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人工智能及其应用(蔡自兴)课后答案

第二章知识表示方法

2-1 状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法和语义网络法的要点是什么它们有何本质上的联系及异同点

答：状态空间法：基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和算符为基础来表示和求解问题的。一般用状态空间法来表示下述方法：从某个初始状态开始，每次加一个操作符，递增的建立起操作符的试验序列，直到达到目标状态为止。

问题规约法：已知问题的描述，通过一系列变换把此问题最终变成一个子问题集合：这些子问题的解可以直接得到，从而解决了初始问题。问题规约的实质：从目标（要解决的问题）出发逆向推理，建立子问题以及子问题的子问题，直至最后把出示问题规约为一个平凡的本原问题集合。

谓词逻辑法：采用谓词合式公式和一阶谓词算法。要解决的问题变为一个有待证明的问题，然后采用消解定理和消解反演莱证明一个新语句是从已知的正确语句导出的，从而证明这个新语句也是正确的。

语义网络法：是一种结构化表示方法，它由节点和弧线或链组成。节点用于表示物体、概念和状态，弧线用于表示节点间的关系。语义网络的解答是一个经过推理和匹配而得到的具有明确结果的新的语义网络。语义网络可用于表示多元关系，扩展后可以表示更复杂的问题

2-2 设有3个传教士和3个野人来到河边，打算乘一只船从右岸渡到左岸去。该船的负载能力为两人。在任何时候，如果野人人数超过传教士人数，那么野人就会把传教士吃掉。他们怎样才能用这条船安全地把所有人都渡过河去

用S i(nC, nY) 表示第i次渡河后，河对岸的状态，nC表示传教士的数目，nY表示野人的数目，由于总人数的确定的，河对岸的状态确定了，河这边的状态也即确定了。考虑到题目的限制条件，要同时保证，河两岸的传教士数目不少于野人数目，故在整个渡河的过程中，允许出现的状态为以下3种情况：

1. nC=0

2. nC=3

3. nC=nY>=0 (当nC不等于0或3)

用d i(dC, dY)表示渡河过程中，对岸状态的变化，dC表示，第i次渡河后，对岸传教士数目的变化，dY表示，第i次渡河后，对岸野人数目的变化。当i为偶数时，dC,dY同时为非负数，表示船驶向对岸，i为奇数时，dC, dY同时为非正数，表示船驶回岸边。

初始状态为S0(0, 0)，目标状态为S0(3, 3)，用深度优先搜索的方法可寻找渡河方案。

在此，用图求法该问题，令横坐标为nY, 纵坐标为nC，可行状态为空心点表示，每次可以在格子上，沿对角线移动一格，也可以沿坐标轴方向移动1格，或沿坐标轴方向移动2格。第奇数次数状态转移，沿右方，上方，或右上方移动，第偶数次数状态转移，沿左方，下方，或左下方移动。

从(0,0)开始，依次沿箭头方向改变状态，经过11步之后，即可以到达目标状态(3,3)，相应的渡河方案为：

d1(1,1)--d2(-1,0)--d3(0,2)--d4(0,-1)--d5(2,0)--d6 (-1,-1)--d7(2,0)--d8(0,-1)--d9(0,2)--d10(-1,0)--d 11(1,1)

2-3 利用图，用状态空间法规划一个最短的旅行路程：此旅程从城市A开始，访问其他城市不多于一次，并返回A。选择一个状态表示，表示出所求得的状态空间的节点及弧线，标出适当的代价，并指明图中从起始节点到目标节点的最佳路径。

2-4试说明怎样把一棵与或解树用来表达图所示的电网络阻抗的计算。单独的R、L或C可分别用R、jωL或1/jωC来计算，这个事实用作本原问题。后继算符应以复合并联和串联阻抗的规则为基础。

