人工智能资料：人工智能原理及其应用(第2版)[王万森编著][习题解答].doc

1、1第 2 章知识表示方法部分参考答案2.8 设有如下语句，请用相应的谓词公式分别把他们表示出来：(1) 有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花 。解：解：定义谓词P(x)：x 是人L(x,y)：x 喜欢 y其中，y 的个体域是梅花，菊花。将知识用谓词表示为：(x )(P(x)L(x, 梅花)L(x, 菊花)L(x, 梅花)L(x, 菊花)(2) 有人每天下午都去打篮球。解：解：定义谓词P(x)：x 是人B(x)：x 打篮球A(y)：y 是下午将知识用谓词表示为：(x )(y) (A(y)B(x)P(x)(3) 新型计算机速度又快，存储容量又大。解：解：定义谓词NC(x)：x

2、 是新型计算机F(x)：x 速度快B(x)：x 容量大将知识用谓词表示为：(x) (NC(x)F(x)B(x)(4) 不是每个计算机系的学生都喜欢在计算机上编程序。解：解：定义谓词S(x)：x 是计算机系学生L(x, pragramming)：x 喜欢编程序U(x,computer)：x 使用计算机将知识用谓词表示为： (x) (S(x)L(x, pragramming)U(x,computer)(5) 凡是喜欢编程序的人都喜欢计算机。解：解：定义谓词P(x)：x 是人L(x, y)：x 喜欢 y将知识用谓词表示为：(x) (P(x)L(x,pragramming)L(x, computer)

3、22.9 用谓词表示法求解机器人摞积木问题。设机器人有一只机械手，要处理的世界有一张桌子，桌上可堆放若干相同的方积木块。机械手有 4 个操作积木的典型动作：从桌上拣起一块积木；将手中的积木放到桌之上；在积木上再摞上一块积木；从积木上面拣起一块积木。积木世界的布局如下图所示。解：解：(1) 先定义描述状态的谓词CLEAR(x)：积木 x 上面是空的。ON(x, y)：积木 x 在积木 y 的上面。ONTABLE(x)：积木 x 在桌子上。HOLDING(x)：机械手抓住 x。HANDEMPTY：机械手是空的。其中，x 和 y 的个体域都是A, B, C。问题的初始状态是：ONTABLE(A)ON

4、TABLE(B)ON(C,A)CLEAR(B)CLEAR(C)HANDEMPTY问题的目标状态是：ONTABLE(C)ON(B, C)ON(A, B)CLEAR(A)HANDEMPTY(2) 再定义描述操作的谓词在本问题中，机械手的操作需要定义以下 4 个谓词：Pickup(x)：从桌面上拣起一块积木 x。Putdown(x)：将手中的积木放到桌面上。Stack(x, y)：在积木 x 上面再摞上一块积木 y。Upstack(x, y)：从积木 x 上面拣起一块积木 y。其中，每一个操作都可分为条件和动作两部分，具体描述如下：图机器人摞积木问题CABABC3Pickup(x)条件：ONTABL

5、E(x)，HANDEMPTY，CLEAR(x)动作：删除表：ONTABLE(x)，HANDEMPTY添加表：HANDEMPTY(x)Putdown(x)条件：HANDEMPTY(x)动作：删除表：HANDEMPTY(x)添加表：ONTABLE(x)，CLEAR(x) ，HANDEMPTYStack(x, y)条件：HANDEMPTY(x)，CLEAR(y)动作：删除表：HANDEMPTY(x)，CLEAR(y)添加表：HANDEMPTY，ON(x, y) ，CLEAR(x)Upstack(x, y)条件：HANDEMPTY，CLEAR(y) ，ON(y,x)动作：删除表：HANDEMPTY，O

6、N(y, x)添加表：HOLDING(y)，CLEAR(x)(3) 问题求解过程利用上述谓词和操作，其求解过程为：2.10 用谓词表示法求解农夫、狼、山羊、白菜问题。农夫、狼、山羊、白菜全部放在一条河的左岸，现在要把他们全部送到河的右岸去，农夫有一条船，过河时，除农夫外船上至多能载狼、山羊、白菜中的一种。狼要吃山羊，山羊要吃白菜，除非农夫在那里。似规划出一个确保全部安全过河的计划。请写出所用谓词的定义，并给出每个谓词的功能及变量的个体域。解：解：(1) 先定义描述状态的谓词要描述这个问题，需要能够说明农夫、狼、羊、白菜和船在什么位置，为简化问题表示，ONTABLE(A)ONTABLE(B)ON

