《人工智慧》課程習題_人工智慧

《人工智慧》課程習題 第一章  緒    論

1-1.  什麼是人工智慧。試從學科和能力兩方面加以說明。

1-2.  在人工智慧的發展過程中，有哪些思想和思潮起了重要作用。

1-3.  為什麼能夠用機器（電腦）模仿人的智能。

1-4.  現在人工智慧有哪些學派。它們的認知觀是什麼。

1-5.  你認為應從哪些層次對認知行為進行研究。

1-6.  人工智慧的主要研究和應用領域是什麼。其中，哪些是新的研究熱點。

  第二章  知識表示方法

2-1  狀態空間法、問題歸約法、謂詞邏輯法和語義網路法的要點是什麼。它們有何本質上的聯絡及異同點?

2-2  設有3個傳教士和3個野人來到河邊，打算乘一隻船從右岸渡到左岸去。該船的負載能力為兩人。在任何時候，如果野人人數超過傳教士人數，那麼野人就會把傳教士吃掉。他們怎樣才能用這條船安全地把所有人都渡過河去?

2-3  利用圖2.3，用狀態空間法規劃一個最短的旅行路程：此旅程從城市A開始，訪問其他城市不多於一次，並返回A。選擇一個狀態表示，表示出所求得的狀態空間的節點及弧線，標出適當的代價，並指明圖中從起始節點到目標節點的最佳路徑。

2-4  試說明怎樣把一棵與或解樹用來表達圖2.28所示的電網路阻抗的計算。單獨的R、L或C可分別用R、jωL或1/jωC來計算，這個事實用作本原問題。後繼算符應以複合并聯和串聯阻抗的規則為基礎。

圖 2.28

2-5  試用四元數列結構表示四圓盤梵塔問題，並畫出求解該問題的與或圖。

 

2-6  把下列句子變換成子句形式：

(1)  (x)｛P(x)→P(x)｝

(2)  xy(On(x,y)→Above(x,y))

(3)  xyz(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)］｝｝｝

2-7  用謂詞演算公式表示下列英文句子(多用而不是省用不同謂詞和項。例如不要用單一的謂詞字母來表示每個句子。)

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

2-8 把下列語句表示成語義網路描述：

(1) All man are mortal.

(2) Every cloud has a silver lining.

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

2-9 作為一個電影觀眾，請你編寫一個去電影院看電影的劇本。

2-10 試構造一個描述你的寢室或辦公室的架構系統。 第三章  搜尋推理技術

3-1 什麼是圖搜尋過程?其中，重排OPEN表意味著什麼，重排的原則是什麼?

3-2 試舉例比較各種搜尋方法的效率。

3-3 化為子句形有哪些步驟?請結合例子說明之。

3-4 如何通過消解反演求取問題的答案?

3-5 什麼叫合適公式?合適公式有哪些等價關係?

3-6 用寬度優先搜尋求圖3.33所示迷宮的出路。

圖 3.33 迷宮一例

3-7 用有界深度優先搜尋方法求解圖3.34所示八數位難題。

 

2

8

 

 

 

 

1

2

3

1

6

3

 

 

8

 

4

7

5

4

 

 

 

7

6

5

                            So                   Sg

圖 3-34八數位難題

 

3-8 應用最新的方法來表達傳教士和野人問題，編寫一個電腦程式，以求得安全渡過全部6個人的解答。

提示：在應用狀態空間表示和搜尋方法時，可用(Nm，Nc)來表示狀態原因，其中Nm和Nc分別為傳教士和野人的人數。初始狀態為(3，3)，而可能的中間狀態為(0，1)，(0，2)，(0，3)，(1，1)，(2，1)，(2，2)，(3，0)，(3，1)和(3，2)等。

3-9 試比較寬度優先搜尋、有界深度優先搜尋及有序搜尋的搜尋效率，並以執行個體資料加以說明。

3-10 一個機器人駕駛卡車，攜帶包裹(編號分別為＃1、＃2和＃3)分別投遞到林(LIN)、吳(WU)和胡(HU)3家住宅處。規定了某些簡單的操作符，如表示駕駛方位的drive(x,y)和表示卸下包裹的unload(z)；對於每個操作符，都有一定的先決條件和結果。試說明狀態空間問題求解系統如何能夠應用謂詞演算求得一個操作符序列，該序列能夠產生一個滿足AT(#1，LIN)∧AT(#2，WU)∧AT(#3,HU)和目標狀態。

3-11 規則演繹系統和產生式系統有哪幾種推理方式?各自的特點為何?