图

约定，用原来的与后继算法用来表达并联关系，用原来的或后继算法用来表达串联关系

2-5 试用四元数列结构表示四圆盘梵塔问题，并画出求解该问题的与或图。

用四元数列 (nA, nB, nC, nD) 来表示状态，其中nA表示A盘落在第nA号柱子上，nB表示B盘落在第nB号柱子上，nC表示C盘落在第nC号柱子上，nD表示D盘落在第nD号柱子上。

初始状态为 1111，目标状态为 3333

如图所示，按从上往下的顺序，依次处理每一个叶结点，搬动圆盘，问题得解。

2-6 把下列句子变换成子句形式：

(1) (?x)｛P(x)→P(x)｝

(2) ?x?y(On(x,y)→Above(x,y))

(3) ?x?y?z(Above(x,y)∧Above(y,z)→Above(x,z))

(4) ～｛(?x)｛P(x)→｛（?y）［p(y)→p(f(x,y))］∧(?y)［Q(x,y)→P(y)］｝｝｝

(1)(ANY x) { P(x)P(x) }

(ANY x) {~P(x) OR P(x)}

~P(x) OR P(x)

最后子句为

~P(x) OR P(x)

(2) (ANY x) (ANY y) { On(x,y)Above(x,y) }

(ANY x) (ANY y) { ~On(x,y) OR Above(x,y) }

~On(x,y) OR Above(x,y)

最后子句为

~On(x,y) OR Above(x,y)

(3) (ANY x) (ANY y) (ANY z) { Above(x,y) AND Above(y,z) Above(x,z) }

(命题联结词之优先级如下:否定→合取→析取→蕴涵→等价)

(ANY x) (ANY y) (ANY z) { ~ [ Above(x,y) AND Above(y,z) ] OR Above (x,z) }

~ [ Above(x,y) AND Above(y,z) ] OR Above (x,z)

最后子句为

~[Above(x,y), Above(y,z)] OR Above(x,z)

(4) ~{ (ANY x) { P(x) { (ANY y) [ p(y)p(f(x,y)) ] AND (ANY y) [ Q(x,y) P(y) ] } } }

~ { (ANY x) { ~P(x) OR { (ANY y) [ ~p(y) OR p(f(x,y)) ] AND (ANY y) [ ~Q(x,y) OR P(y) ] } } }

(EXT x) { P(x) AND { (EXT x) [ p(y) AND ~p(f(x,y)) ] OR (EXT y) [ Q(x,y) AND ~P(y) ] } }

(EXT x) { P(x) AND { (EXT w) [ p(y) AND ~p(f(w,y)) ] OR (EXT v) [ Q(x,v) AND ~P(v) ] } }

P(A) AND { [ p(y) AND ~p(f(B,y)) ] OR [ Q(A,C) AND ~P(C) ] }

P(A) AND { [ p(y) AND ~p(f(B,y)) OR Q(A,C) ] AND [ p(y) AND ~p(f(B,y)) OR ~P(C) ] }

P(A) AND { { p(y), ~p(f(B,y)) } OR Q(A,C) } AND { { p(y), ~p(f(B,y)) } OR ~P(C) }

最后子句为

P(A)

{ p(x), ~p(f(B,x)) } OR Q(A,C)

{ p(y), ~p(f(B,y)) } OR ~P(C)

2-7 用谓词演算公式表示下列英文句子(多用而不是省用不同谓词和项。例如不要用单一的谓词字母来表示每个句子。)

A computer system is intelligent if it can perform a task which, if performed by a human, requires intelligence.

先定义基本的谓词

INTLT(x) means x is intelligent

PERFORM(x,y) means x can perform y

REQUIRE(x) means x requires intelligence

CMP(x) means x is a computer system

HMN(x) means x is a human

上面的句子可以表达为

(任意x)

{(存在t) (存在y)[HMN(y) 合取PERFORM(y,t) 合取REQUIRE(t) 合取 CMP(x) 合取 PERFORM(x,t) ] INTLT(x) }

2-8 把下列语句表示成语义网络描述：

(1) All man are mortal.

(2) Every cloud has a silver lining.

(3) All branch managers of DEC participate in a profit-sharing plan.