7、(C,A)CLEAR(B)CLEAR(C)HANDEMPTYUpstack(A,C)ONTABLE(A)ONTABLE(B)HOLDING(C)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)Putdown(C)ONTABLE(A)ONTABLE(B)ONTABLE(C)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)HANDEMPTYPickup(A)ONTABLE(A)ONTABLE(C)HOLDING(B)CLEAR(A)CLEAR(B)CLEAR(C)Stack(C,B)ONTABLE(A)ONTABLE(C)ON(B,C)CLEAR(A)CLEAR(B)HANDEMPTYONTABL

8、E(C)ON(B,C)CLEAR(A)CLEAR(B)HOLDING(A)Stack(B,A)ONTABLE(C)ON(B,C)ON(A,B)CLEAR(A)HANDEMPTPickup(B)4取消船在河中行驶的状态，只描述左岸和右岸的状态。并且，由于左岸和右岸的状态互补，因此可仅对左岸或右岸的状态做直接描述。本题选择对左岸进行直接描述的方法，即定义谓词如下：AL(x)：x 在左岸其中，x 的个体域是农夫，船，狼，羊，白菜。对应地，AL(x)表示 x 在右岸。问题的初始状态：AL(农夫)AL(船)AL(狼)AL(羊)AL(白菜)问题的目标状态：AL(农夫)AL(船)AL(狼)AL(羊)AL(白

9、菜)(2) 再定义描述操作的谓词本题需要以下 4 个描述操作的谓词：L-R：农夫自己划船从左岸到右岸L-R(x)：农夫带着 x 划船从左岸到右岸R-L：农夫自己划船从右岸到左岸R-L(x) ：农夫带着 x 划船从右岸到左岸其中，x 的个体域是狼，羊，白菜。对上述每个操作，都包括条件和动作两部分。它们对应的条件和动作如下：L-R：农夫划船从左岸到右岸条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(狼)AL(羊)，AL(羊)AL(白菜)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)添加表：AL(船)，AL(农夫)L-R(狼)：农夫带着狼划船从左岸到右岸条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(狼)，AL(羊)动作：删除

10、表：AL(船)，AL(农夫)，AL(狼)添加表：AL(船)，AL(农夫)，AL(狼)L-R(羊)：农夫带着羊划船从左岸到右岸条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊)， AL(狼)，AL(白菜)或：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊)，AL(狼)，AL(白菜)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊)添加表：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊)L-R(白菜)：农夫带着白菜划船从左岸到右岸条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(白菜)，AL(狼)5动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)，AL(白菜)添加表：AL(船)，AL(农夫)，AL(白菜)R-L：农夫划船从右岸到左岸条件：AL(船)，

11、AL(农夫)，AL(狼)AL(羊)，AL(羊)AL(白菜)或：AL(船)，AL(农夫) ，AL(狼)，AL(白菜)，AL(羊)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)添加表：AL(船)，AL(农夫)R-L(羊) ：农夫带着羊划船从右岸到左岸条件：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊) ，AL(狼)，AL(羊)，AL(白菜)动作：删除表：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊)添加表：AL(船)，AL(农夫)，AL(羊)(3) 问题求解过程AL(农夫)AL(船)AL(狼)AL(羊)AL(白菜)2.11 用谓词表示法求解修道士和野人问题。 在河的北岸有三个修道士、 三个野人和一条船，修道士们想用这条船将所

12、有的人都运过河去，但要受到以下条件限制：(1) 修道士和野人都会划船，但船一次只能装运两个人。(2) 在任何岸边，野人数不能超过修道士，否则修道士会被野人吃掉。假定野人愿意服从任何一种过河安排，请规划出一种确保修道士安全的过河方案。要求写出所用谓词的定义、功能及变量的个体域。解解： （1）定义谓词先定义修道士和野人人数关系的谓词：G(x,y,S)： 在状态 S 下 x 大于 yGE(x,y,S)：在状态 S 下 x 大于或等于 y其中，x,y 分别代表修道士人数和野人数，他们的个体域均为0,1,2,3。再定义船所在岸的谓词和修道士不在该岸上的谓词：Boat(z,S)：状态 S 下船在 z 岸E

