(完整版)人工智能習題解答

人工智能第1部分緒論什么是人工智能？試從學科和能力兩方面加以說明。答：從學科方面定義：人工智能是計算機科學中涉及研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機器的一個分支。它的近期目標在于研究用機器來模擬和執(zhí)行人腦的某些智力功能，并開發(fā)相關(guān)理論和技術(shù)從能力方面定義：人工智能是智能機器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的智能行為，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、通信、設(shè)計、思考、規(guī)劃、學習和問題求解等思維活動。在人工智能的發(fā)展過程中，有哪些思想和思潮起了重要作用？ 答：數(shù)理邏輯和關(guān)于計算本質(zhì)的新思想，提供了形式推理概念與即將發(fā)明的計算機之間的聯(lián)系；1956年第一次人工智能研討會召開，標志著人工智能學科的誕生；控制論思想把神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理與信息理論、控制理論、邏輯以及計算聯(lián)系起來，影響了許多早期人工智能工作者，并成為他們的指導思想；計算機的發(fā)明與發(fā)展；專家系統(tǒng)與知識工程；機器學習、計算智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和行為主義研究，推動人工智能研究的近一步發(fā)展。為什么能夠用機器（計算機）模仿人的智能？答：物理符號系統(tǒng)的假設(shè)：任何一個系統(tǒng)，如果它能夠表現(xiàn)出智能，那么它就必定能執(zhí)行輸入符號、輸出符號、存儲符號、復制符號、建立符號結(jié)構(gòu)、條件遷移6種功能。反之，任何系統(tǒng)如果具有這6種功能，那么它就能夠表現(xiàn)出智能（人類所具有的智能）。物理符號系統(tǒng)的假設(shè)伴隨有3個推論。推論一：既然人具有智能，那么他（她）就一定是各物理符號系統(tǒng)；推論二：既然計算機是一個物理符號系統(tǒng)，它就一定能夠表現(xiàn)出智能；推論三：既然人是一個物理符號系統(tǒng)，計算機也是一個物理符號系統(tǒng)，那么我們就能夠用計算機來模擬人的活動。人工智能的主要研究內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域是什么？其中，哪些是新的研究熱點？ 答：研究和應(yīng)用領(lǐng)域：問題求解（下棋程序），邏輯推理與定理證明（四色定理證明）， 自然語言理解，自動程序設(shè)計，專家系統(tǒng)，機器學習，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機器人學（星際探索 機器人），模式識別（手寫識別，汽車牌照識別，指紋識別），機器視覺（機器裝配，衛(wèi) 星圖像處理），智能控制，智能檢索，智能調(diào)度與指揮（汽車運輸高度，列車編組指揮）， 系統(tǒng)與語言工具。 新的研究熱點：概率圖模型（隱馬爾可夫模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)），統(tǒng)計學習理論（ＳＬＴ） ＆支持向量機（ＳＶＭ），數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)（超市市場商品數(shù)據(jù)分析），人工生命。人工智能的發(fā)展對人類有哪些方面的影響？試結(jié)合自己了解的情況和理解，從經(jīng)濟、社會和文化等方面加以說明？答：1、人工智能對經(jīng)濟的影響。人工智能系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，已為人類創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益，專家系統(tǒng)就是一個例子。隨著計算機系統(tǒng)價格的繼續(xù)下降，人工智能技術(shù)必將得到更大的推廣，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。2、人工智能對社會的影響。勞務(wù)就業(yè)問題；社會結(jié)構(gòu)變化；思維方式與觀念的變化；心理上的威脅；技術(shù)失控的危險.3、人工智能對文化的影響。改善人類知識；改善人類語言；改善文化生活；試評述人工智能的未來發(fā)展。答：人工智能的未來發(fā)展主要可以概括為更新的理論框架，更好的技術(shù)集成， 更成熟的應(yīng)用方法。而在具體的應(yīng)用方面，我認為主要有以下兩個發(fā)展方向：

