作业参考答案

《人工智能与专家系统》课后习题部分答案第1章1.1何谓人工智能？人类智能主要包括那些能力？1.2知识工程是在什么背景下提出的？知识工程对人工智能的发展有何重要作用？1.4人工智能有哪几个主要学派？各学派的基本理论框架和研究方法有何不同？1.6人工智能主要的研究应用领域有哪些？第2章2.4请用相应的谓词公式表示下述语句：⑴有的人喜欢足球，有的人喜欢排球，有的人既喜欢足球又喜欢排球。MAN(x):x是人LIKE(x,y):x喜欢y(x)(MAN(x)∧LIKE(x,Football))∨(x)(MAN(x)∧LIKE(x,Volleytball))∨(x)(MAN(x)∧LIKE(x,Football)∧LIKE(x,Volleytball))⑵不是每一个人都喜欢游泳。MAN(x):x是人LIKE(x,y):x喜欢y¬(x)(MAN(x)→LIKE(x,Swimming)或者(x)(MAN(x)∧¬LIKE(x,Swimming))⑶如果没有利息，那么就没有人去储蓄钱。S(x,y):x储蓄yM(y):y是钱I(x):x是利息MAN(x):x是人(¬(x)I(x))→(x)(y)(MAN(x)∧M(y)→¬S(x,y))⑷对于所有的x和y，如果x是y的父亲，y是z的父亲，那么x是z的祖父。FATHER(x,y)：x是y的父亲GRANDPA(x,y)：x是y的祖父(x)(y)(FATHER(x,y)∧(z)FATHER(y,z))→GRANDPA(x,z))⑸对于所有的x和y,若x是y的孩子，那么y是x的父母。CHILDE(x,y):x是y的孩子PARENT(x,y):x是y的父母(x)(y)(CHILDE(x,y)→PARENT(y,x))⑹登高望远。CLIMBHIGH(x):x登的高SEEFAR(x):x望的远(x)(CLIMBHIGH(x)→SEEFAR(x))⑺响鼓不用重锤。P(x):x是鼓M(x):x是响的Q(x,y):x使用yN(y):y是锤子H(y):是重的(x)(y)(P(x)∧M(x)→¬Q(x,y)∧N(y)∧H(y))⑻如果ba0和cd0，则有(b*(a+c)/d)b。GREATER(x,y):x大于yf(x):b*(a+c)/d(GREATER(b,a)∧GREATER(a,0)∧GREATER(b,0)∧GREATER(c,d)∧GREATER(c,0)∧GREATER(d,0))→GREATER(f(x),b)2.10有下述猴子摘香蕉问题：在一个房间的地板上有一只猴子和一个箱子，天花板下挂有一串香蕉，猴子的水平位置为a,箱子的水平位置为b,香蕉的水平位置为c,猴子只有爬到箱子上才能摘到香蕉。猴子被允许有以下4种行为：在地板上行走：在地板上推动箱子：爬到箱子上：摘香蕉。为了规划处猴子摘香蕉的方案，请把猴子的4种行为表示为4条产生式规则。解：R1:if猴子离开a,then猴子在地板上行走R2:if猴子离开aand箱子离开b,then猴子推动箱子R3:if猴子位置在箱子上,then猴子爬到箱子上R4:if猴子到达c,then猴子摘香蕉用四元组P(x,y,z,w)来表示某一时刻猴子，香蕉，箱子的状态x表示猴子的水平位置y表示箱子的水平位置z:z=0时，表示猴子在箱子上面；z=1时，猴子不在箱子上面w:w=0时，表示猴子没有拿到香蕉；w=1时，猴子拿到香蕉Move(m):表示猴子在地板上行走Push(m):表示猴子推动箱子Stand(m):表示猴子爬到箱子上Pick(m):表示猴子摘香蕉P(b,b,1,0)→move(m)P(c,c,1,0)→push(m)P(c,c,0,0)→stand(m)P(c,c,0,1)→pick(m)2.11有下述传教士与野人问题：有3名传教士和3名野人来到一条河的左岸，欲乘一条船渡河到右岸，该船的最大负载能力为2人，传教士与野人均可撑船。在任何时候，不论是在右岸还是左岸，如果野人人数超过传教士人数，那么，野人就会吃掉传教士。