13、Z(x,S)： 状态 S 下 x 等于 0，即修道士不在该岸上其中，z 的个体域是L,R，L 表示左岸，R 表示右岸。再定义安全性谓词：L-R(羊)AL(狼)AL(白菜)AL(农夫)AL(船)AL(羊)R-LAL(农夫)AL(船)AL(狼)AL(白菜)AL(羊)AL(农夫)AL(船)AL(羊)AL(白菜)AL(狼)L-R(狼)R-L(羊)AL(白菜)AL(农夫)AL(船)AL(狼)AL(羊)L-R(白菜)AL(羊)AL(农夫)AL(船)AL(白菜)AL(狼)R-LAL(农夫)AL(船)AL(羊)AL(白菜)AL(狼)L-R(羊)AL(农夫)AL(船)AL(羊)AL(白菜)AL(狼)6Safet

14、y(z,x,y,S)(G(x,0,S)GE(x,y,S)(EZ(x,S)其中，z,x,y 的含义同上。该谓词的含义是：状态 S 下，在 z 岸，保证修道士安全，当且仅当修道士不在该岸上，或者修道士在该岸上，但人数超过野人数。该谓词同时也描述了相应的状态。再定义描述过河方案的谓词：L-R(x, x1, y, y1,S)：x1 个修道士和 y1 个野人渡船从河的左岸到河的右岸条件：Safety(L,x-x1,y-y1,S)Safety(R,3-x+x1,3-y+y1,S)Boat(L,S)动作：Safety(L,x-x1,y-y1,S)Safety(R,3-x+x1,3-y+y1,S)Boat(R

15、,S)R-L(x, x1, y, y1,S)：x2 个修道士和 y2 个野人渡船从河的左岸到河的右岸条件：Safety(R,3-x-x2,3-y-y2,S)Safety(L,x+x2,y+y2,S)Boat(R,S)动作：Safety(R,3-x-x2,3-y-y2,S)Safety(L,x+x2,y+y2,S)Boat(L,S)(2) 过河方案Safety(L,3,3,S0)Safety(R,0,0,S0)Boat(L,S0)L-R(3, 1, 3, 1,S0)L-R(3, 0, 3, 2,S0)Safety(L,2,2,S1)Safety(R,1,1,S1)Boat(R,S1)Safety

16、(L,3,1,S1)Safety(R,0,2,S1)Boat(R,S1)R-L(2, 1, 2, 0,S1)R-L(3,0, 1, 1,S1)Safety(L,3,2,S2)Safety(R,0,1,S2)Boat(L,S2)L-R(3, 0, 2, 2,S2)Safety(L,3,0,S3)Safety(R,0,3,S3)Boat(R,S3)R-L(3, 0, 0, 1,S3)Safety(L,3,1,S4)Safety(R,0,2,S1)Boat(L,S4)L-R(3, 2, 1, 0,S4)Safety(L,1,1,S5)Safety(R,2,2,S5)Boat(R,S5)R-L(1,

17、1, 1, 1,S5)Safety(L,2,2,S6)Safety(R,1,1,S6)Boat(L,S6)L-R(2, 2, 2, 0,S6)Safety(L,0,2,S7)Safety(R,3,1,S7)Boat(R,S7)R-L(0, 0, 2, 1,S7)Safety(L,0,3,S8)Safety(R,3,0,S8)Boat(L,S8)L-R(0, 0, 3, 2,S8)Safety(L,0,1,S9)Safety(R,3,2,S9)Boat(R,S9)R-L(0, 1, 1, 0,S9)Safety(L,1,1,S10)Safety(R,2,2,S10)Boat(L,S10)L-R(

18、1, 1, 1, 1,S10)Safety(L,0,0,S11)Safety(R,3,3,S11)Boat(R,S11)2.18 请对下列命题分别写出它们的语义网络：7(1) 每个学生都有一台计算机。解：解：(2) 高老师从 3 月到 7 月给计算机系学生讲计算机网络课。解：解：(3) 学习班的学员有男、有女、有研究生、有本科生。解：解：参例 2.14(4) 创新公司在科海大街 56 号，刘洋是该公司的经理，他 32 岁、硕士学位。解：解：参例 2.10(5) 红队与蓝队进行足球比赛，最后以 3：2 的比分结束。解：解：2.19 请把下列命题用一个语义网络表示出来：GSgsoc学生占有权计算机

19、OwnerOwnsFGSgGSgISA讲课事件高老师老师Subject计算机系学生Object7 月8 月StartEnd讲课计算机网络ActionCaurse足球赛比赛AKO红队蓝队3:2Participants1Participants 2OutcomeISAISAAKO8(1) 树和草都是植物；解：解：(2) 树和草都有叶和根；解：解：(3) 水草是草，且生长在水中；解：解：(4) 果树是树，且会结果；解：解：(5) 梨树是果树中的一种，它会结梨。解：解：2.25 假设有以下一段天气预报： “北京地区今天白天晴，偏北风 3 级，最高气温 12，最低气温-2，降水概率 15%。 ”请用框架

