人工智能系統(tǒng)的基本結構專業(yè)課件

1、 人工智能系統(tǒng)的基本結構人工智能系統(tǒng)的基本結構 產(chǎn)生式系統(tǒng)（產(chǎn)生式系統(tǒng)（Production SystemProduction System），），也稱作基于規(guī)則的系統(tǒng)，是人工智能也稱作基于規(guī)則的系統(tǒng)，是人工智能系統(tǒng)中最典型、最普遍的結構。系統(tǒng)中最典型、最普遍的結構。第二章第二章 人工智能系統(tǒng)結構人工智能系統(tǒng)結構 2.1 2.1 產(chǎn)生式系統(tǒng)概述產(chǎn)生式系統(tǒng)概述 2.2 2.2 問題的表示問題的表示 2.3 2.3 控制策略分類控制策略分類 2.4 2.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型 2.1 2.1 產(chǎn)生式系統(tǒng)概述產(chǎn)生式系統(tǒng)概述 產(chǎn)生式，也稱作規(guī)則，或產(chǎn)生式規(guī)則，用于描述各種產(chǎn)生式，也稱作規(guī)

2、則，或產(chǎn)生式規(guī)則，用于描述各種知識單元間廣泛存在的因果關系，即前提和結論之間知識單元間廣泛存在的因果關系，即前提和結論之間的關系。的關系。 在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，待描述系統(tǒng)的知識被分為兩部分：在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，待描述系統(tǒng)的知識被分為兩部分： 事實：事實：表示已知事實，如事物、事件及其之間關系，也可表示已知事實，如事物、事件及其之間關系，也可以看作是無前提條件的產(chǎn)生式。以看作是無前提條件的產(chǎn)生式。 產(chǎn)生式規(guī)則：產(chǎn)生式規(guī)則：前提和結論之間的關系式，表示推理過程和前提和結論之間的關系式，表示推理過程和行為。行為。2.1.1 2.1.1 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構 三個基本部分：綜合數(shù)據(jù)庫（事實

3、庫）、規(guī)則庫（規(guī)則集）、控制三個基本部分：綜合數(shù)據(jù)庫（事實庫）、規(guī)則庫（規(guī)則集）、控制器（規(guī)則解釋）。器（規(guī)則解釋）。1 1、綜合數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)生式系統(tǒng)使用的主要數(shù)據(jù)結構，存儲有關問題狀綜合數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)生式系統(tǒng)使用的主要數(shù)據(jù)結構，存儲有關問題狀態(tài)、性質等事實（敘述型知識），包括推理過程中形成的中間結態(tài)、性質等事實（敘述型知識），包括推理過程中形成的中間結論，對應問題的表示信息。論，對應問題的表示信息。2 2、規(guī)則庫是產(chǎn)生式規(guī)則的集合，存儲有關問題的狀態(tài)轉移、性質、規(guī)則庫是產(chǎn)生式規(guī)則的集合，存儲有關問題的狀態(tài)轉移、性質變化等規(guī)則（過程型知識），規(guī)則形式變化等規(guī)則（過程型知識），規(guī)則形式: :if if

4、 條件條件 then then 行動行動 if if 前提前提 then then 結論結論 如果某規(guī)則的前件能夠被事實庫中的事實滿足，則該規(guī)則被激活。如果某規(guī)則的前件能夠被事實庫中的事實滿足，則該規(guī)則被激活。3 3、控制器是規(guī)則的解釋程序或執(zhí)行程序，它規(guī)定選擇一條可用規(guī)、控制器是規(guī)則的解釋程序或執(zhí)行程序，它規(guī)定選擇一條可用規(guī)則的原則和規(guī)則使用的方式則的原則和規(guī)則使用的方式 ( (推理方向推理方向) )，并根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫的，并根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫的信息，控制求解問題的過程（控制策略信息，控制求解問題的過程（控制策略, ,推理引擎）。通常從選推理引擎）。通常從選擇規(guī)則到執(zhí)行操作分擇規(guī)則到執(zhí)行操作分三步