(1)

(2)

(3)

2-9 作为一个电影观众，请你编写一个去电影院看电影的剧本。

(1) 开场条件

(a) 顾客想看电影

(b) 顾客在足够的钱

(2) 角色

顾客，售票员，检票员，放映员 (3) 道具

钱，电影票

(4) 场景

场景 1 购票

(a)顾客来到售票处

(b)售票员把票给顾客

(c)顾客把钱给售票员

(d)顾客走向电影院门

场景 2 检票

(a)顾客把电影票给检票员

(b)检票员检票

(c)检票员把电影票还给顾客

(d)顾客进入电影院

场景 3 等待

(a)顾客找到自己的座位

(b)顾客坐在自己座位一等待电影开始

场景 4 观看电影

(a)放映员播放电影

(b)顾客观看电影

场景 5 离开

(a) 放映员结束电影放映

(b) 顾客离开电影院

(5) 结果

(a) 顾客观看了电影

(b) 顾客花了钱

2-10 试构造一个描述你的寝室或办公室的框架系统。

人工智能及其应用(蔡自兴)课后答案

第二章知识表示方法 2-1 状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法和语义网络法的要点是什么？它们有何本质上的联系及异同点? 答：状态空间法：基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和算符为基础来表示和求解问题的。一般用状态空间法来表示下述方法：从某个初始状态开始，每次加一个操作符，递增的建立起操作符的试验序列，直到达到目标状态为止。问题规约法：已知问题的描述，通过一系列变换把此问题最终变成一个子问题集合：这些子问题的解可以直接得到，从而解决了初始问题。问题规约的实质：从目标（要解决的问题）出发逆向推理，建立子问题以及子问题的子问题，直至最后把出示问题规约为一个平凡的本原问题集合。谓词逻辑法：采用谓词合式公式和一阶谓词算法。要解决的问题变为一个有待证明的问题，然后采用消解定理和消解反演莱证明一个新语句是从已知的正确语句导出的，从而证明这个新语句也是正确的。语义网络法：是一种结构化表示方法，它由节点和弧线或链组成。节点用于表示物体、概念和状态，弧线用于表示节点间的关系。语义网络的解答是一个经过推理和匹配而得到的具有明确结果的新的语义网络。语义网络可用于表示多元关系，扩展后可以表示更复杂的问题 2-2 设有3个传教士和3个野人来到河边，打算乘一只船从右岸渡到左岸去。该船的负载能力为两人。在任何时候，如果野人人数超过传教士人数，那么野人就会把传教士吃掉。他们怎样才能用这条船安全地把所有人都渡过河去? 用S i(nC, nY) 表示第i次渡河后，河对岸的状态，nC表示传教士的数目，nY表示野人的数目，由于总人数的确定的，河对岸的状态确定了，河这边的状态也即确定了。考虑到题目的限制条件，要同时保证，河两岸的传教士数目不少于野人数目，故在整个渡河的过程中，允许出现的状态为以下3种情况： 1. nC=0 2. nC=3 3. nC=nY>=0 (当nC不等于0或3) 用d i(dC, dY)表示渡河过程中，对岸状态的变化，dC表示，第i次渡河后，对岸传教士数目的变化，dY表示，第i次渡河后，对岸野人数目的变化。当i为偶数时，dC,dY同时为非负数，表示船驶向对岸，i为奇数时，dC, dY同时为非正数，表示船驶回岸边。