20、表示这一知识。解：解：Frame地域：北京时段：今天白天天气：晴植物草树AKOAKO草树是一种是一种植物叶根HaveHave草水草水中AKOLive植物AKO树果树结果AKOCan植物AKO果树梨树结梨AKOCan树AKO9风向：偏北风力：3 级气温：最高：12 度最低：-2 度降水概率：15%2.26 按“师生框架” 、 “教师框架” 、 “学生框架”的形式写出一个框架系统的描述。解：解：师生框架Frame Name：Unit（Last-name，First-name）Sex：Area（male，female）Default：maleAge：Unit（Years）Telephone：Home

21、Unit（Number）MobileUnit（Number）教师框架Frame AKOMajor：Unit（Major-Name）Lectures：Unit（Course-Name）Field：Unit（Field-Name）Project ：Area（National，Provincial，Other）Default：ProvincialPaper：Area（SCI，EI，Core，General）Default：Core学生框架Frame AKOMajor：Unit（Major-Name）Classes：Unit（Classes-Name）Degree：Area（doctor，mastor

22、, bachelor）Default：bachelor10第 3 章确定性推理部分参考答案3.8 判断下列公式是否为可合一，若可合一，则求出其最一般合一。(1)P(a, b), P(x, y)(2)P(f(x), b), P(y, z)(3)P(f(x), y), P(y, f(b)(4)P(f(y), y, x), P(x, f(a), f(b)(5)P(x, y), P(y, x)解：解：(1)可合一，其最一般和一为：=a/x, b/y。(2)可合一，其最一般和一为：=y/f(x), b/z。(3)可合一，其最一般和一为：= f(b)/y, b/x。(4)不可合一。(5)可合一，其最一般和

23、一为：= y/x。3.11 把下列谓词公式化成子句集：(1)(x)(y)(P(x, y)Q(x, y)(2)(x)(y)(P(x, y)Q(x, y)(3)(x)(y)(P(x, y)(Q(x, y)R(x, y)(4)(x) (y) (z)(P(x, y)Q(x, y)R(x, z)解：解：(1) 由于(x)(y)(P(x, y)Q(x, y)已经是 Skolem 标准型，且 P(x, y)Q(x, y)已经是合取范式，所以可直接消去全称量词、合取词，得 P(x, y), Q(x, y)再进行变元换名得子句集：S= P(x, y), Q(u, v)(2) 对谓词公式(x)(y)(P(x, y

24、)Q(x, y)，先消去连接词“”得：(x)(y)(P(x, y)Q(x, y)此公式已为 Skolem 标准型。再消去全称量词得子句集：S=P(x, y)Q(x, y)(3) 对谓词公式(x)(y)(P(x, y)(Q(x, y)R(x, y)，先消去连接词“”得：(x)(y)(P(x, y)(Q(x, y)R(x, y)此公式已为前束范式。再消去存在量词，即用 Skolem 函数 f(x)替换 y 得：(x)(P(x, f(x)Q(x, f(x)R(x, f(x)此公式已为 Skolem 标准型。最后消去全称量词得子句集：S=P(x, f(x)Q(x, f(x)R(x, f(x)(4) 对

25、谓词(x) (y) (z)(P(x, y)Q(x, y)R(x, z)，先消去连接词“”得：11(x) (y) (z)(P(x, y)Q(x, y)R(x, z)再消去存在量词，即用 Skolem 函数 f(x)替换 y 得：(x) (y) (P(x, y)Q(x, y)R(x, f(x,y)此公式已为 Skolem 标准型。最后消去全称量词得子句集：S=P(x, y)Q(x, y)R(x, f(x,y)3-13判断下列子句集中哪些是不可满足的：(1)PQ, Q,P, P(2) PQ , PQ,PQ, PQ (3) P(y)Q(y) , P(f(x)R(a)(4)P(x)Q(x) , P(y)

26、R(y), P(a), S(a), S(z)R(z)(5)P(x)Q(f(x),a) , P(h(y)Q(f(h(y), a)P(z)(6)P(x)Q(x)R(x) , P(y)R(y), Q(a), R(b)解：解：(1) 不可满足，其归结过程为：(2) 不可满足，其归结过程为：(3) 不是不可满足的，原因是不能由它导出空子句。(4) 不可满足，其归结过程略(5) 不是不可满足的，原因是不能由它导出空子句。(6) 不可满足，其归结过程略3.14对下列各题分别证明 G 是否为 F1,F2,Fn的逻辑结论：(1)F: (x)(y)(P(x, y)G: (y)(x)(P(x, y)(2)F: (x