1、計算機能直接而人類大腦實現(xiàn)人機交流。借助以上技術(shù)，人類可以用思 維控制自己想看到的，想聽到的，使媒體技術(shù)中的感官媒體更真實化，對虛 擬的事物不僅可以看見聽見，更可以摸得，聞得著。同時電腦可以進一步輔 助人類做出一定的判斷，儲存大量信息，甚至可以以身體為媒介，執(zhí)行電腦 程序，是人類更快的學會各種技巧，掌握更多知識。同時，提高了生物驗證 的渠道，比如利用DNA染色體作為密碼的載體，相信是很難偽造的。 2、電腦擁有機器思維：機器學會人類的思維方式，幫助人更好的思考問題。第2部分知識表示什么是知識？知識的要素有哪些？知識的表示方法有哪些？ 答：知識是經(jīng)過消減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換的信息。簡單地說，知識是經(jīng)過加工的信息。知識是由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程組成的。知識是事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則。從知識庫的觀點看，知識是某領(lǐng)域中所涉及的各 有關(guān)方面的一種符號表示。知識的要素：事實、規(guī)則、控制和元知識。 知識的表示方法有：狀態(tài)空間法、問題歸納法、謂詞邏輯法、語義網(wǎng)路法和框架表 示法謂詞邏輯法、產(chǎn)生式表示法、框架表示法和語義網(wǎng)絡(luò)表示法的要點是什么？它們有何本質(zhì)上的聯(lián)系及異同點? 答：謂語邏輯法是采用謂詞合式公式和一階謂詞演算把要解決的問題變?yōu)橐粋€有待證明 的問題,然后采用消解定理和消解反演來證明一個新語句是從已知的正確語句 導 出的,從而證明這個新語句也是正確的 狀態(tài)空間法是基于解答空間的問題表示和求解方法,是以狀態(tài)和操作符為基礎(chǔ)的。 問題歸約法是從目標(要解決的問題)出發(fā)逆向推理，建立子問題以及子問題的子問 題，直至最后把初始問題歸約為一個平凡的本原問題集合。 謂語邏輯法是采用謂詞合式公式和一階謂詞演算把要解決的問題變?yōu)橐粋€有待證 明的問題,然后采用消解定理和消解反演來證明一個新語句是從已知的正確語句導 出的,從而證明這個新語句也是正確的 語義網(wǎng)絡(luò)法是用“節(jié)點”代替概念，用節(jié)點間的“連接弧”代替概念之間的關(guān)系。 語義網(wǎng)絡(luò)表示法的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)性、聯(lián)想性、自然性。如何用謂詞邏輯法表示知識?（見課本例題） 例題： 所有學生都穿彩色制服。 任何整數(shù)或者為正數(shù)或者為負數(shù)。自然數(shù)都是大于零的整數(shù)。解：首先定義謂詞如下：Student(x):x是學生Uniform(x,y):x穿y N(x):x是自然數(shù) I(x):x是整數(shù) P(x):x是正數(shù) Q(x):x是負數(shù) L(x):x大于零用謂詞公式分別表示如下：(?x)(Student(x)->Uniform(x,color))(?x)(I(x)->P(x)VQ(x))(?x)(N(x)->L(x)ΛI(x))什么是產(chǎn)生式規(guī)則？產(chǎn)生式系統(tǒng)由哪些部分組成？說明各部分的功能。 答：產(chǎn)生式規(guī)則：確定性和不確定性規(guī)則知識的產(chǎn)生式表示確定性規(guī)則知識表示方法用產(chǎn)生式的基本形式P→Q或IFPTHENQ不確定性規(guī)則知識表示方法用P→Q（可信度）或者IFPTHENQ（可信度）確定性和不確定性事實性知識的產(chǎn)生式表示確定性事實性知識表示方法一般用三元組（對象，屬性，值）或（關(guān)系，對象1,對象2）來表示不確定性事實性知識表示方法一般用四元組（對象，屬性，值，不確定度量值）或（關(guān)系，對象1，對象2，不確定度量值）產(chǎn)生式系統(tǒng)組成：產(chǎn)生式系統(tǒng)通常由規(guī)則庫、數(shù)據(jù)庫和推理機三個基本部分組成。推理機數(shù)據(jù)庫規(guī)則庫推理機數(shù)據(jù)庫規(guī)則庫規(guī)則庫用于描述某領(lǐng)域內(nèi)知識的產(chǎn)生式集合，其中規(guī)則是以產(chǎn)生式表示，庫中包含著將問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換成解狀態(tài)的變換規(guī)則。規(guī)則庫是專家系統(tǒng)的核心。 數(shù)據(jù)庫又稱為事實庫，用來存放輸入事實、外部數(shù)據(jù)庫輸入的事實以及中間結(jié)果和最后結(jié)果，數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容是動態(tài)變化的。 