《人工智能及其应用》(蔡自兴)课后习题答案第7章

第七章机器学习 7-1 什么是学习和机器学习?为什么要研究机器学习? 按照人工智能大师西蒙的观点，学习就是系统在不断重复的工作中对本身能力的增强或者改进，使得系统在下一次执行同样任务或类似任务时，会比现在做得更好或效率更高。机器学习是研究如何使用机器来模拟人类学习活动的一门学科，是机器学习是一门研究机器获取新知识和新技能，并识别现有知识的学问。这里所说的“机器”，指的就是计算机。现有的计算机系统和人工智能系统没有什么学习能力，至多也只有非常有限的学习能力，因而不能满足科技和生产提出的新要求。 7-2 试述机器学习系统的基本结构，并说明各部分的作用。环境向系统的学习部分提供某些信息，学习部分利用这些信息修改知识库，以增进系统执行部分完成任务的效能，执行部分根据知识库完成任务，同时把获得的信息反馈给学习部分。影响学习系统设计的最重要的因素是环境向系统提供的信息。更具体地说是信息的质量。 7-3 试解释机械学习的模式。机械学习有哪些重要问题需要加以研究? 机械学习是最简单的机器学习方法。机械学习就是记忆，即把新的知识存储起来，供需要时检索调用，而不需要计算和推理。是最基本的学习过程。任何学习系统都必须记住它们获取的知识。在机械学习系统中，知识的获取是以较为稳定和直接的方式进行的，不需要系统进行过多的加工。要研究的问题： (1) 存储组织信息只有当检索一个项目的时间比重新计算一个项目的时间短时，机械学习才有意义，检索的越

快，其意义也就越大。因此，采用适当的存储方式，使检索速度尽可能地快，是机械学习中的重要问题。 (2) 环境的稳定性与存储信息的适用性问题机械学习基础的一个重要假定是在某一时刻存储的信息必须适用于后来的情况 (3) 存储与计算之间的权衡如果检索一个数据比重新计算一个数据所花的时间还要多，那么机械学习就失去了意义。 7-4 试说明归纳学习的模式和学习方法。归纳是一种从个别到一般，从部分到整体的推理行为。归纳学习的一般模式为：给定：观察陈述(事实)F，假定的初始归纳断言(可能为空)，及背景知识求：归纳断言(假设)H，能重言蕴涵或弱蕴涵观察陈述，并满足背景知识。学习方法 (1) 示例学习它属于有师学习，是通过从环境中取得若干与某概念有关的例子，经归纳得出一般性概念的一种学习方法。示例学习就是要从这些特殊知识中归纳出适用于更大范围的一般性知识，它将覆盖所有的正例并排除所有反例。 (2) 观察发现学习它属于无师学习，其目标是确定一个定律或理论的一般性描述，刻画观察集，指定某类对象的性质。它分为观察学习与机器发现两种，前者用于对事例进行聚类，形成概念描述，后者用于发现规律，产生定律或规则。 7-5 什么是类比学习？其推理和学习过程为何？类比是一种很有用和很有效的推理方法，它能清晰，简洁地描述对象间的相似性，是人类认识世界的一种重要方法。类比推理的目的是从源域S中，选出与目标域T最近似的问题及其求解方法，解决当前问题，或者建立起目标域中已有命题间的联系，形成新知识。类比学习就是通过类比，即通过对相似事物加以比较所进行的一种学习。类比推理过程如下： (1) 回忆与联想

人工智能(蔡自兴)实验2事实表示

实验2 Prolog程序事实表示 Visual Prolog是面向对象的、严格类型化的和模式检验的程序设计语言。在编写Visual Prolog程序时，必须掌握这些内容，但是在这里将集中在编写代码这个核心问题上，也就是说，编写这些代码时暂时不考虑类、类型和模式。为此，将使用包含在Visual Prolog 6 中的PIE例子。PIE是一个经典的Prolog解释器，通过它，可以学会和实现Prolog程序，而不必关心类、类型等方面的知识。这里的内容是基于使用Build6004或者是以后的Visual Prolog 6版本，否则，PIE应用程序将不会象现在描述的这样工作。这个编译号可以在VDE的About对话框中找到。 1．Horn子句逻辑 Visual Prolog 和其它Prolog用语都是基于Horn子句逻辑的。Horn 子句逻辑是对事物及其相互关系进行推理的形式系统。在自然语言中，可以有这样样的一个陈述句： John是Bill的父亲。

