《人工智能》實(shí)驗(yàn)教案初稿

湖南中醫(yī)藥大學(xué)課堂教學(xué)教案課程名稱人工智能教師姓名丁長松教研室軟件理論與技術(shù)教學(xué)對象授課時(shí)間第3周教學(xué)內(nèi)容知識表示實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)3教材版本實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖寣W(xué)生加深對謂詞邏輯和謂詞知識表示的理解。

教學(xué)內(nèi)容設(shè)農(nóng)夫、狼、山羊、白菜都在河的左岸，現(xiàn)在要把它們運(yùn)送到河的右岸去，農(nóng)夫有條船，過河時(shí)，除農(nóng)夫外船上至多能載狼、山羊、白菜中的一種。狼要吃山羊，山羊要吃白菜，除非農(nóng)夫在那里。試設(shè)計(jì)出一個確保全部都能過河的方案。實(shí)驗(yàn)要求寫出所用謂詞的定義，并給出每個謂詞的功能及變量的個體域，然后編程來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)步驟（1）先定義描述狀態(tài)的謂詞AL(x)：x在左岸?AL(x)表示x在右岸。（2）定義個體域x的個體域：{農(nóng)夫，船，狼，羊，白菜}。（3）定義初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)問題的初始狀態(tài)：AL(農(nóng)夫)，AL(船)，AL(狼)，AL(羊)，AL(白菜)，問題的目標(biāo)狀態(tài)：?AL(農(nóng)夫)，?AL(船)，?AL(狼)，?AL(羊)，?AL(白菜)（4）定義動作（5）問題求解過程的程序?qū)崿F(xiàn)（6）調(diào)試、查看運(yùn)行結(jié)果。主任意見教學(xué)實(shí)施情況小結(jié)說明：本教案由任課教師在每單元教學(xué)前填寫，并與講稿一起交教研室主任（教研室主任的交部、系主任）審查批準(zhǔn)，方可實(shí)施。湖南中醫(yī)藥大學(xué)課堂教學(xué)教案課程名稱人工智能教師姓名丁長松教研室軟件理論與技術(shù)教學(xué)對象授課時(shí)間第6周教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生式系統(tǒng)推理-動物識別學(xué)時(shí)數(shù)3教材版本教學(xué)目的與要求（1）理解并掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本原理；（2）掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成部分，以及正向推理和逆向推理過程。教學(xué)內(nèi)容提要設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，讓其實(shí)現(xiàn)可以識別老虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁這6種動物。

其規(guī)則庫中應(yīng)包含至少15條規(guī)則，假設(shè)推理開始時(shí)綜合數(shù)據(jù)庫中存放有以下事實(shí)：

動物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄。實(shí)驗(yàn)步驟（1）IDENTIFIER產(chǎn)生式規(guī)則規(guī)則I1：如果該動物有毛發(fā)那么它是哺乳動物規(guī)則I2：如果該動物有奶那么它是哺乳動物規(guī)則I3：如果該動物有羽毛那么它是鳥類動物規(guī)則I4：如果該動物能生蛋它能飛行那么它是鳥類動物給出的六種動物除了哺乳動物即是鳥類動物，故I1-I4這一組規(guī)則可用于區(qū)分這兩類動物。I5-I8用于區(qū)分哺乳動物中的食肉動物和有蹄動物。I9-I10用于區(qū)分肉食動物。I11-I12用于區(qū)分蹄型動物。I13-I15用于區(qū)分鳥類動物。（2）問題求解過程的程序?qū)崿F(xiàn)（3）調(diào)試、查看運(yùn)行結(jié)果。主任意見教學(xué)實(shí)施情況小結(jié)說明：本教案由任課教師在每單元教學(xué)前填寫，并與講稿一起交教研室主任（教研室主任的交部、系主任）審查批準(zhǔn)，方可實(shí)施。湖南中醫(yī)藥大學(xué)課堂教學(xué)教案課程名稱人工智能教師姓名丁長松教研室軟件理論與技術(shù)教學(xué)對象授課時(shí)間第9周教學(xué)內(nèi)容搜索實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)3教材版本實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬螌?shí)驗(yàn)是讓學(xué)生掌握廣度優(yōu)先搜索策略，找出從初態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要在3×3的方格棋盤上，分別放置了標(biāo)有數(shù)字1、2、3、4、5、6、7、8的八張牌，初始狀態(tài)S0，目標(biāo)狀態(tài)S8