5、：三步： 匹配。匹配。 判斷規(guī)則的前件是否成立判斷規(guī)則的前件是否成立? 可能有多條規(guī)則的前件能夠與綜合數(shù)據(jù)庫中的事實匹配可能有多條規(guī)則的前件能夠與綜合數(shù)據(jù)庫中的事實匹配! 沖突解決，選擇可調用的規(guī)則。沖突解決，選擇可調用的規(guī)則。 從匹配滿足的規(guī)則集中選擇一條規(guī)則。從匹配滿足的規(guī)則集中選擇一條規(guī)則。 執(zhí)行規(guī)則，并在滿足結束條件時終止產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行執(zhí)行規(guī)則，并在滿足結束條件時終止產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行。 如果規(guī)則的后件是結論，把該結論加入綜合數(shù)據(jù)庫；如果規(guī)則的后件是結論，把該結論加入綜合數(shù)據(jù)庫； 如果規(guī)則的后件是動作，執(zhí)行該動作；如果規(guī)則的后件是動作，執(zhí)行該動作；4 4、產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點：、產(chǎn)生式系統(tǒng)

6、的特點： 數(shù)據(jù)、知識和控制相互獨立。數(shù)據(jù)、知識和控制相互獨立。 知識具有相對固定的格式：均由左、右兩部分組成。知識具有相對固定的格式：均由左、右兩部分組成。 知識無序性與模塊化：知識的補充和修改非常容易。知識無序性與模塊化：知識的補充和修改非常容易。 控制系統(tǒng)與問題無關?？刂葡到y(tǒng)與問題無關。2.1.2 2.1.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程 基本算法如下基本算法如下 ： 過程過程PRODUCTIONPRODUCTION 1 1DATA DATA 初始數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)庫 2 2Until DATA Until DATA 滿足結束條件滿足結束條件( (匹配）之前匹配）之前, do:,

7、do: 3 3從規(guī)則集中選一條可應用于從規(guī)則集中選一條可應用于DATADATA的規(guī)則的規(guī)則R R（選擇）（選擇） 4 4綜合數(shù)據(jù)庫綜合數(shù)據(jù)庫 R R 應用到應用到 DATA DATA 得到結果得到結果 （執(zhí)行）（執(zhí)行） 上述過程是上述過程是 “匹配、選擇、執(zhí)行匹配、選擇、執(zhí)行”的循環(huán)過程的循環(huán)過程。 2.2 2.2 問題的表示問題的表示 用產(chǎn)生式系統(tǒng)求解問題，就是把一個問題的描述轉化成產(chǎn)生式系統(tǒng)的三個部用產(chǎn)生式系統(tǒng)求解問題，就是把一個問題的描述轉化成產(chǎn)生式系統(tǒng)的三個部分。其中問題的表示（即綜合數(shù)據(jù)庫和規(guī)則集的描述）對問題的求解有很大分。其中問題的表示（即綜合數(shù)據(jù)庫和規(guī)則集的描述）對問題的求解有

8、很大的影響。的影響。 狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法。所求問題的已知事實及中間結論，稱為狀態(tài)。狀態(tài)的集合及。所求問題的已知事實及中間結論，稱為狀態(tài)。狀態(tài)的集合及狀態(tài)間的轉移規(guī)則構成問題的表示?；谶@種表示的問題求解稱為狀態(tài)間的轉移規(guī)則構成問題的表示?；谶@種表示的問題求解稱為狀態(tài)空狀態(tài)空間法間法。求解過程是，通過對可能的狀態(tài)空間的搜索求得一個解。求解過程是，通過對可能的狀態(tài)空間的搜索求得一個解。（PRODUCTIONPRODUCTION過程）過程） 問題歸約法問題歸約法。待求問題分解為一些較為簡單的子問題，且子問題也可以分。待求問題分解為一些較為簡單的子問題，且子問題也可以分解，所以可得到若干子問題。包