为了规划出一个渡河方案，把6个人都安全地渡过河去，请用产生式表示法表示求解该问题的所有规划。解：(1)综合数据库:用三元组表示,即：(ML,CL,BL),其中0≤ML,CL≤3,BL∈{0,1}其中M、C分别代表某一岸上传教士与野人的数目,B=1表示船在这一岸,B=0则表示船不在。此时问题述简化为：(3,3,1)→(0,0,0)。对于N＝3的M－C问题，状态空间的总数为4×4×2＝32，根据约束条件的要求，可以看出只有20个合法状态。再进一步分析后，又发现有4个合法状态实际上是不可能达到的。因此实际的问题空间仅有16种状态可符合要求，其它的状态不符合要求。下表列出分析的结果：(ML,CL,BL)(ML,CL,BL)(001)达不到（000）（011）（010）(021)(020)(031)(030)达不到(101)不合法(100)不合法(111)(110)(121)不合法(120)不合法(131)不合法(130)不合法(201)不合法(200)不合法(211)不合法(210)不合法(221)(220)(231)不合法(230)不合法(301)达不到(300)(311)(310)(321)(320)(331)(330)达不到(2)规则集合:由摆渡操作组成。该问题主要有两种操作:pmc操作(规定为从左岸划向右岸)和qmc操作(从右岸划向左岸)。每次摆渡操作,船上人数有五种组合,因而组成有10条规则的集合。下面定义的规则前5条为pmc操作(从左岸划向右岸),后5条为qmc操作(从右岸划向左岸)。R1:if(ML,CL,BL=1)then(ML-1,CL,BL-1);(p10操作)R2:if(ML,CL,BL=1)then(ML,CL-1,BL-1);(p01操作)R3:if(ML,CL,BL=1)then(ML-1,CL-1,BL-1);(p11操作)R4:if(ML,CL,BL=1)then(ML-2,CL,BL-1);(p20操作)R5:if(ML,CL,BL=1)then(ML,CL-2,BL-1);(p02操作)R6:if(ML,CL,BL=0)then(ML+1,CL,BL+1);(q10操作)R7:if(ML,CL,BL=0)then(ML,CL+1,BL+1);(q01操作)R8:if(ML,CL,BL=0)then(ML+1,CL+1,BL+1);(q11操作)R9:if(ML,CL,BL=0)then(ML+2,CL,BL+1);(q20操作)R10:if(ML,CL,BL=0)then(ML,CL+2,BL+1);(q02操作)(3)初始和目标状态:即(3,3,1)和(0,0,0)。建立了产生式系统描述之后,就可以通过控制策略,对状态空间进行搜索,求得一个摆渡操作序列,使其实现目标状态。状态空间图是一个有向图,其节点可表示问题的各种状态(综合数据库),节点之间的弧线代表一些操作(产生式规则),它们可把一种状态导向另一种状态。这样建立起来的状态空间图,描述了问题所有可能出现的状态及状态和操作之间的关系,因而可以较直观地看出问题的解路径及性质。实际上只有问题空间规模较小的问题才可能作出状态空间图。由于每个摆渡操作都有对应的逆操作,即pmc对应qmc,所以该图也可表示成具有双向弧的形式。从状态空间图看出解序列相当之多,但最短解序列只有4个,例如：(p11、q10、p02、q01、p20、q11、p20、q01、p02、q01、p02)、(p11、q10、p02、q01、p02、q11、p20、q01、p02、q10、p11)、(p02、q01、p02、q01、p20、q11、p20、q01、p02、q01、p02)、(p02、q01、p02、q01、p20、q11、p20、q01、p02、q10、p11),均由11次摆渡操作构成。若给定其中任意两个状态分别作为初始和目标状态,就立即可找出对应的解序列来。在一般情况下,求解过程就是对状态空间搜索出一条解路径的过程。