，如下圖?？梢允褂玫牟僮饔校篠0S8空格左移，空格右移，空格上移，空格下移即只允許把位于空格左、右、上、下方的牌移入空格，找出解的路徑。實(shí)驗(yàn)要求本次實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生掌握廣度優(yōu)先搜索策略，找出從初態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。實(shí)驗(yàn)步驟（1）問題分析：算法主要思想是從初始結(jié)點(diǎn)開始依次沿其上下左右四個方向擴(kuò)展結(jié)點(diǎn)，并逐一檢查這些后繼結(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)結(jié)點(diǎn)，若不等于目標(biāo)結(jié)點(diǎn)則把該后繼結(jié)點(diǎn)插入到數(shù)組末尾。然后取數(shù)組中未擴(kuò)展的第一個結(jié)點(diǎn)重復(fù)以上操作，直到得到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)為止或在限定步數(shù)以內(nèi)未得到解。（2）給出廣度優(yōu)先搜索策略數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（3）給出問題求解過程的程序?qū)崿F(xiàn)。（4）調(diào)試、查看運(yùn)行結(jié)果。主任意見教學(xué)實(shí)施情況小結(jié)說明：本教案由任課教師在每單元教學(xué)前填寫，并與講稿一起交教研室主任（教研室主任的交部、系主任）審查批準(zhǔn)，方可實(shí)施。湖南中醫(yī)藥大學(xué)課堂教學(xué)教案課程名稱人工智能教師姓名丁長松教研室軟件理論與技術(shù)教學(xué)對象授課時(shí)間第13周教學(xué)內(nèi)容計(jì)算智能實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)3教材版本實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫夂驼莆詹┺臉涞膯l(fā)式搜索過程，能夠用某種程序語言建立一個簡單的博弈系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要基于剪枝技術(shù)的一字棋博弈系統(tǒng)(1)規(guī)定棋盤大小為5行5列，要求自行設(shè)計(jì)估價(jià)函數(shù)，按極大極小搜索方法，并采用α-β剪枝技術(shù)。(2)采用人機(jī)對弈方式，一方走完一步后，等待對方走步，對弈過程每一時(shí)刻的棋局都在屏幕上顯示出來。(3)提交完整的軟件系統(tǒng)和相關(guān)文檔，包括源程序和可執(zhí)行程序。實(shí)驗(yàn)步驟1）具體的剪枝方法如下：(1)對于一個與節(jié)點(diǎn)MIN，若能估計(jì)出其倒推值的上確界β，并且β不大于MIN的父節(jié)點(diǎn)的估計(jì)倒推值的下確界α，就不必再擴(kuò)展該MIN節(jié)點(diǎn)的其余子節(jié)點(diǎn)，這一過程稱為α剪枝。(2)對于一個或節(jié)點(diǎn)MAX，若能估計(jì)出其倒推值的下確界α，并且α不小于MAX的父節(jié)點(diǎn)的估計(jì)倒推值的上確界β，就不必再擴(kuò)展該MAX節(jié)點(diǎn)的其余子節(jié)點(diǎn)，這一過程稱為β剪枝。2）在搜索期間，α和β值的計(jì)算如下：(1)一個MAX節(jié)點(diǎn)的值α等于其后繼節(jié)點(diǎn)當(dāng)前最大的最終倒推值。(2)一個MIN節(jié)點(diǎn)的值β等于其后繼節(jié)點(diǎn)當(dāng)前最小的最終倒推值。3）給出問題求解過程的程序?qū)崿F(xiàn)。4）調(diào)試、查看運(yùn)行結(jié)果。主任意見教學(xué)實(shí)施情況小結(jié)說明：本教案由任課教師在每單元教學(xué)前填寫，并與講稿一起交教研室主任（教研室主任的交部、系主任）審查批準(zhǔn)，方可實(shí)施。湖南中醫(yī)藥大學(xué)課堂教學(xué)教案課程名稱人工智能教師姓名丁長松教研室軟件理論與技術(shù)教學(xué)對象授課時(shí)間第16周教學(xué)內(nèi)容專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)3教材版本實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制和基于規(guī)則推理的基本方法。（2）通過一個實(shí)例了解小型專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，初步掌握專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個某領(lǐng)域的小型專家系統(tǒng)（動物識別），該系統(tǒng)能對輸入的詢問回答分類或預(yù)測的結(jié)果，并根據(jù)推理過程回答“為什么”或“怎樣得出該結(jié)論”的問題。實(shí)驗(yàn)步驟1）知識庫的建立、獲取2）數(shù)據(jù)庫的建立、獲取3）給出問題求解過程的程序?qū)崿F(xiàn)。4）調(diào)試、查看運(yùn)行結(jié)果。主任意見教學(xué)實(shí)施情況小結(jié)說明：本教案由任課教師在每單元教學(xué)前填寫，并與講稿一起交教研室主任（教研室主任的交部、系主任）審查批準(zhǔn)，方可實(shí)施。湖南中醫(yī)藥大學(xué)課堂教學(xué)教案課程名稱人工智能教師姓名丁長松教研室軟件理論與技術(shù)教學(xué)對象授課時(shí)間第17周教學(xué)內(nèi)容本課程討論學(xué)時(shí)數(shù)3教材版本討論目的與要求通過討論加強(qiáng)對本課程的理解，尤其是對人工智能的發(fā)展趨勢、研究領(lǐng)域進(jìn)行了解，激發(fā)學(xué)生對該課程以及信息學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣。討論內(nèi)容提要（1）人工智能的發(fā)展趨勢（2）人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域教學(xué)組織與設(shè)計(jì)（1）從發(fā)展路徑及階段上看，實(shí)現(xiàn)人工智能需經(jīng)歷三個階段：計(jì)算智能（能存會算）、感知智能（能聽會說、能看會認(rèn)）和認(rèn)知智能（能理解會思考）。（2）人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域已非常廣泛，從理論到技術(shù)，從產(chǎn)品到工程，從家庭到社會，從地下到太空，智能無處不在。例如，智能CAD、智能CAI、智能產(chǎn)品