推理機又稱控制系統(tǒng)，由一組程序組成，用來控制協(xié)調(diào)規(guī)則庫與數(shù)據(jù)庫的運行，包含推理方式與控制策略?？刂撇呗宰饔檬谴_定選用什么規(guī)劃或如何運用規(guī)則。從選擇規(guī)則到執(zhí)行操作要分三步完成：匹配、沖突解決和操作說明產(chǎn)生式系統(tǒng)推理機的推理方式及推理過程。 答：產(chǎn)生式系統(tǒng)推理機的推理方式有正向推理、反向推理和雙向推理三種 正向推理是從已知事實出發(fā)，通過規(guī)則求得結(jié)論，也稱數(shù)據(jù)驅(qū)動方式或自底向上的方式，過程如下：規(guī)則集中的規(guī)則與數(shù)據(jù)庫中的事實進行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。使用沖突解決算法，從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則。執(zhí)行啟用規(guī)則的后件，將該啟用規(guī)則的后件送入數(shù)據(jù)庫。重復這個過程直至達到目標。反向推理是從目標（作為假設(shè)）出發(fā)，反向使用規(guī)則，求得已知事實，也稱目標驅(qū)動方式或稱自頂向下的方式，過程如下：規(guī)則庫中的規(guī)則后件與目標事實進行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。使用解決算法，從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則。將啟用規(guī)則的前件作為子目標。重復這個過程直至各子目標均為已知事實成功結(jié)束。 雙向推理是一種既自頂向下、又自底向上的推理方式，推理從兩個方向同時進行，直至 某個中間界面上兩方向結(jié)果相符便成功結(jié)束。如何用框架表示法表示知識？如何用語義網(wǎng)絡(luò)法表示知識？（見課本例題）框架表示法表示知識舉例：描述“教師”的框架框架名：<教師>類屬：<知識分子>工作：范圍（教學，科研）默認：教學性別：（男，女）學歷：（中專，大專）類別：（<小學教師>，<中學教師>，<大學教師>）語義網(wǎng)絡(luò)法表示知識舉例:ISAPARTOF有ISAPARTOF有ISA計算機人我PC/PIV機PC機計算機硬盤顯示器CPU內(nèi)存ISAISAISA第3部分經(jīng)典邏輯推理什么是推理？推理的任務(wù)是什么？可分為哪幾類（按推理的邏輯基礎(chǔ)劃分、所利用的知識劃分、推出的結(jié)論的單調(diào)性劃分）？ 答：推理：按某種策略由已知判斷推出另一判斷的思維過程 推理的任務(wù)：從一種判斷推出另一種判斷 按判斷推出的途徑(邏輯基礎(chǔ)）來劃分：演繹推理、歸結(jié)推理、默認推理 按所利用的知識劃分：確定性推理、不確定性推理 按推出的結(jié)論的單調(diào)性劃分：單調(diào)推理、非單調(diào)推理什么是置換？什么是合一？什么是歸結(jié)？ 答： 置換是形如的有限集合。其中是項， 是變元；表示用替換，不允許與 相同，也不允許變元循環(huán)出現(xiàn)在另一個中。 合一：設(shè)有公式集，若存在一個代換， 使得 則稱為公式集F的一個合一， 且稱是可合一的。 歸結(jié)：設(shè)與是子句集中的任意兩個子句， 如果中的文字與中的文字互補， 那么從和中分別消去和， 并將二個子句中余下的部分析取，構(gòu)成一個新子句， 則稱這一過程為歸結(jié)，稱為和的歸結(jié)式， 稱和為的親本子句。什么是子句？把謂詞公式化為子句集有哪些步驟? 答：任何文字的析取式稱為子句。 謂詞公式化為子句集共有9個步驟 1）消去蘊涵符號； 2）減少否定符號的轄域； 3）對變量標準化； 4）消去存在量詞 5）化為前束形 6）把母式化為合取范式 7）消去全稱量詞 8）消去連詞符號^ 9）更換變量名稱掌握把謂詞公式化為子句集的方法。如把下列句子變換成子句形式：簡述用歸結(jié)法證明定理的過程（消解反演求解過程）。（見課本例題）P941720答：歸結(jié)法證明定理的過程：1）否定結(jié)論G，得到?G； 2）將前提條件A?ΛA?Λ…ΛAn和?G化為子句集S； 3）應(yīng)用歸結(jié)原理，反復對子句集S進行歸結(jié)，若能歸結(jié)出空子句，則證明子句 集S的不可滿足性，從而證明了公式A?ΛA?Λ…ΛAn→G為真。