中南大學(xué)AI實(shí)驗(yàn)報(bào)告

目錄人工智能及其應(yīng)用 1實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1實(shí)驗(yàn)一產(chǎn)生式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)群 2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?3二、實(shí)驗(yàn)原理: 3三、實(shí)驗(yàn)條件： 4四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 4五、實(shí)驗(yàn)步驟： 4實(shí)驗(yàn)二搜索策略實(shí)驗(yàn)群搜索策略: 7一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?7二、實(shí)驗(yàn)原理: 7三、實(shí)驗(yàn)條件： 7四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 7五、實(shí)驗(yàn)步驟： 8六：實(shí)驗(yàn)過(guò)程： 8七、A*算法流程圖： 19八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 20實(shí)驗(yàn)三

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)群 21一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?21二、實(shí)驗(yàn)原理: 21三、實(shí)驗(yàn)條件： 21四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 21五、實(shí)驗(yàn)步驟： 22六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 22實(shí)驗(yàn)四自動(dòng)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)群 26一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?26二、實(shí)驗(yàn)原理: 26三、實(shí)驗(yàn)條件： 26四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 26五、實(shí)驗(yàn)步驟： 27實(shí)驗(yàn)一產(chǎn)生式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)群產(chǎn)生式系統(tǒng):

是由一組規(guī)則組成的、能夠協(xié)同作用的推理系統(tǒng)。其模型是設(shè)計(jì)各種智能專家系統(tǒng)的基礎(chǔ).產(chǎn)生式系統(tǒng)主要由規(guī)則庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī)三大部分組成。

本實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要提供一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬產(chǎn)生式專家系統(tǒng)的驗(yàn)證、設(shè)計(jì)和開發(fā)的可視化操作平臺(tái)。學(xué)生既能用本系統(tǒng)提供的范例進(jìn)行演示或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也能夠用它來(lái)設(shè)計(jì)并調(diào)試自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ?、?shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

熟悉和掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，掌握基于規(guī)則推理的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)原理:

生式系統(tǒng)用來(lái)描述若干個(gè)不同的以一個(gè)基本概念為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，這個(gè)基本概念就是產(chǎn)生式規(guī)則或產(chǎn)生式條件和操作對(duì)。在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，論域的知識(shí)分為兩部分：用事實(shí)表示靜態(tài)知識(shí)；用產(chǎn)生式規(guī)則表示推理過(guò)程和行為。下面以一個(gè)具體的動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)模型來(lái)說(shuō)明其原理。

實(shí)際問題：

由用戶輸入到計(jì)算機(jī)，經(jīng)系統(tǒng)重新知識(shí)表示后自動(dòng)轉(zhuǎn)入其綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中已輸入有如下初始事實(shí)集：要求解的問題是判斷滿足該事實(shí)集的是何種動(dòng)物？初始事實(shí)集：

由用戶輸入到計(jì)算機(jī)。經(jīng)系統(tǒng)重新知識(shí)表示后自動(dòng)轉(zhuǎn)入其綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。該動(dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄要求解的問題是判斷滿足該事實(shí)集的是何種動(dòng)物？推理過(guò)程：

由產(chǎn)生式專家系統(tǒng)的推理機(jī)、規(guī)則庫(kù)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合完成。1。首先從規(guī)則庫(kù)取出第一條規(guī)則r1(P65),將r1中的前提部分與初始事實(shí)集中的事實(shí)相比較，匹配失??；于是繼續(xù)取第二條規(guī)則再試，匹配成功！將此規(guī)則的結(jié)論部分作為新事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的初始事實(shí)集中。于是初始事實(shí)集變?yōu)椋?/p>

該動(dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄、是哺乳動(dòng)物。

2。接著依次取r3、r4、r5、r6與初始事實(shí)集匹配、均不成功，當(dāng)執(zhí)行到r7時(shí)再次獲得匹配，于是事實(shí)集中以增加一條事實(shí)：該動(dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄、是哺乳動(dòng)物、是有蹄類動(dòng)物。3。此后，當(dāng)搜索到r11時(shí)又一次匹配成功，事實(shí)集變?yōu)椋涸搫?dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄、是哺乳動(dòng)物、是有蹄類動(dòng)物、該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿。于是得到最終結(jié)論該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿。上述問題的求解過(guò)程是一個(gè)不斷地從規(guī)則庫(kù)中選取可用規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行匹配的過(guò)程，規(guī)則的每一次匹配都會(huì)使綜合數(shù)據(jù)庫(kù)增加新的內(nèi)容，并朝著問題的解決前進(jìn)了一步。這就是一個(gè)推理過(guò)程。計(jì)算機(jī)在何時(shí)結(jié)束推理呢？請(qǐng)見P69產(chǎn)生式系統(tǒng)求解的一般步驟：三、實(shí)驗(yàn)條件：