这里涉及两个实体，John和Bill,以及他们之间的关系,即一个是另一个的父亲.在Horn子句逻辑中,可以这样形式化地表述上面的陈述句: father(“Bill”,”John”). 上面的father是带两个参量的一个谓词或关系，它表示第2个人是第1个人的父亲。注意：此处已经选择了第2个人是第1个人的父亲，也可以选择另外的方式，变量的顺序形式化设计者的选择，然而一旦选定了，就必须保持一致，在这里的表述中，父亲始终是第2个人。已经选择用人名来代表人，因为在现实世界中，许多人有相同的名字，所以这一方法不一定有效。但在这里，用这一简单的形式化表示。有了上面的形式化方法，可以表示任何人之间的任何类型的家庭关系，但是，为了让这些表述更为有趣，制定下面的规则。 X是Z的祖父，如果X是Y的父亲且Y是Z的父亲其中X，Y，Z指人。在Horn子句逻辑中，可以这样表述grandFathe(Person,GrandFathe):- father(Person,Father),father(Father,GrandFather).

蔡自兴_人工智能课后答案

人工智能作业题 1 － 1 什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。 1 － 4 现在人工智能有哪些学派？它们的任知观是什么？ 1 － 6 人工智能的主要研究和应用领域是什么？其中，哪些是新的研究热点？ 2 － 6 用谓词演算公式表示下列英文句子 ( 多用而不是省用不同谓词和项。例如不要用单一的谓词字母来表示每个句子 ) 。 A computer system is intelligent if it can perform a task which,if performed by a human, requires intelligence. 2 － 7 把下列语句表示成语义网络描述： (1) All man are mortal. (2) Every cloud has a silver liming. (3) All branch managers of DEC participate in a profit-sharing plan. 2 － 9 试构造一个描述你的寝室或办公室的框架系统。补充题： 1 、张某被盗，公安局派出五个侦察员去调查。研究案情时，侦察员 A 说“赵与钱中至少有一人作案”；侦察员 B 说“钱与孙中至少有一人作案”；侦察员 C 说“孙与李中至少有一人作案”；侦察员 D 说“赵与孙中至少有一人与此案无关”；侦察员 E 说“钱与李中至少有一人与此案无关”。如果这五个侦察员的话都是可信的，试用归结演绎推理求出谁是盗窃犯。 3 － 4 如何通过消解反演求取问题的答案？ 3 － 11 规则演绎系统和产生式系统有哪几种推理方式？各自的特点为何？ 3 － 6 下列语句是一些几何定理，把这些语句表示为基于规则的几何证明系统的产生式规则： (1) 两个全等三角形的各对应角相等。 (2) 两个全等三角形的各对应边相等。

《人工智能及其应用》(蔡自兴)课后习题答案第5章

第五章机器学习 7-1 什么是学习和机器学习?为什么要研究机器学习? 按照人工智能大师西蒙的观点，学习就是系统在不断重复的工作中对本身能力的增强或者改进，使得系统在下一次执行同样任务或类似任务时，会比现在做得更好或效率更高。机器学习是研究如何使用机器来模拟人类学习活动的一门学科，是机器学习是一门研究机器获取新知识和新技能，并识别现有知识的学问。这里所说的“机器”，指的就是计算机。现有的计算机系统和人工智能系统没有什么学习能力，至多也只有非常有限的学习能力，因而不能满足科技和生产提出的新要求。 7-2 试述机器学习系统的基本结构，并说明各部分的作用。环境向系统的学习部分提供某些信息，学习部分利用这些信息修改知识库，以增进系统执行部分完成任务的效能，执行部分根据知识库完成任务，同时把获得的信息反馈给学习部分。影响学习系统设计的最重要的因素是环境向系统提供的信息。更具体地说是信息的质量。 7-3 试解释机械学习的模式。机械学习有哪些重要问题需要加以研究? 机械学习是最简单的机器学习方法。机械学习就是记忆，即把新的知识存储起来，供需要时检索调用，而不需要计算和推理。是最基本的学习过程。任何学习系统都必须记住它们获取的知识。在机械学习系统中，知识的获取是以较为稳定和直接的方式进行的，不需要系统进行过多的加工。要研究的问题： (1) 存储组织信息只有当检索一个项目的时间比重新计算一个项目的时间短时，机械学习才有意义，检索的越