27、)(P(x)(Q(a)Q(b)PQQPPNILPQPQQPQPQQNIL12G: (x) (P(x)Q(x)(3)F: (x)(y)(P(f(x)(Q(f(y)G: P(f(a)P(y)Q(y)(4)F1: (x)(P(x)(y)(Q(y)L(x.y)F2: (x) (P(x)(y)(R(y)L(x.y)G: (x)(R(x)Q(x)(5)F1: (x)(P(x)(Q(x)R(x)F2: (x) (P(x)S(x)G: (x) (S(x)R(x)解：(1) 先将 F 和G 化成子句集：S=P(a,b), P(x,b)再对 S 进行归结：a/x所以，G 是 F 的逻辑结论(2) 先将 F 和G

28、化成子句集由 F 得：S1=P(x)，(Q(a)Q(b)由于G 为： (x) (P(x)Q(x)，即(x) ( P(x) Q(x)，可得： S2= P(x) Q(x)因此，扩充的子句集为：S= P(x)，(Q(a)Q(b)， P(x) Q(x)再对 S 进行归结：a/ba/xa/x所以，G 是 F 的逻辑结论同理可求得(3)、(4)和(5)，其求解过程略。P(a,b)P(x,b)NILQ(a)Q(b)Q(a) P(x) Q(x) P(a)P(x)NILQ(a)Q(b)Q(a) P(x) Q(x) P(a)P(x)NIL133.15设已知：(1) 如果 x 是 y 的父亲，y 是 z 的父亲，则

29、 x 是 z 的祖父；(2) 每个人都有一个父亲。使用归结演绎推理证明：对于某人 u，一定存在一个人 v，v 是 u 的祖父。解：先定义谓词F(x,y)：x 是 y 的父亲GF(x,z)：x 是 z 的祖父P(x)：x 是一个人再用谓词把问题描述出来：已知 F1：(x) (y) (z)( F(x,y)F(y,z)GF(x,z)F2：(y)(P(x)F(x,y)求证结论 G：(u) (v)( P(u)GF(v,u)然后再将 F1，F2 和G 化成子句集： F(x,y)F(y,z)GF(x,z) P(r)F(s,r) P(u) GF(v,u)对上述扩充的子句集，其归结推理过程如下：x/v,z/ux

30、/s,y/ry/s,z/ry/zy/u由于导出了空子句，故结论得证。3.16假设张被盗，公安局派出 5 个人去调查。案情分析时，贞察员 A 说： “赵与钱中至少有一个人作案” ，贞察员 B 说： “钱与孙中至少有一个人作案” ，贞察员 C 说： “孙与李中至少有一个人作案” ，贞察员 D 说： “赵与孙中至少有一个人与此案无关” ，贞察员 E 说： “钱与李中至少有一个人与此案无关” 。 如果这 5 个侦察员的话都是可信的， 使用归结演绎推理求出谁是盗F(x,y)F(y,z)GF(x,z)GF(v,u)F(x,y)F(y,z)P(r)F(s,r)F(y,z)P(y)P(r)F(s,r)P(y)

31、P(z)P(y)P(u)NIL14窃犯。解：(1) 先定义谓词和常量设 C(x)表示 x 作案，Z 表示赵，Q 表示钱，S 表示孙，L 表示李(2) 将已知事实用谓词公式表示出来赵与钱中至少有一个人作案：C(Z)C(Q)钱与孙中至少有一个人作案：C(Q)C(S)孙与李中至少有一个人作案：C(S)C(L)赵与孙中至少有一个人与此案无关： (C (Z)C(S)，即 C (Z) C(S)钱与李中至少有一个人与此案无关： (C (Q)C(L)，即 C (Q) C(L)(3) 将所要求的问题用谓词公式表示出来，并与其否定取析取。设作案者为 u，则要求的结论是 C(u)。将其与其否)取析取，得： C(u)