9、含問題、子問題的集合與問題分解的規(guī)則解，所以可得到若干子問題。包含問題、子問題的集合與問題分解的規(guī)則一起構成問題的表示?；谶@種表示的問題求解稱為一起構成問題的表示?；谶@種表示的問題求解稱為問題歸約法問題歸約法。求解過。求解過程是，通過對各個子問題解答的搜索求得原問題的解答。程是，通過對各個子問題解答的搜索求得原問題的解答。 （SPLITSPLIT過程）過程） 2.2.1 2.2.1 狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法狀態(tài)空間可用三元組（狀態(tài)空間可用三元組（S，O，G）來描述）來描述 S是狀態(tài)集合。狀態(tài)是表示某種事實的符號或數(shù)據(jù)。問題的狀態(tài)可以用任何類型的是狀態(tài)集合。狀態(tài)是表示某種事實的符號或數(shù)據(jù)。問題的

10、狀態(tài)可以用任何類型的數(shù)據(jù)結構描述。起始狀態(tài)數(shù)據(jù)結構描述。起始狀態(tài)S0是是S的一個非空子集，描述問題的初始狀態(tài)。的一個非空子集，描述問題的初始狀態(tài)。 G是目標狀態(tài)。是目標狀態(tài)。 G是是S的一個非空子集，它可以是一個或多個要達到的狀態(tài)，也可的一個非空子集，它可以是一個或多個要達到的狀態(tài)，也可以是對某些狀態(tài)性質的描述。以是對某些狀態(tài)性質的描述。 O是規(guī)則集合。集合中的每個元素稱作操作算子，將一個狀態(tài)轉化為另一個狀態(tài)。是規(guī)則集合。集合中的每個元素稱作操作算子，將一個狀態(tài)轉化為另一個狀態(tài)。問題求解：從問題求解：從S S0 0出發(fā)，經(jīng)過一系列操作變換達到出發(fā)，經(jīng)過一系列操作變換達到G G， 即狀態(tài)空間搜索

11、問題。狀態(tài)空間的一個解是一個有限的規(guī)則序列，即狀態(tài)空間搜索問題。狀態(tài)空間的一個解是一個有限的規(guī)則序列， 即為狀態(tài)空間的一個解，解不一定唯一。即為狀態(tài)空間的一個解，解不一定唯一。GSSSkOOO21021kOO,12.2.2 2.2.2 問題歸約法問題歸約法 問題歸約法也可用一個三元組（問題歸約法也可用一個三元組（S0，O，P）來描述）來描述 S0是初始問題，即要求解的問題；是初始問題，即要求解的問題； P是本原問題集，其中的每一個問題是自然成立的，不需證明的；是本原問題集，其中的每一個問題是自然成立的，不需證明的； O是操作算子集，一個操作算子可把一個問題化成若干個子問題。是操作算子集，一個操

12、作算子可把一個問題化成若干個子問題。該方法由問題出發(fā)，運用操作算子產(chǎn)生一些子問題，對子問題再運用操該方法由問題出發(fā)，運用操作算子產(chǎn)生一些子問題，對子問題再運用操作算子產(chǎn)生子問題的子問題，一直進行到產(chǎn)生的問題均為本原問題，則作算子產(chǎn)生子問題的子問題，一直進行到產(chǎn)生的問題均為本原問題，則問題得解。問題歸約的最終目的是產(chǎn)生本原問題。問題得解。問題歸約的最終目的是產(chǎn)生本原問題。問題歸約法是比狀態(tài)空間法更一般的問題求解方法，如果在歸約法中，問題歸約法是比狀態(tài)空間法更一般的問題求解方法，如果在歸約法中，每運用一次操作算子，只產(chǎn)生一個子問題，則就是狀態(tài)空間法。每運用一次操作算子，只產(chǎn)生一個子問題，則就是狀態(tài)

13、空間法。 9、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-3-62022-3-62022-3-63/6/2022 8:06:53 PM11、人總是珍惜為得到。2022-3-62022-3-62022-3-6Mar-226-Mar-2212、人亂于心，不寬余請。2022-3-62022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-63/6/202214、抱最大的希