以上这个例子说明了建立产生式系统描述的过程,这也就是所谓问题的表示。对问题表示的好坏,往往对求解过程的效率有很大影响。一种较好的表示法会简化状态空间和规则集表示。其中的一条解路径为：(331)→(310)→(321)→(300)→(311)→(110)→(221)→(020)→(031)→(010)→(021)→(000)用语句叙述的解路径(即过河方案)如下：(1)初始状态:3个传教士、3个野人和船均在左岸;(2)2个野人由左岸过河到右岸;(3)1个野人划船返回左岸;(4)2个野人(包括返回的那个)由左岸过河到右岸;(5)1个野人划船返回左岸;(6)2个传教士由左岸过河到右岸;(7)1个传教士和一个野人返回左岸;(8)两个传教士(包括返回的那个)由左岸过河到右岸;(9)1个野人返回左岸;(10)2个野人由左岸过河到右岸;(11)1野人返回左岸;(12)2个野人由左岸过河到右岸,至此,传教士与野人全部过河,此时3个传教士、3个野人和船全在右岸。2.13何谓框架知识表示？给出框架的一般表示形式。2.16建立一个“学生”框架网络，其中，至少有“学生基本情况”、“学生课程学习情况”和“学生奖惩情况”三个框架描述。（略）参照P31例题2.62.17（1）与会者有男、有女，有的年老、有的年轻。（2）李明是图灵电脑公司的经理，他住在江滨路102号，今年38岁。与会者ABCD与或uo或uo男女年老年轻是部分部分部分部分状态状态状态状态人（3）大门前的这棵树从春天到秋天都开花。(4)计算机系的每个学生都学习“人工智能原理”，它是计算机专业的一门主干课程。说明：GS是一个概念结点，它代表具有全程量化的一般事件。GSg学生学习课程F是一种是一门是一个主体S客体l是一个人工智能原理计算机专业主干课属于性质计算机系属于李明江滨路102号38岁经理图灵电脑公司是工作在居住在年龄树大门开花现象春天秋天时间Located-on拥有是一种开始于结束于g是一个实例结点，代表GS中的一个具体例子。S是一个全称变量，表示任意一个学生。l是一个存在变量，代表某一次学习。s,l之间的联系构成了一个子空间。2.19简述语义网络系统求解问题的基本过程。2.25简述面向对象表示的主要特点。1.封装性2.模块性3.继承性4.易维护性第3章3.2正向推理流程图：YN把初始证据放入综合数据库推出的是新事实吗？成功退出Y将该新事实加入到综合数据库中NN按照冲突消解策略从该知识集中选出一条知识进行推理NN失败退出可用知识集空吗？Y用户还可以补充新事实吗？Y把用户补充的新事实加入到综合数据库中综合数据库中含有问题的解吗？Y知识库中有可用知识吗？形成可用知识集3.3反向推理流程图：失败退出建立假设集从假设集中取出一个假设将该知识前提中每个子条件都作为新的假设放入假设集该假设成立成功退出YYY该假设成立，并放入综合数据库N该假设是综合数据库中的事实吗？该假设能被知识库中的知识导出吗？N还有新的假设吗？N询问用户有此事实吗？N按照冲突消解策略从可用知识库中取出一条知识可用知识集空吗？Y将知识库中所有能导出此假设的知识构成一个可用知识集NY3.10（2）F＝{P(f(x),b),P(y,z)}解：①令σ0=ε，F0=F，因F0中含有两个表达式，所以σ0不是最一般合一。②差异集D0={f(x)，y}。③σ1=σ0○{f(x)/y}={f(x)/y}。F1＝F0{f(x)/y}＝｛P(f(x),b)，P(f(x),z)｝。④差异集D1={b，z}。⑤σ2=σ1○{b/z}={f(x)/y,b/z}。F2＝F1{b/z}＝｛P(f(x),b)｝。因为F2中只含有一个表达式，所以σ2={f(x)/y,b/z}就是最一般合一；即最一般合一为{f(x)/y,b/z}。(4)F={P(f(y),y,x),P(x,f(a),f(b))}解：①令σ0=ε，F0=F，因F0中含有两个表达式，所以σ0不是最一般合一。②差异集D0=