32、 C(u)(4) 对上述扩充的子句集，按归结原理进行归结，其修改的证明树如下：Q/u因此，钱是盗窃犯。实际上，本案的盗窃犯不止一人。根据归结原理还可以得出：S/u因此，孙也是盗窃犯。C(Z)C(Q)C (Z) C(S)C(Q)C(S)C(Q)C(S)C(Q)C(u)C(u)C(Q)C(S)C(L)C (Q) C(L)C(S)C(Q)C(Q)C(S)C(S)C(u)C(u)C(S)C(S)C(L)C (Q) C(L)C(S)C(Q)C(Q)C(S)C(S)C(u)C(u)C(S)153.18设有子句集：P(x)Q(a, b), P(a)Q(a, b),Q(a, f(a),P(x)Q(x, b)分

33、别用各种归结策略求出其归结式。解：支持集策略不可用，原因是没有指明哪个子句是由目标公式的否定化简来的。删除策略不可用，原因是子句集中没有没有重言式和具有包孕关系的子句。单文字子句策略的归结过程如下：b/f(a)a/xb/f(a)用线性输入策略（同时满足祖先过滤策略）的归结过程如下：a/xa/xb/f(a)3.19设已知：(1) 能阅读的人是识字的；(2) 海豚不识字；(3) 有些海豚是很聪明的。请用归结演绎推理证明：有些很聪明的人并不识字。解：第一步，先定义谓词，设 R(x)表示 x 是能阅读的；K(y)表示 y 是识字的；W(z) 表示 z 是很聪明的；P(x)Q(a, b)P(a)Q(a,

34、 b)P(a)P(x)Q(x, b)Q(a,b)Q(a, f(a)NILP(x)Q(a, b)Q(a, f(a)P(a)P(x)Q(x, b)Q(a, b)Q(a, f(a)Q(a, b)16第二步，将已知事实和目标用谓词公式表示出来能阅读的人是识字的：(x)(R(x)K(x)海豚不识字：(y)(K (y)有些海豚是很聪明的：(z) W(z)有些很聪明的人并不识字：(x)( W(z)K(x)第三步，将上述已知事实和目标的否定化成子句集：R(x)K(x)K (y)W(z)W(z)K(x)第四步，用归结演绎推理进行证明3.20对子句集：PQ, QR, RW,RP,WQ,QR 用线性输入策略是否可证

35、明该子句集的不可满足性？解：用线性输入策略不能证明子句集PQ, QR, RW,RP,WQ,QR 的不可满足性。原因是按线性输入策略，不存在从该子句集到空子句地归结过程。3.21对线性输入策略和单文字子句策略分别给出一个反例，以说明它们是不完备的。3.22分别说明正向、逆向、双向与/或形演绎推理的基本思想。3.23设已知事实为(PQ)R) (S(TU)F 规则为S(XY)Z试用正向演绎推理推出所有可能的子目标。解：解：先给出已知事实的与/或树，再利用 F 规则进行推理，其规则演绎系统如下图所示。由该图可以直接写出所有可能的目标子句如下：PQPQPQYW(z)K(x)W(z)K(z)W(z)NIL

36、17RTURXZRYZ3.24设有如下一段知识：“张、王和李都属于高山协会。该协会的每个成员不是滑雪运动员，就是登山运动员，其中不喜欢雨的运动员是登山运动员，不喜欢雪的运动员不是滑雪运动员。王不喜欢张所喜欢的一切东西，而喜欢张所不喜欢的一切东西。张喜欢雨和雪。 ”试用谓词公式集合表示这段知识，这些谓词公式要适合一个逆向的基于规则的演绎系统。试说明这样一个系统怎样才能回答问题：“高山俱乐部中有没有一个成员，他是一个登山运动员，但不是一个滑雪运动员？”解：解：(1) 先定义谓词A(x) 表示 x 是高山协会会员S(x) 表示 x 是滑雪运动员C(x) 表示 x 是登山运动员L(x,y) 表示 x

37、喜欢 y(2) 将问题用谓词表示出来(PQ)R) (S(TU)(PQ)R)(S(TU)(PQ)RPQSTUTUSXYZXYPQRXYZTU已知事实所有目标PQRXYZTU所有目标STUTUSXYZXYPQRXYZTU所有目标F规则(PQ)R) (S(TU)(PQ)R)(S(TU)(PQ)RPQ已知事实STUTUSXYZXYPQRXYZTU所有子目标18“张、王和李都属于高山协会A(Zhang)A(Wang)A(Li)高山协会的每个成员不是滑雪运动员，就是登山运动员(x)(A(x)S(x)C(x)高山协会中不喜欢雨的运动员是登山运动员(x)(L(x, Rain)C(x)高山协会中不喜欢雪的运动员