產(chǎn)生式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。此環(huán)境包括了以邏輯推理和符號(hào)表示為核心的經(jīng)典智能的十余個(gè)典型驗(yàn)證性或開發(fā)性實(shí)驗(yàn)范例.如正向推理、反向推理、基于邏輯的搜索等。各實(shí)驗(yàn)都能直觀（可視化）地顯示出推理進(jìn)行過(guò)程的每一步細(xì)節(jié)，從而有助于把深?yuàn)W難懂的理論用動(dòng)態(tài)圖形一目了然地展現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前。下圖是該實(shí)驗(yàn)環(huán)境在正向推理進(jìn)程中的一個(gè)典型畫面.

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1.

對(duì)已有的產(chǎn)生式系統(tǒng)(默認(rèn)的例子)進(jìn)行演示，同時(shí)可以更改其規(guī)則庫(kù)或（和）事實(shí)庫(kù)，進(jìn)行正反向推理，了解其推理過(guò)程和機(jī)制。

2.

自己建造產(chǎn)生式系統(tǒng)（包括規(guī)則庫(kù)和事實(shí)庫(kù)），然后進(jìn)行推理，即可以自己輸入任何的規(guī)則和事實(shí)，并基于這種規(guī)則和事實(shí)進(jìn)行推理。這為學(xué)生親手建造產(chǎn)生式系統(tǒng)并進(jìn)行推理提供了一種有效的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。五、實(shí)驗(yàn)步驟：

1.定義變量，包括變量名和變量的值。

2.建立規(guī)則庫(kù),其方法是,(a)輸入規(guī)則的條件：每條規(guī)則至少有一個(gè)條件和一個(gè)結(jié)論,選擇變量名,輸入條件（符號(hào)）；選擇變量值,按確定按鈕就完成了一條條件的輸入.重復(fù)操作，可輸入多條條件；(b)輸入規(guī)則的結(jié)論：輸入完規(guī)則的條件后,就可以輸入規(guī)則的結(jié)論了,每條規(guī)則必須也只能有一個(gè)結(jié)論.選擇變量名，輸入條件（符號(hào)）,選擇變量值,按確定按鈕就完成了一個(gè)結(jié)論的輸入。重復(fù)以上兩步，完成整個(gè)規(guī)則庫(kù)的建立。

3.建立事實(shí)庫(kù)（總數(shù)據(jù)庫(kù)）：建立過(guò)程同步驟2。重復(fù)操作，可輸入多條事實(shí)。4.然后按“開始”或“單步”按鈕即可。此外，利用實(shí)例演示,可以運(yùn)行系統(tǒng)默認(rèn)的產(chǎn)生式系統(tǒng),并且可以進(jìn)行正反向推理.其他的可參見其幫助文件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：A：加載規(guī)則庫(kù)B：B：選擇一種動(dòng)物（如鴕鳥，自動(dòng)搜索），正推后得到的結(jié)果如下：C：反推結(jié)果如下：假若選擇點(diǎn)則反推得到的結(jié)果為：該動(dòng)物為鳥。實(shí)驗(yàn)二搜索策略實(shí)驗(yàn)群搜索策略:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

熟悉和掌握啟發(fā)式搜索的定義、估價(jià)函數(shù)和算法過(guò)程，并利用A*算法求解N數(shù)碼難題，理解求解流程和搜索順序。二、實(shí)驗(yàn)原理:

A*算法是一種有序搜索算法，其特點(diǎn)在于對(duì)估價(jià)函數(shù)的定義上。對(duì)于一般的有序搜索，總是選擇f值最小的節(jié)點(diǎn)作為擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。因此，f是根據(jù)需要找到一條最小代價(jià)路徑的觀點(diǎn)來(lái)估算節(jié)點(diǎn)的，所以，可考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)n的估價(jià)函數(shù)值為兩個(gè)分量：從起始節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)n的代價(jià)以及從節(jié)點(diǎn)n到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的代價(jià)。三、實(shí)驗(yàn)條件：1.