P95第17題：證明：先將問題用謂詞描述如下： ("x)(Pass(x,computer)∧Win(x,prize))→Happy(x)) ("x)("y)(Study(x)∨Lucky(x)→Pass(x,y)) ┐Study(zhang)∧Lucky(zhang) ("x)(Lucky(x)→Win(x,prize)) 結(jié)論“張是快樂的”的否定 ┐Happy(zhang)(3分) 將上述公式轉(zhuǎn)化為子句集如下： (1)┐Pass(x,computer)∨┐Win(x,prize)∨Happy(x) (2)┐Study(y)∨Pass(y,z) (3)┐Lucky(u)∨Pass(u,v) (4)┐Study(zhang) (5)Lucky(zhang) (6)┐Lucky(w)∨Win(w,prize){zhqang/u,computer/v}{zhqang/x}{W/x}┐Pass(x,computer){zhqang/u,computer/v}{zhqang/x}{W/x}┐Pass(x,computer)∨┐Win(x,prize)∨Happy(x)┐Lucky(w)∨Win(w,prize)┐Pass(w,computer)∨Happy(w)∨┐Lucky(w)┐Happy(zhang)┐Pass(zhang,computer)∨┐Lucky(zhang)Lucky(zhang)┐Pass(zhang,computer)┐Lucky(u)∨Pass(u,v)┐Lucky(zhang)Lucky(zhang)NIL P95第20題：設(shè)已知： (1)能閱讀的人是識字的； (2)海豚不識字； (3)有些海豚是很聰明的。證明：有些很聰明的人并不識解：第一步，先定義謂詞， 設(shè)R(x)表示x是能閱讀的； K(y)表示y是識字的； W(z)表示z是很聰明的； 第二步，將已知事實和目標用謂詞公式表示出來 能閱讀的人是識字的：(?x)(R(x))→K(x)) 海豚不識字：(?y)(?K(y)) 有些海豚是很聰明的：(?z)W(z) 有些很聰明的人并不識字：(?x)(W(z)∧?K(x)) 第三步，將上述已知事實和目標的否定化成子句集： ?R(x))∨K(x) ?K(y) W(z)(4分) ?W(z)∨K(x))(4分) 第四步，用歸結(jié)演繹推理進行證明如何通過歸結(jié)法求取問題的答案?P951819 答：歸結(jié)法求取問題的步驟如下：把已知前提條件用謂詞公式表示出來，并且化為子句集S；把待求解的問題用謂詞公式表示出來，然后將其否定，并與謂詞公式ANSWER構(gòu)成析取式，ANSWER是一個為了求解問題而專設(shè)的謂詞，并且其変元必須與謂詞公式中的変元一致；將2)中的析取式化為子句集，并且將該子句集并入到子句集S中。得到子句集S’;對子句集S’應(yīng)用歸結(jié)原理進行歸結(jié)。P95第18題： 定義謂詞：p（x）：x作案。 由五個偵察員的話為真，有 P（z）∨p（q）（1） P（q）∨p（s）（2） P（s）∨p（l）（3） ┐p（z）∨┐p（s）（4） ┐p（q）∨┐p（l）（5） 把結(jié)論的否定加入結(jié)論的否定的否定的子句中去，得： ┐p（x）∨┐P（x）（6） 因為這些全都是子句，所以化為子句集的步驟可以省略了。 （1），（4）歸結(jié)得： p（q）∨┐p（s）（7） （2），（7）歸結(jié)得： p（q）（8） 即：錢是盜竊犯。 （5），（8）歸結(jié)得：┐p（l）（9） 李不是盜竊犯。 （3），（9）歸結(jié)得：p(s)(10) 孫是盜竊犯。 （4），（10）歸結(jié)得：┐p（z） 趙不是盜竊犯。 所以，錢和孫是盜竊犯。P95第19題：看附件 與/或形演繹推理有哪幾種推理方式?簡述推理過程（見課本例題）P952122 答：與/或形演繹推理分為正向演繹、逆向演繹和雙向演繹推理。 與/或正向演繹推理過程如下：用與/或樹將已知事實表示出來；用F規(guī)則的左部和與/或樹的葉結(jié)點進行匹配，并將匹配成功的F規(guī)則加入大與/或樹中；重復步驟2），直至產(chǎn)生一個含有目標結(jié)點的一致解圖。 與/或逆向演繹推理過程如下：用與/或樹將求解目標表示出來；用B規(guī)則的右部和與/或樹的葉結(jié)點進行匹配，并將匹配成功的B規(guī)則加入大與/或樹中；重復步驟2），直至產(chǎn)生一個含有已知事實結(jié)點的一致解圖。P95第21題：看附件第5部分搜索問題求解5-1說明用狀態(tài)空間法求解問題的過程，基本的求解方法有哪些？ 答：求解問題過程： 1)將所要求的問題表示成狀態(tài)空間，問題的解就在狀態(tài)空間中 2)根據(jù)給定的條件，在狀態(tài)空間中搜索出目標狀態(tài)，從而求得問題的解 基本的求解方法有：1)狀態(tài)空間的窮搜索法 a,廣度優(yōu)先搜索算法b,深度優(yōu)先搜索算法。 2)啟發(fā)式搜索法 a,圖啟發(fā)式搜索算法A、b,圖啟發(fā)式搜索算法A*5-2什么是盲目搜索？啟發(fā)式搜索法的基本思想是什么？評估函數(shù)如何定義？評估函數(shù)的作用是什么？ 答：盲目搜索：指從當前狀態(tài)到目標狀態(tài)需要走多