38、不是滑雪运动员(x)(L(x, Snow) S(x)王不喜欢张所喜欢的一切东西(y)( L(Zhang, y) L(Wang ,y)王喜欢张所不喜欢的一切东西(y)( L(Zhang, y)L(Wang, y)张喜欢雨和雪L(Zhang , Rain)L(Zhang , Snow)(3) 将问题要求的答案用谓词表示出来高山俱乐部中有没有一个成员，他是一个登山运动员，但不是一个滑雪运动员？(x)(A(x)C(x) S(x)(4) 为了进行推理，把问题划分为已知事实和规则两大部分。假设，划分如下：已知事实：A(Zhang)A(Wang)A(Li)L(Zhang , Rain)L(Zhang , S

39、now)规则：(x)(A(x)S(x)C(x)(x)(L(x, Rain)C(x)(x)(L(x, Snow) S(x)(y)( L(Zhang, y) L(Wang ,y)(y)( L(Zhang, y)L(Wang, y)(5) 把已知事实、规则和目标化成推理所需要的形式事实已经是文字的合取形式：f1:A(Zhang)A(Wang)A(Li)f2: L(Zhang , Rain)L(Zhang , Snow)将规则转化为后件为单文字的形式：r1: A(x)S(x)C(x)r2: L(x, Rain)C(x)r3: L(x, Snow) S(x)r4: L(Zhang, y) L(Wang

40、,y)r5: L(Zhang, y)L(Wang , y)将目标公式转换为与/或形式A(x)(C(x) S(x)(6) 进行逆向推理19逆向推理的关键是要能够推出 L(Zhang , Rain)L(Zhang , Snow)，其逆向演绎过程如下图所示。A(x)(C(x) S(x)A(x)C(x) S(x)C(x) S(x)L(x, Rain)L(x, Snow)r2r3L(Wang, y)L(Wang, y)Wang/x, y/Rainr4L(Zhang, y)L(Zhang, Rain)Rain/yWang /x, y/SnowL(Zhang, y)r4L(Zhang, Snow)Snow/

41、y1第 4 章 搜索策略部分参考答案4.5 有一农夫带一条狼，一只羊和一框青菜与从河的左岸乘船倒右岸，但受到下列条件的限制：(1) 船太小，农夫每次只能带一样东西过河；(2) 如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃菜。请设计一个过河方案，使得农夫、浪、羊都能不受损失的过河，画出相应的状态空间图。题示：(1) 用四元组（农夫，狼，羊，菜）表示状态，其中每个元素都为 0 或 1，用 0 表示在左岸，用 1 表示在右岸。(2) 把每次过河的一种安排作为一种操作，每次过河都必须有农夫，因为只有他可以划船。解：解：第一步，定义问题的描述形式用四元组 S=（f，w，s，v）表示问题状态，其中，f，w，s 和

42、 v 分别表示农夫，狼，羊和青菜是否在左岸，它们都可以取 1 或 0，取 1 表示在左岸，取 0 表示在右岸。第二步，用所定义的问题状态表示方式，把所有可能的问题状态表示出来，包括问题的初始状态和目标状态。由于状态变量有 4 个，每个状态变量都有 2 种取值，因此有以下 16 种可能的状态：S0=(1,1,1,1)，S1=(1,1,1,0)，S2=(1,1,0,1)，S3=(1,1,0,0)S4=(1,0,1,1)，S5=(1,0,1,0)，S6=(1,0,0,1)，S7=(1,0,0,0)S8=(0,1,1,1)，S9=(0,1,1,0)，S10=(0,1,0,1)，S11=(0,1,0,0

43、)S12=(0,0,1,1)，S13=(0,0,1,0)，S14=(0,0,0,1)，S15=(0,0,0,0)其中，状态 S3，S6，S7，S8，S9，S12是不合法状态，S0和 S15分别是初始状态和目标状态。第三步，定义操作，即用于状态变换的算符组 F由于每次过河船上都必须有农夫，且除农夫外船上只能载狼，羊和菜中的一种，故算符定义如下：L(i)表示农夫从左岸将第 i 样东西送到右岸（i=1 表示狼，i=2 表示羊，i=3 表示菜，i=0 表示船上除农夫外不载任何东西） 。由于农夫必须在船上，故对农夫的表示省略。R (i)表示农夫从右岸将第 i 样东西带到左岸（i=1 表示狼，i=2 表示