搜索策略可視化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，下圖是該環(huán)境運(yùn)行中的一個(gè)畫面：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1

分別以各種搜索算法為例演示搜索過(guò)程。

2

分析各種算法中的OPEN表CLOSE表的生成過(guò)程。

3

分析估價(jià)函數(shù)對(duì)搜索算法的影響。

4

分析某種啟發(fā)式搜索算法的特點(diǎn)。

五、實(shí)驗(yàn)步驟：1開始演示。進(jìn)入搜索策略演示程序，可從多種不同搜索算法選擇裝載相關(guān)源文件。

2

選擇不同的搜索算法，點(diǎn)擊“autosearch”觀察搜索過(guò)程。

3

設(shè)置不同屬性，觀察搜索過(guò)程的變化。

4

觀察運(yùn)行過(guò)程和搜索順序，理解啟發(fā)式搜索的原理。

5

算法流程的任一時(shí)刻的相關(guān)狀態(tài),以算法流程高亮、open表、close表、節(jié)點(diǎn)靜態(tài)圖、當(dāng)前擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)移動(dòng)圖等5種形式在按鈕上方同步顯示,便于深入學(xué)習(xí)理解搜索算法。

6

根據(jù)程序運(yùn)行過(guò)程畫出搜索算法框圖。

7、

若要自己設(shè)計(jì)改進(jìn)算法并運(yùn)行，可參考幫助文件。

六：實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境，點(diǎn)擊“file”，選擇“LoadSampleGraph”2選擇“簡(jiǎn)單搜索樹”3點(diǎn)擊“SearchAlgorithms”，選擇“DepthFirst”4接下來(lái)不斷點(diǎn)擊“Step”直到搜索結(jié)束，Open表與Close表的變化如下：Open{S},Close{NULL}Open{1,2},Close{S}Open{3,4,2},Close{1,S}Open{7,4,2},Close{3,1,S}Open{4,2},Close{7,3,1,S}Open{8，2}，Close{4,7,3,1,S}Open{2},Close{8,4,7,3,1,S}Open{5,6},Close{2,8,4,7,3,1,S}Open{9,G,6},Close{5,2,8,4,7,3,1,S}Open{G,6},Close{9,5,2,8,4,7,3,1,S}到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，搜索結(jié)束3點(diǎn)擊“SearchAlgorithms”，選擇“A*”，點(diǎn)擊左邊的“ResetSearch”，點(diǎn)“SearchOptions”后選上“ShowEdgecosts”與“ShowNodeHeuristics”,接下來(lái)不斷點(diǎn)擊“Step”直到搜索結(jié)束Open{S},Close{NULL}Open{1,2},Close{S}Open{5,6,1},Close{2,S}Open{3,4,5,6},Close{1,2,S}Open{9,G,3,4,6},Close{5,1,2,S}Open{10,9,G,3,4},Close{6,5,1,2,S}Open{8,10,9,G,3},Close{4,6,5,1,2,S}到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，搜索結(jié)束七、A*算法流程圖：開始開始將開始節(jié)點(diǎn)加入Open表將開始節(jié)點(diǎn)加入Open表否否是是程序結(jié)束，未能找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Open表是否為空否否是是程序結(jié)束，未能找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)Open表是否為空將該節(jié)點(diǎn)加入Close表,并將該節(jié)點(diǎn)所有不在Close表中的鄰接節(jié)點(diǎn)加入Open表將該節(jié)點(diǎn)加入Close表,并將該節(jié)點(diǎn)所有不在Close表中的鄰接節(jié)點(diǎn)加入Open表從表中取出f(n)=g(n)+h(n)最大的節(jié)點(diǎn)從表中取出f(n)=g(n)+h(n)最大的節(jié)點(diǎn)程序結(jié)束,成功找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否目標(biāo)節(jié)點(diǎn)程序結(jié)束,成功找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否目標(biāo)節(jié)點(diǎn)八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 從實(shí)驗(yàn)可以看出,A*算法搜索過(guò)程一般來(lái)說(shuō)優(yōu)于盲目搜索,而這又取決于估價(jià)函數(shù)的設(shè)計(jì),一個(gè)好的估價(jià)函數(shù)可以大大地優(yōu)化搜索過(guò)程,而一個(gè)壞的估價(jià)函數(shù)也可能導(dǎo)致極差的搜索實(shí)驗(yàn)三