14、望，作最大的努力。2022年3月6日星期日2022-3-62022-3-62022-3-615、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。2022年3月2022-3-62022-3-62022-3-63/6/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022-3-62022-3-6March 6, 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-62.2.3 2.2.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例 圖圖2-1 2-1 八數(shù)碼游戲八數(shù)碼游戲 問題描述：給定一種初始布局（初始狀態(tài)）和一個目標的布問題描述：給定一種初始布局（初始狀態(tài)）和一

15、個目標的布局（目標狀態(tài)），問如何移動將牌，實現(xiàn)從初始狀態(tài)到目標局（目標狀態(tài)），問如何移動將牌，實現(xiàn)從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的轉變。狀態(tài)的轉變。 一個合理的走步序列是問題的一個解。一個合理的走步序列是問題的一個解。2834 5716123456789、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-3-62022-3-62022-3-63/6/2022 8:06:54 PM11、人總是珍惜為得到。2022-3-62022-3-62022-3-6Mar-226-Mar-2212、人亂于心，不寬

16、余請。2022-3-62022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-63/6/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年3月6日星期日2022-3-62022-3-62022-3-615、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。2022年3月2022-3-62022-3-62022-3-63/6/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022-3-62022-3-6March 6, 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022-3-6202

17、2-3-62022-3-62022-3-6 1 1綜合數(shù)據(jù)庫：選擇一種數(shù)據(jù)結構表示將牌布局。綜合數(shù)據(jù)庫：選擇一種數(shù)據(jù)結構表示將牌布局。 本例選用二維數(shù)組來表示布局較直觀，其數(shù)組元素用本例選用二維數(shù)組來表示布局較直觀，其數(shù)組元素用 表示，其中表示，其中 且互不相等。且互不相等。 這樣每個具體取值矩陣就代表了一個棋局狀態(tài)。顯然，這樣每個具體取值矩陣就代表了一個棋局狀態(tài)。顯然，該問題有該問題有 個狀態(tài)。個狀態(tài)。 ijS8 , 1 , 0, 3,1ijSji362880! 9111213141516171819CCCCCCCCC 2. 2. 規(guī)則集：移動一塊將牌（即走一步）就使狀規(guī)則集：移動一塊將牌（

18、即走一步）就使狀態(tài)發(fā)生一次轉變。有四種走法：空格左移、空格態(tài)發(fā)生一次轉變。有四種走法：空格左移、空格上移、空格右移、空格下移。上移、空格右移、空格下移。記數(shù)組第記數(shù)組第 i i 行第行第 j j 列的元素為列的元素為 空格所在的行、列分別記為空格所在的行、列分別記為 ，則，則 則空格左移一格、空格上移一格、空格右移一則空格左移一格、空格上移一格、空格右移一格、空格下移一格可用如下格、空格下移一格可用如下4 4條規(guī)則來描述：條規(guī)則來描述：ijS 1i j3,00, ji000jiS 規(guī)則規(guī)則1: 1: （空格左移一格）（空格左移一格） 規(guī)則規(guī)則2: 2: （空格上移一格）（空格上移一格） 規(guī)則規(guī)

19、則3: 3: （空格右移一格）（空格右移一格） 規(guī)則規(guī)則4: 4: （空格下移一格）（空格下移一格） 0 000000i jij1ij1ifj2thenSS S0()(),;0 000000i ji1 ji1 jifi2thenSS S0()(),;0 000000i jij1ij1ifj2thenSS S0()(),;0 000000i ji1 ji1 jifi2thenSS S0()(),; 3.3.控制策略：從規(guī)則集中選擇規(guī)則并作用于狀控制策略：從規(guī)則集中選擇規(guī)則并作用于狀態(tài)的一種廣義選取函數(shù)。態(tài)的一種廣義選取函數(shù)。確定某一策略后，可以用算法的形式給出確定某一策略后，可以用算法的形式給出