44、羊，i=3 表示菜，i=0 表示船上除农夫外不载任何东西） 。同样，对农夫的表示省略。这样，所定义的算符组 F 可以有以下 8 种算符：L(0)，L(1)，L(2)，L(3)R(0)，R(1)，R (2)，R (3)第四步，根据上述定义的状态和操作进行求解。该问题求解过程的状态空间图如下：24.7 圆盘问题。设有大小不等的三个圆盘 A、B、C 套在一根轴上，每个盘上都标有数字 1、2、3、4，并且每个圆盘都可以独立的绕轴做逆时针转动，每次转动 90，其初始状态 S0和目标状态 Sg如图 4-31 所示，请用广度优先搜索和深度优先搜索，求出从 S0到 Sg的路径。解：解：设用 qA，qB和 qC

45、分别表示把 A 盘，B 盘和 C 盘绕轴逆时针转动 90，这些操作（算符）的排列顺序是 qA，qB，qC。应用广度优先搜索，可得到如下搜索树。在该搜索树中，重复出现的状态不再划出，节点旁边的标识 Si，i=0,1,2,，为按节点被扩展的顺序给出的该节点的状态标识。由该图可以看出，从初始状态 S0到目标状态 Sg的路径是初始状态 S0目标状态 Sg图 4-31 圆盘问题(1,1,l,1)L(2)(0,1,0,1)(1,1,0,1)R(0)(0,0,0,1)L(1)(0,1,0,0)L(3)(1,0,1,1)R(2)(1,1,1,0)R(2)(0,0,1,0)L(3)L(2)(1,0,1,0)R(

46、0)(0,0,0,0)L(2)11 122244433 322224213 1 4132432CBAABC3S02513(Sg)221 1 1333444423 312141223443 2 31 4121243423 311 4242413ABCqAqBqC33 131 1224244qA3 2 24 4 1311324qBqC4141232341233131 3 12442241234412341231 3 324112244qC334213112244qA314241231234qB1323 1 4242413qC4.7 题的广度优先搜索树S0S1S2S4S5S6S7S8S9S10S11

47、S12即 SgS3其深度优先搜索略。4.8 图 4-32 是 5 个城市的交通图，城市之间的连线旁边的数字是城市之间路程的费用。要求从 A 城出发，经过其它各城市一次且仅一次，最后回到 A 城，请找出一条最优线路。解：解：这个问题又称为旅行商问题（travelling salesmanproblem, TSP）或货郎担问题，是一个较有普遍性的实际应用问题。根据数学理论，对 n 个城市的旅行商问题，其封闭路径的排列总数为：(n!)/n=(n-1)!其计算量相当大。例如，当 n=20 时，要穷举其所有路径，A10B289C1163128D9E4-32 交通费用图34即使用一个每秒一亿次的计算机来算

48、也需要 350 年的时间。因此，对这类问题只能用搜索的方法来解决。下图是对图 4-32 按最小代价搜索所得到的搜索树，树中的节点为城市名称，节点边上的数字为该节点的代价 g。其计算公式为g(ni+1)=g(ni)+c(ni, ni+1)其中，c(ni,ni+1)为节点 ni到 ni+1节点的边代价。可以看出，其最短路经是A-C-D-E-B-A或A-B-E-D-C-A其实，它们是同一条路经。4.11 设有如下结构的移动将牌游戏：BBWWE其中，B 表示黑色将牌，W 表是白色将牌，E 表示空格。游戏的规定走法是：(1) 任意一个将牌可移入相邻的空格，规定其代价为 1；(2) 任何一个将牌可相隔 1

49、 个其它的将牌跳入空格，其代价为跳过将牌的数目加 1。游戏要达到的目标什是把所有 W 都移到 B 的左边。 对这个问题， 请定义一个启发函数 h(n)，并给出用这个启发函数产生的搜索树。你能否判别这个启发函数是否满足下解要求？再求出的搜索树中，对所有节点是否满足单调限制？解：解：设 h(x)=每个 W 左边的 B 的个数，f(x)=d(x)+3*h(x)，其搜索树如下：ABCDE010102911CDEBDEBCEBCD29118812618221638105101239211218689DE382126CE392531CD982425DE1262216BC1217914BD6 91619CE

50、862027BE882020CB862624CD8 12172529BD8319202722BC1233223B620A103028A230D1228D927EB1231EE828E626B626E930B831B1234D328C832D327D935E833E931图 4.32 的最小代价搜索树362354.14 设有如图 4-34 的与/或/树，请分别按和代价法及最大代价法求解树的代价。ABCDt2t3t4t1图 4.34 习题 4.14 的与/或树56217223E解：解：若按和代价法，则该解树的代价为：h(A)=2+3+2+5+2+1+6=21若按最大代价法，则该解树的代价为：h(A