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)群一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

理解反向傳播網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和原理，掌握反向傳播算法對(duì)神經(jīng)元的訓(xùn)練過(guò)程，了解反向傳播公式。通過(guò)構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，熟悉前饋網(wǎng)絡(luò)的原理及結(jié)構(gòu)。二、實(shí)驗(yàn)原理:

反向傳播(BP)算法是一種計(jì)算單個(gè)權(quán)值變化引起網(wǎng)絡(luò)性能變化值的較為簡(jiǎn)單的方法。BP算法過(guò)程從輸出節(jié)點(diǎn)開始，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網(wǎng)絡(luò)不僅含有輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)，而且含有一層或多層隱(層)節(jié)點(diǎn)。輸入信號(hào)先向前傳遞到隱節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)作用后，再把隱節(jié)點(diǎn)的輸出信息傳遞到輸出節(jié)點(diǎn)，最后給出輸出結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)條件：

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可視化實(shí)驗(yàn)環(huán)境.下圖是該環(huán)境運(yùn)行中的典型界面.

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1

通過(guò)BP網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)參數(shù)的不同設(shè)置，觀察BP算法的學(xué)習(xí)效果。

2

觀察比較BP網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)及其它各項(xiàng)參數(shù)變化對(duì)于訓(xùn)練結(jié)果的影響。

3

觀察并分析不同訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)相同拓樸結(jié)構(gòu)的BP網(wǎng)絡(luò)建模的影響.

4

用MLP模擬一個(gè)典型的非線性問題.

五、實(shí)驗(yàn)步驟：

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn):

1、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境；2、選擇相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K；3、設(shè)置相應(yīng)地實(shí)驗(yàn)參數(shù)（如設(shè)置初始權(quán)值為隨機(jī)值）；4、選擇實(shí)驗(yàn)運(yùn)行方式；5、觀測(cè)運(yùn)行過(guò)程；6、修改相應(yīng)地參數(shù)重復(fù)第1~5步直到滿意為止。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)：

1、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境；2、進(jìn)入創(chuàng)建新模型工作窗；3、創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)；4、設(shè)置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；5、輸入相應(yīng)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；6、設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)；7、選擇相應(yīng)的運(yùn)行方式；8、觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程；9、修改相關(guān)參數(shù)并重復(fù)1~8步直至滿意為止。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：包括做實(shí)驗(yàn)的目的、方法、過(guò)程等，具體要寫成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,如下圖所示（見下頁(yè)).

1

BP網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)及BP算法的訓(xùn)練過(guò)程。

2

試述閾值函數(shù)和權(quán)值變化對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)推理結(jié)果的影響。

3、訓(xùn)練數(shù)據(jù)集變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)步驟：1進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境：界面為如下：2選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)K，并且含有一個(gè)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的隱藏層加載后界面為如下：隨即個(gè)輸入點(diǎn)的權(quán)值，得到如下結(jié)果：按照步驟，根據(jù)公式Errorδj=oj(1–oj)(tj–oj)，計(jì)算權(quán)值和error值，得到的結(jié)果如下面所示：經(jīng)過(guò)50的計(jì)算調(diào)整，最后結(jié)果為從這個(gè)結(jié)果，可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)判斷出該輸入所得到的結(jié)果。達(dá)到一個(gè)類似神經(jīng)判斷的效果。實(shí)驗(yàn)四自動(dòng)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)群一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

熟悉和掌握自動(dòng)規(guī)劃的基本原理,方法和主要技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理:

規(guī)劃是一種問子題求解技術(shù)，它從某個(gè)特定的問題狀態(tài)出發(fā)，尋求一系列行為動(dòng)作，并建立一個(gè)操作序列，直到求得目標(biāo)狀態(tài)為止。簡(jiǎn)而言之，規(guī)劃是一個(gè)行動(dòng)過(guò)程的描述。一個(gè)總規(guī)劃可以含有若干個(gè)子規(guī)劃三、實(shí)驗(yàn)條件：1

.自動(dòng)規(guī)劃可視化實(shí)驗(yàn)環(huán)境:下圖是該環(huán)境運(yùn)行中