20、程序。使用該策略從初始狀態(tài)出發(fā)，通過不斷程序。使用該策略從初始狀態(tài)出發(fā)，通過不斷尋求滿足一定條件的問題狀態(tài)，最后到達目標尋求滿足一定條件的問題狀態(tài)，最后到達目標狀態(tài)。狀態(tài)。 2.3 2.3 控制策略分類控制策略分類 對當前的狀態(tài)，只要某一條規(guī)則作用之后能生成合法的新狀態(tài)，對當前的狀態(tài)，只要某一條規(guī)則作用之后能生成合法的新狀態(tài)，那么，這條規(guī)則就是可用規(guī)則。那么，這條規(guī)則就是可用規(guī)則。 產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行表現(xiàn)出一種搜索過程，在每一個循環(huán)中選一產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行表現(xiàn)出一種搜索過程，在每一個循環(huán)中選一條規(guī)則試用，直到找到某一個序列能產(chǎn)生滿足結束條件的狀態(tài)條規(guī)則試用，直到找到某一個序列能產(chǎn)生滿足結束條件的狀

21、態(tài)為止。為止。 不同的控制策略產(chǎn)生不同的解，高效率的控制策略能夠走較少不同的控制策略產(chǎn)生不同的解，高效率的控制策略能夠走較少的步驟達到目標，但需要問題求解的足夠知識。的步驟達到目標，但需要問題求解的足夠知識。 控制策略分為兩類：控制策略分為兩類：不可撤回方式（不可撤回方式（IrrevocableIrrevocable）和試探方）和試探方式（式（TentativeTentative）。1 1）不可撤回方式：）不可撤回方式： 思想思想: : 利用問題給出的局部知識決定如何選取規(guī)則，利用問題給出的局部知識決定如何選取規(guī)則，已用過的規(guī)則不能撤回。優(yōu)點是控制簡單。已用過的規(guī)則不能撤回。優(yōu)點是控制簡單。

22、例：爬山問題。登山過程中，登山人的目標是爬上例：爬山問題。登山過程中，登山人的目標是爬上峰頂，如何一步一步地向目標前進就是一個策略問峰頂，如何一步一步地向目標前進就是一個策略問題。通常，人們利用高度隨位置變化的函數(shù)題。通常，人們利用高度隨位置變化的函數(shù)H(P)來來引導爬山，這是一種不可撤回方式。引導爬山，這是一種不可撤回方式。利用利用 H(P)可以計算朝不同方向邁出一步后高度的可以計算朝不同方向邁出一步后高度的變化情況。即變化情況。即 向東：向東：z1=H（P0+x）-H(P0) 向西：向西：z2=H（ P0 -x）- H(P0) 向北：向北：z3=H（ P0+ y）- H(P0) 向南：向南

23、：z4=H（ P0 -y）- H(P0) 選擇選擇z變化最大的那一步攀登，到達新的位置變化最大的那一步攀登，到達新的位置P；從從P開始重復這一過程，直到到達山頂。開始重復這一過程，直到到達山頂。圖圖2-2 2-2 爬山過程示意圖爬山過程示意圖 假設登山人當前所處的位置為假設登山人當前所處的位置為P0，如果只有四個方向可供選，如果只有四個方向可供選擇擇 ：向東（向東（x）、向西（）、向西（-x ）、向北（）、向北（y）、向南（）、向南（-y），分別記為規(guī)則，分別記為規(guī)則1、2、3、4。 爬山算法爬山算法1. 1. 開始狀態(tài)作為一個可能狀態(tài)。開始狀態(tài)作為一個可能狀態(tài)。2. 2. 從一個可能狀態(tài)，從

24、一個可能狀態(tài)，應用可用規(guī)則集生成所有新的可能狀態(tài)集應用可用規(guī)則集生成所有新的可能狀態(tài)集。3. 3. 對該狀態(tài)集中每一狀態(tài)：對該狀態(tài)集中每一狀態(tài)： （1 1）進行狀態(tài)測試，檢查其是否為目標：）進行狀態(tài)測試，檢查其是否為目標： （2 2）如果是目標則程序停止。）如果是目標則程序停止。 （3 3）如果不是目標，計算該狀態(tài)的好壞或者比較各狀態(tài)的好壞。）如果不是目標，計算該狀態(tài)的好壞或者比較各狀態(tài)的好壞。4. 4. 取狀態(tài)集中最好狀態(tài)，作為下一個可能狀態(tài)取狀態(tài)集中最好狀態(tài)，作為下一個可能狀態(tài)。5. 5. 回到第回到第2 2步。步。 爬山算法缺點：有時到達某一狀態(tài)后，盡管它不是目標狀態(tài)，但在測試過爬山算法

