shù)的定義上。對于一般的有序搜尋，總是選擇f值最小的節(jié)點作為擴展節(jié)點。因此，f是依據(jù)需要找到一條最小代價路徑的觀點來估算節(jié)點的，所以，可考慮每個節(jié)點n的估價函數(shù)值為兩個重量：從起始節(jié)點到節(jié)點n的代價以及從節(jié)點n到達目標(biāo)節(jié)點的代價。三、試驗條件：N數(shù)碼難題演示程序。IE6.0以上，可以上Internet。三、試驗內(nèi)容：815數(shù)碼為例實際求解A*算法。畫出A*算法求解框圖。分析估價函數(shù)對搜尋算法的影響。分析A*算法的特點。四、試驗步驟：開頭演示。進入N815數(shù)碼，點擊“選擇數(shù)碼”按鈕確定。第一次啟動后，點擊兩次“缺省”或者“隨機”按鈕，才會消滅圖片。2點擊“缺省棋局列的初始節(jié)點。算法執(zhí)行。點擊“連續(xù)執(zhí)行”則程序自動搜尋求解，并演示每一步結(jié)果；點擊“單步運行”則每次執(zhí)行一步求解流程15數(shù)碼15數(shù)碼難題演示實例。算法流程的任一時刻的相關(guān)狀態(tài),openclose5種形式在按鈕上方同步顯示,便于深入學(xué)習(xí)理解A*算法。依據(jù)程序運行過程畫出A*算法框圖。其它可參考幫助文件。五、試驗報告要求：A*算法流程圖和算法框圖。試分析估價函數(shù)的值對搜尋算法速度的影響。依據(jù)A*算法分析啟發(fā)式搜尋的特點。3《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)試驗三子句消解試驗〔2〕一、試驗?zāi)康模豪斫夂凶兞康淖泳淙绾问褂孟庖?guī)章，把握子句消解的原理和規(guī)章，能嫻熟進展任意兩個子句的消解，了解消解推理的某些常用規(guī)章。二、試驗原理：對子句集進展消解推理，得到相應(yīng)的結(jié)論。為了對含有變量的子句使用消解規(guī)章，我們必需找到一個置換，作用于父輩子句使其含有互補文字。消解兩個子句時，可能有一個以上的消解式，不過，在任何狀況下最多有有限個消解式。三、試驗條件子句消解推理演示程序。IE6.以上，可以上Internt四、試驗內(nèi)容：運行并觀看演示實例。輸入的子句，檢查消解結(jié)果。依據(jù)消解過程理解消解原理和常用規(guī)章。五、試驗步驟：默認例如演示。進入演示實例，點擊“演示實例1消解結(jié)果。分別運行“演示實例”和“演示實例4用。自定義消解子句。點擊“系統(tǒng)重置”按鈕，再通過鍵盤與兩個按鈕“～”與“∨”結(jié)果。重復(fù)步驟3，屢次輸入不同子句進展消解，生疏消解過程。六、試驗結(jié)論：生疏消解過程，理解子句消解規(guī)章。給出自己輸入的待消解子句、消解結(jié)果和具體過程。5《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)試驗四化為子句集的九步法試驗〔2學(xué)時〕一、試驗?zāi)康模豪斫夂桶盐障庠?，生疏謂詞公式化為子句集的九個步驟，理解消解推理規(guī)章，能把任意謂詞公式轉(zhuǎn)換成子句集。二、試驗原理消解是可用于肯定的子句公式的重要推理規(guī)章，任一謂詞演算公式可以化成一個子句集。通過九步法消解可以從這兩個父輩子句推導(dǎo)出一個子句。九步法消解包括消去蘊涵符號、減否認符轄域、對變量標(biāo)準(zhǔn)化、消去存在量詞、化為前束型、化為合取范式、消去全程量詞、消去合取符、更換變量名，依次變換即可得到子句集。三、試驗條件：子句集轉(zhuǎn)換演示程序。IE6.0以上，可以上Internet。四、試驗內(nèi)容：理解消解原理，生疏謂詞公式轉(zhuǎn)換成子句集的步驟。五、試驗步驟：6程的九個步驟按鈕，得到消解結(jié)果。自定義消解目標(biāo)。點擊“去除”刪除默認公式，利用界面鍵盤輸入的消解目標(biāo)，語法檢查。點擊“語法檢查”檢查輸入謂詞公式的語法錯誤。如無錯誤，則依次點擊步驟按鈕進展消解。重復(fù)運行2、3步，生疏消解原理和消解過程。六、試驗報告要求：了解每一步消解的規(guī)章和原則。給出一個謂詞公式消解的具體過程和結(jié)果。分析消解原理的特點和原理。7《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)試驗五 BP網(wǎng)絡(luò)試驗〔4學(xué)時〕一、試驗?zāi)康模翰ス?。通過構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)實例，生疏前饋網(wǎng)絡(luò)的原理及構(gòu)造。二、試驗原理反向傳播(BP)BP算法過程從輸出節(jié)點開頭，反向地向第一隱含層(即最接近輸入層的隱含層)傳播由總誤差引起的權(quán)值修正。BP(層)節(jié)點。輸入信號先向前傳遞到隱節(jié)點，經(jīng)過作用后，再把隱節(jié)點的輸出信息傳遞到輸出節(jié)點，最終給出輸出結(jié)果。三、試驗條件：BP網(wǎng)絡(luò)演示程序。IE5.0以上版本，能連通Internet。四、試驗內(nèi)容：通過BP網(wǎng)絡(luò)各項參數(shù)的不同設(shè)置，觀看BP算法的學(xué)習(xí)效果。觀看比較BP網(wǎng)絡(luò)各項參數(shù)變化對于訓(xùn)練結(jié)果的影響。