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用S i(nC, nY) 表示第i次渡河后，河对岸的状态，nC表示传教士的数目，nY表示野人的数目，由于总人数的确定的，河对岸的状态确定了，河这边的状态也即确定了。考虑到题目的限制条件，要同时保证，河两岸的传教士数目不少于野人数目，故在整个渡河的过程中，允许出现的状态为以下3种情况： 1. nC=0 2. nC=3 3. nC=nY>=0 (当nC不等于0或3) 用d i(dC, dY)表示渡河过程中，对岸状态的变化，dC表示，第i次渡河后，对岸传教士数目的变化，dY表示，第i次渡河后，对岸野人数目的变化。当i为偶数时，dC,dY同时为非负数，表示船驶向对岸，i为奇数时，dC, dY同时为非正数，表示船驶回岸边。初始状态为S0(0, 0)，目标状态为S0(3, 3)，用深度优先搜索的方法可寻找渡河方案。在此，用图求法该问题，令横坐标为nY, 纵坐标为nC，可行状态为空心点表示，每次可以在格子上，沿对角线移动一格，也可以沿坐标轴方向移动1格，或沿坐标轴方向移动2格。第奇数次数状态转移，沿右方，上方，或右上方移动，第偶数次数状态转移，沿左方，下方，或左下方移动。

蔡自兴-人工智能课后答案

！人工智能作业题 1 － 1 什么是人工智能试从学科和能力两方面加以说明。 1 － 4 现在人工智能有哪些学派它们的任知观是什么 1 － 6 人工智能的主要研究和应用领域是什么其中，哪些是新的研究热点 2 － 6 用谓词演算公式表示下列英文句子 ( 多用而不是省用不同谓词和项。例如不要用单一的谓词字母来表示每个句子 ) 。 A computer system is intelligent if it can perform a task which,if performed by a human, requires intelligence. 2 － 7 把下列语句表示成语义网络描述： (1) All man are mortal. (2) Every cloud has a silver liming. % (3) All branch managers of DEC participate in a profit-sharing plan. 2 － 9 试构造一个描述你的寝室或办公室的框架系统。补充题： 1 、张某被盗，公安局派出五个侦察员去调查。研究案情时，侦察员 A 说“赵与钱中至少有一人作案”；侦察员 B 说“钱与孙中至少有一人作案”；侦察员 C 说“孙与李中至少有一人作案”；侦察员 D 说“赵与孙中至少有一人与此案无关”；侦察员 E 说“钱与李中至少有一人与此案无关”。如果这五个侦察员的话都是可信的，试用归结演绎推理求出谁是盗窃犯。 3 － 4 如何通过消解反演求取问题的答案 3 － 11 规则演绎系统和产生式系统有哪几种推理方式各自的特点为何

3 － 6 下列语句是一些几何定理，把这些语句表示为基于规则的几何证明系统的产生式规则： … (1) 两个全等三角形的各对应角相等。 (2) 两个全等三角形的各对应边相等。 3 － 17 把下列句子变换成子句形式： 4 － 1 计算智能的含义是什么它涉及哪些研究分支 4 － 6 构作一个神经网络，用于计算含有两个输入的 XOP 函数。指定所用神经网络单元的种类。 . 4 － 16 设有下列两个模糊关系试求出R 1和R 2的复合关系R 1。R 2。 5 － 1 什么是进化计算它包括哪些内容它们的出发点是什么 5 － 2 试述遗传算法的基本原理，并说明遗传算法的求解步骤。 5 － 9 什么是人工生命请按你的理解用自己的语言给人工生命下个定义。 6 － 1 什么叫做专家系统它具有哪些特点与优点补充习题）补充习题：

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