25、缺點：有時到達某一狀態(tài)后，盡管它不是目標狀態(tài)，但在測試過中又找不到比該狀態(tài)更好的狀態(tài)，如圖中又找不到比該狀態(tài)更好的狀態(tài)，如圖2-32-3。 局部極大點（多峰時處于非主峰）：它比周圍鄰居狀態(tài)都好，但不是目標。局部極大點（多峰時處于非主峰）：它比周圍鄰居狀態(tài)都好，但不是目標。 平頂：它與全部鄰居狀態(tài)都有同一個值。平頂：它與全部鄰居狀態(tài)都有同一個值。 山脊：如果搜索方向與山脊的走向不一致，則有可能會停留在山脊處。山脊：如果搜索方向與山脊的走向不一致，則有可能會停留在山脊處。所以，用不可撤回方式來求解登山問題，需要對狀態(tài)測試函數(shù)進行選擇：所以，用不可撤回方式來求解登山問題，需要對狀態(tài)測試函數(shù)進行選擇：

26、這個函數(shù)應具有單極值，且這個極值對應目標狀態(tài)值。這個函數(shù)應具有單極值，且這個極值對應目標狀態(tài)值。 圖圖2-3 2-3 爬山法的三種可能狀態(tài)爬山法的三種可能狀態(tài) 測試函數(shù)例：以測試函數(shù)例：以8 8數(shù)碼為例，統(tǒng)計數(shù)碼為例，統(tǒng)計“不在位不在位”將牌個數(shù)將牌個數(shù)（逐一比（逐一比較當前狀態(tài)與目標狀態(tài)對應位置較當前狀態(tài)與目標狀態(tài)對應位置, ,有差異的將牌總個數(shù)），并取有差異的將牌總個數(shù)），并取其負值作為狀態(tài)描述的函數(shù)其負值作為狀態(tài)描述的函數(shù). . - W(n) - W(n)（n n為測試狀態(tài)）為測試狀態(tài)） 基于該定義，下圖所示狀態(tài)的函數(shù)值為基于該定義，下圖所示狀態(tài)的函數(shù)值為-4-4。顯然，目標狀態(tài)的。顯然

27、，目標狀態(tài)的函數(shù)值為函數(shù)值為0 0。2 8 31 6 47 51 2 3457 6 81 2 38 47 6 52 8 31 6 47 51W=-42 8 31 47 6 52W=-3上上2 31 8 47 6 53W=-3上上 2 31 8 47 6 54W=-2左左1 2 3 8 47 6 55W=-1下下1 2 38 47 6 56W=0右右2 8 3 1 47 6 53W=-3左左 8 3 2 1 47 6 54W=-3上上8 3 2 1 47 6 55W=-3右右8 1 3 2 47 6 56W=-3下下8 1 3 2 47 6 57W=-3左左 1 3 8 2 47 6 58W=-

28、2上上1 3 8 2 47 6 59W=-1右右1 2 38 47 6 510W=0下下圖圖2-4 2-4 八數(shù)碼問題各狀態(tài)的爬山函數(shù)值八數(shù)碼問題各狀態(tài)的爬山函數(shù)值 爬山法的策略爬山法的策略 執(zhí)行使新狀態(tài)的測試函數(shù)值有最大增長的規(guī)則；執(zhí)行使新狀態(tài)的測試函數(shù)值有最大增長的規(guī)則； 所有規(guī)則都不能使新狀態(tài)的測試函數(shù)值增長時，所有規(guī)則都不能使新狀態(tài)的測試函數(shù)值增長時，執(zhí)行使測試函數(shù)值不減少的規(guī)則；執(zhí)行使測試函數(shù)值不減少的規(guī)則； 如果以上兩種規(guī)則都不存在，則過程停止。如果以上兩種規(guī)則都不存在，則過程停止。2 2）試探方式）試探方式 試探方式分為兩種：試探方式分為兩種：回溯方式和圖搜索方式回溯方式和圖搜索