五、試驗步驟：設(shè)置各層神經(jīng)元個數(shù)設(shè)置。用戶點擊下拉列表框選擇輸入、隱含、輸出各層神經(jīng)元個數(shù)，其中隱含層神經(jīng)元個數(shù)自動設(shè)為輸入層神經(jīng)元個數(shù)(n)2n+1個，然后再點擊“確定”BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖以及系統(tǒng)隨機生成默認的各層權(quán)值。動量因子、迭代次數(shù)參數(shù)值。各層權(quán)值設(shè)置，假設(shè)用戶使用系統(tǒng)隨機生成默認的各層權(quán)值，則進展第4步。用戶8或選中“自定義權(quán)”單項選擇框自定義權(quán)各層權(quán)，在權(quán)值設(shè)置文本域設(shè)置權(quán)值后，單擊其后“確定”按鈕?；螂p擊下方列表框選項，相應(yīng)權(quán)值會在權(quán)值設(shè)置文本域消滅，則進“確定”后兩種方式均會成功地激活“確定”按鈕。學(xué)習(xí)樣本設(shè)置，單文本域中消滅“入層”字樣表示在單文本域中設(shè)置輸入層神經(jīng)元信號向量。單文本域中消滅“出層”字樣表示在單文本域中設(shè)置輸出層神經(jīng)元信號如選中，則“校正網(wǎng)絡(luò)”按鈕會成功地激活。樣本列表框也具有如步3的雙擊修改功能?！靶ＵW(wǎng)絡(luò)”按鈕成功地激活后，單擊“校正網(wǎng)絡(luò)”按鈕，進展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)習(xí)完成后〔重設(shè)置初始權(quán)值、或?qū)W習(xí)樣本等方式〕讓網(wǎng)絡(luò)重“學(xué)習(xí)六、試驗結(jié)論：BP網(wǎng)絡(luò)的根本構(gòu)造及BP算法的訓(xùn)練過程。試述閾值函數(shù)和權(quán)值變化對BP網(wǎng)絡(luò)推理結(jié)果的影響。9《人工智能導(dǎo)論》試驗 河南理工大學(xué)試驗一狀態(tài)空間搜尋試驗樣例——八數(shù)碼問題一、試驗?zāi)康募皟?nèi)容試驗?zāi)康模豪斫夂桶盐諣顟B(tài)空間搜尋的策略試驗內(nèi)容要求：3X31—8求實現(xiàn)這個問題:將該九宮風(fēng)格整為某種有序的形式，調(diào)整的原則為每次只能將空格〔上、下、左、右〕相鄰的一個數(shù)字平移到空格中，試編程實現(xiàn)這一問題的求解〕試驗原理：也就是奇數(shù)排列和偶數(shù)排列。我們可以把一個隨機排列的數(shù)組從左到右從上到下用一個數(shù)組表示，例如｛８，７，１，５，２，６，３，４，０｝其中０代表空格。它在奇序列位置上。在這個數(shù)組中我們首先計算它能夠重排列出來的結(jié)果，公式就是：∑〔Ｆ〔Ｘ〕〕＝Ｙ，其中Ｆ〔Ｘ〕，就是一個數(shù)他前面比這個數(shù)小的數(shù)的個數(shù)，Ｙ為奇數(shù)和偶數(shù)個有一種解法。那么上面的數(shù)組我們就可以解出它的結(jié)果。算法分析：九宮問題的求解方法就是交換空格〔０〕位置，直至到達目標(biāo)位置為止。圖形表示就是：因此可知：九宮的所以排列有９！種，也就是３６２８８０種排法，數(shù)據(jù)量是格外大的，我使用廣度搜尋，需要記住每一個結(jié)點的排列形式，要是用數(shù)組記錄的話會占用很多的內(nèi)存，我們把數(shù)據(jù)進展適當(dāng)?shù)膲嚎s。使用ＤＷＯＲＤ形式保存，壓縮形式是每個數(shù)字用３位表示，這樣就是３×９＝２７個字節(jié)，由于８的二進制表示形式１０００，不能用３位表示，我使用了一個小技巧就是將８表示位０００，然后用多出來的５個字表示８所在的位置，就可以用ＤＷＯＲＤ表示了。用移位和或操作將數(shù)據(jù)逐個移入，比乘法速度要快點。定義了幾個結(jié)10果來存儲遍歷到了結(jié)果和搜尋完成后保存最優(yōu)路徑。試驗流程圖：開頭開頭0~8數(shù)碼序列建立一個隊列，將初始結(jié)點入隊，并設(shè)置隊列頭和尾指取出隊列頭〔頭指針?biāo)浮车慕Y(jié)點進展擴展，從它擴展出子結(jié)點，并將這些結(jié)點按擴展的挨次參加隊列推斷擴展出的結(jié)點與隊列中的結(jié)點是否重復(fù)否是隊列頭的結(jié)點可以擴展，直接返回其次步。否則將隊列頭指針指向下一結(jié)點，再返回其次步。否推斷擴展出的結(jié)點是否是目標(biāo)結(jié)點，是顯示路徑程序完畢三、所用儀器、材料〔設(shè)備名稱、型號、規(guī)格等或使用軟件〕硬件:個人計算機 一臺,MicrosoftVisualC++6.0四、試驗方法、步驟〔或：程序代碼或操作過程〕11試驗步驟C++6.0得文檔。輸入源程序代碼，進展編譯，調(diào)試運行。運行結(jié)果，按提示要求輸入1—8這八個數(shù)，進展程序測驗。試驗源程序#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<windows.h>#include<queue>#include<stack>usingnamespacestd;#defineHashTableSize362881#defineNOT !#defineUP 0#defineDOWN 1#defineLEFT 2#defineRIGHT 3#defineBit typedefstructmaps{Bitdetail[9];intmyindex; //記錄自己節(jié)點在hash表中的位置Bitposition; //記錄空格〔0〕在序列中的位置}Map,*PMap;Map org; // 初始狀態(tài)int EndIndex; 目標(biāo)//上移，下移， 左移 ，右移intconstderection[4]={-3 ,3 , -1 ,1};//可移動的四個方向intconstFactorial[9]={40320,5040,720,120,24,6,2,1,1};intHashTable[HashTableSize]={0};//hash表,其中記錄的是上一個父節(jié)點對應(yīng)的位置voidinput12{inti,j;intsum,count,index;for(i=0;i<9;i++){scanf(“%1d“,&org.detail[i]);org.detail[i]||(org.position=i);}for(i0i9i //計算逆序{if(0==org.detail[i])continue;for(j=0;j<i;j++)sum+=(0!=org.detail[j]&&org.detail[j]<org.detail[i]);}for(i0index0i9i //hash{for(j=0,count=0;j<i;j++)count+=org.detail[j]>org.detail[i];index+=Factorial[org.detail[i]]*count;}org.myindex=index+1;EndIndexsum%2161328:322561; return;}/***hash值的計算*Parenthash*direcinlineintHashValue(Map&Parentint&direct{inti=Parent.position;intnewindex=Parent.myindex;Bit*p=Parent.detail;switch(direct){caseUP:{newindex-=3*40320;newindex+=(p[i-2]>p[i-3])?(Factorial[p[i-3]]):(-Factorial[p[i-2]]);newindex+=(p[i-1]>p[i-3])?(Factorial[p[i-3]]):(-Factorial[p[i-1]]);13break;}caseDOWN:{newindex+=3*40320;newindex-=(p[i+2]>p[i+3])?(Factorial[p[i+3]]):(-Factorial[p[i+2]]);newindex-=(p[i+1]>p[i+3])?(Factorial[p[i+3]]):(-Factorial[p[i+1]]);break;}caseLEFT:returnnewindex-40320;break;caseRIGHT:returnnewindex+40320;break;}returnnewindex;}/**** 寬度優(yōu)先搜尋***/voidBfs{queue<Map>Queue;Queue.push(org);HashTable[org.myindex]=-1;while(NOTQueue.empty){Mapnode=Queue.front;Queue.pop;for(intk=0;k<4;k++){Maptmp=node;tmp.position=node.position+derection[k];if(tmp.position<0||tmp.position>8||(k>1&&tmp.position/3!=node.position/3))continue;tmp.myindex=HashValue(node,k);if(0!=HashTable[tmp.myindex])continue;tmp.detail[node.positiontmp.detail[tmp.position//移動空格tmp.detail[tmp.position]=0;HashTable[tmp.myindex]node.myindex; //狀態(tài)記錄到hashtable中if(node.myindex==EndIndex)return;Queue.push(tmp);}14}return;}/****通過hash表中記錄的進展查找路徑***/voidFindPath{intnowindex;intcount=0;intnixu[9],result[9];inti,j,k;stack<int>Stack;Stack.push(EndIndex);nowindex=EndIndex;while(-1!=HashTable[nowindex]){Stack.push(HashTable[nowindex]);nowindex=HashTable[nowindex];}printf(%d\n“,Stack.size-1);getchar;while(NOTStack.empty){nowindex=Stack.top-1;Stack.pop;for(i0i9;i //計算出逆序{nixu[i]=nowindex/Factorial[i];nowindex%=Factorial[i];}memset(result,-1,9*sizeof(int));for(i=0i9i //依據(jù)逆序計算排列{for(j=0,k=nixu[i];j<9;j++){if(result[