29、方式。 回溯方式：應用規(guī)則后遇到規(guī)定的情況時，返回到最回溯方式：應用規(guī)則后遇到規(guī)定的情況時，返回到最近的近的回溯點回溯點（無特殊規(guī)定時，最近的上一狀態(tài)即是回（無特殊規(guī)定時，最近的上一狀態(tài)即是回溯點），從那里改選另外一條可應用規(guī)則。溯點），從那里改選另外一條可應用規(guī)則。2 2）試探方式）試探方式 對八數(shù)碼問題而言，在對八數(shù)碼問題而言，在3 3種情況下應考慮回溯：種情況下應考慮回溯： 新生成的狀態(tài)在通向目標的路徑上已經(jīng)出現(xiàn)過；新生成的狀態(tài)在通向目標的路徑上已經(jīng)出現(xiàn)過； 從初始狀態(tài)開始，在應用了指定數(shù)目的規(guī)則后，仍沒有找到從初始狀態(tài)開始，在應用了指定數(shù)目的規(guī)則后，仍沒有找到目標狀態(tài)；目標狀態(tài)； 對當

30、前狀態(tài)，再沒有可應用規(guī)則。對當前狀態(tài)，再沒有可應用規(guī)則。 假如規(guī)定的搜索深度為假如規(guī)定的搜索深度為6 6層（表現(xiàn)為：應用了第層（表現(xiàn)為：應用了第6 6條規(guī)則之后得到條規(guī)則之后得到的狀態(tài)仍然不是目標狀態(tài)），回溯策略應用于八數(shù)碼游戲時的一的狀態(tài)仍然不是目標狀態(tài)），回溯策略應用于八數(shù)碼游戲時的一部分搜索圖如圖部分搜索圖如圖2-52-5所示所示2 8 31 6 47 51 1左、上、右左、上、右同狀態(tài)同狀態(tài)4 4，回溯到上，回溯到上一步，到狀態(tài)一步，到狀態(tài)5 52 22 8 31 6 4 7 5上、右上、右左左2 8 3 6 41 7 53 3上、右、下上、右、下上上 8 32 6 41 7 54 4

31、右、下右、下上上8 32 6 41 7 55 5左、右、下左、右、下右右 8 32 6 41 7 56 6左左同狀態(tài)同狀態(tài)5 5，回溯到，回溯到上一步，到狀態(tài)上一步，到狀態(tài)6 68 32 6 41 7 57 7左左8 3 42 6 1 7 57 7下用了用了6 6條規(guī)則，未找條規(guī)則，未找到解，回溯到上一到解，回溯到上一步，到狀態(tài)步，到狀態(tài) 6 6狀態(tài)狀態(tài)6 6的所有規(guī)則的所有規(guī)則用完，回溯到上一用完，回溯到上一步，到狀態(tài)步，到狀態(tài) 5 58 3 2 6 41 7 56 6左、下左、下右右8 6 3 2 41 7 57 7左左（1 1）（1 1）（2 2）（3 3）8 6 32 41 7 56

32、6左、上、右、下左、上、右、下下下（2 2）圖圖2-5 2-5 利用回溯策略的部分搜索圖利用回溯策略的部分搜索圖 圖搜索方式圖搜索方式: : 對任一狀態(tài)，應用其所有可應用規(guī)則，并把狀態(tài)變對任一狀態(tài)，應用其所有可應用規(guī)則，并把狀態(tài)變化過程用圖結構記錄下來，一直到得到解為止。圖搜索策略求解化過程用圖結構記錄下來，一直到得到解為止。圖搜索策略求解問題是一種窮舉方式。問題是一種窮舉方式。 圖搜索方式下，求得一條解路徑需要搜索問題的整個求解空間。圖搜索方式下，求得一條解路徑需要搜索問題的整個求解空間。 對于狀態(tài)空間較大的問題，需要對于狀態(tài)空間較大的問題，需要利用與問題有關的知識引導規(guī)則的選擇利用與問題有

33、關的知識引導規(guī)則的選擇，以便在較窄的空間內找到問題的解。搜索過程中利用應用問題相關知識對以便在較窄的空間內找到問題的解。搜索過程中利用應用問題相關知識對規(guī)則進行選擇的搜索，稱為啟發(fā)式圖搜索。規(guī)則進行選擇的搜索，稱為啟發(fā)式圖搜索。圖圖2-6 2-6 八數(shù)碼游戲的部分搜索樹八數(shù)碼游戲的部分搜索樹 圖圖2-72-7是是5 5個城市旅行商問題的地圖，個城市旅行商問題的地圖， 求從求從A A出發(fā)經(jīng)出發(fā)經(jīng)B B、C C、D D、E E再回到再回到A A的最短的最短路徑。路徑。問題的表示：若每個城市用一個字母表問題的表示：若每個城市用一個字母表示，則綜合數(shù)據(jù)庫可用字母組成的表或示，則綜合數(shù)據(jù)庫可用字母組成的

34、表或字符串來表示，如（字符串來表示，如（A A）表示初始狀態(tài)，）表示初始狀態(tài)，（A A* * * * *A A）表示目標狀態(tài)，（）表示目標狀態(tài)，（A A* * *）表）表示訪問兩個城市后的當前狀態(tài)。示訪問兩個城市后的當前狀態(tài)。啟發(fā)式圖搜索例：啟發(fā)式圖搜索例：問題：旅行商問題。一個推銷員要到幾個城市辦理業(yè)務，城市間里程數(shù)已知。問題：旅行商問題。一個推銷員要到幾個城市辦理業(yè)務，城市間里程數(shù)已知。求：從某個城市出發(fā)，每個城市只允許訪問一次，最后回到出發(fā)城市的最短求：從某個城市出發(fā)，每個城市只允許訪問一次，最后回到出發(fā)城市的最短距離環(huán)路。距離環(huán)路。圖圖2-7 2-7 旅行商問題的地圖旅行商問題的地圖

35、規(guī)則集：規(guī)則集：1 1）下一步走向城市）下一步走向城市A A；2 2）下）下一步走向城市一步走向城市B B；， 5 5）下一步走）下一步走向城市向城市E E；問題的約束：問題的約束： 不可以重復經(jīng)過同一城市；不可以重復經(jīng)過同一城市； 在沒有轉完所有城市時，不能走向起在沒有轉完所有城市時，不能走向起點城市點城市A A。引導策略：每次走向離得最近的城市引導策略：每次走向離得最近的城市。圖圖2-82-8表示求解該問題時，用啟發(fā)式圖表示求解該問題時，用啟發(fā)式圖搜索控制方式生成的搜索樹。搜索控制方式生成的搜索樹。初態(tài)初態(tài)（A）B、C、D、E710613（AB）（AC） B、D、E（AD）（AE）10（A

36、CDEB） A7（ACDEBA） 目標目標圖圖2-8 2-8 用啟發(fā)式圖搜索生成的搜索樹用啟發(fā)式圖搜索生成的搜索樹5（ACD） B、E（ACB） （ACE） 796（ACDE） BACDB10三種控制方式有不同的特點：三種控制方式有不同的特點： 不可撤回方式沿著單獨的一條路徑延伸搜索；不可撤回方式沿著單獨的一條路徑延伸搜索； 回溯方式保留部分搜索樹結構，只記錄當前工作的一條回溯方式保留部分搜索樹結構，只記錄當前工作的一條路徑，回溯操作對當前工作路徑進行修正；路徑，回溯操作對當前工作路徑進行修正； 圖搜索方式記錄完整的搜索樹。圖搜索方式記錄完整的搜索樹。2.42.4 正向、逆向、雙向產(chǎn)生式系統(tǒng)正向、逆向、雙向產(chǎn)生式系統(tǒng) 正向產(chǎn)生式