3-12 為什麼需要採用系統組織技術?有哪幾種系統組織技術?

3-13 研究不確定性推理有何意義?有哪幾種不確定性?

3-14 單調推理有何局限性?什麼叫預設推理?非單調推理系統如何證實一個節點的有效性?

3-15 在什麼情況下需要採用不確定推理或非單調推理?

3-16 下列語句是一些幾何定理，把這些語句表示為基於規則的幾何證明系統的產生式規則：

(1) 兩個全等三角形的各對應角相等。

(2) 兩個全等三角形的各對應邊相等。

(3) 各對應邊相等的三角形是全等三角形。

(4) 等腰三角形的兩底角相等。

  第四章 計算智能（1）：神經計算 模糊計算

4-1 計算智能的含義是什麼。它涉及哪些研究分支。

4-2 試述計算智能（CI）、人工智慧（AI）和生物智能（BI）的關係。

4-3 人工神經網路為什麼具有誘人的發展前景和潛在的廣泛應用領域。

4-4 簡述生物神經元及人工神經網路的結構和主要學習演算法。

4-5 考慮一個具有階梯型閾值函數的神經網路，假設

（1）       用一常數乘所有的權值和閾值；

（2）       用一常數加於所有權值和閾值。

試說明網路效能是否會變化。

4-6 構作一個神經網路，用於計算含有2個輸入的XOR函數。指定所用神經網路單元的種類。

4-7 假定有個具有線性激勵函數的神經網路，即對於每個神經元，其輸出等於常數c乘以各輸入加權和。

（1）設該網路有個隱含層。對於給定的權W，寫出輸出層單元的輸出值，此值以權W和輸入層I為函數，而對隱含層的輸出沒有任何明顯的敘述。試證明：存在一個不含隱含單位的網路能夠計算上述同樣的函數。

（2）對於具有任何隱含層數的網路，重複進行上述計算。從中給出線性激勵函數的結論。

4-8 試實現一個分層前饋神經網路的資料結構，為正向評價和反向傳播提供所需資訊。應用這個資料結構，寫出一個神經網路輸出，以作為一個例子，並計算該網路適當的輸出值。

4-9 什麼是模糊性。它的對立含義是什麼。試各舉出兩個例子加以說明。

4-10 什麼是模糊集合和隸屬函數或隸屬度。

4-11 模糊集合有哪些運算，滿足哪些規律。

4-12 什麼是模糊推理。有哪幾種模糊推理方法。

4-13 有哪些模糊蘊含關係。

4-14 什麼叫模糊判決。有哪幾種常用的模糊判決方法。

4-15 對某種產品的品質進行抽查評估。現隨機選出5個產品x1，x2，x3，x4，x5進行檢驗，它們品質情況分別為：

x1＝80，x2＝72，x3＝65，x4＝98，x5＝53

這就確定了一個模糊集合Q，表示該組產品的“品質水平”這個模糊概念的隸屬程度。

試寫出該模糊集。

4-16 設有下列兩個模糊關係

試求出R1與R2的複合關係R1○R2。

 

  第五章  計算智能(2):進化計算 人工生命

5-1 什麼是進化計算。它包括哪些內容。它們的出發點是什麼。

5-2 試述遺傳演算法的基本原理，並說明遺傳演算法的求解步驟。

5-3 如何利用遺傳演算法求解問題，試舉例說明求解過程。

5-4 用遺傳演算法求的最大值

5-5 進化策略是如何描述的。

5-6 簡述進化編程的機理和基本過程，並以四狀態機器為例說明進化編程的表示。

5-7 遺傳演算法、進化策略和進化編程的關係如何。有何區別。

5-8 人工生命是否從1987年開始研究。為什麼。

5-9 什麼是人工生命。請按你的理解用自己的語言給人工生命下個定義。

5-10 人工生命要模仿自然生命的特徵和現象。自然生命有哪些共同特徵。

5-11 為什麼要研究人工生命。

5-12 人工生命包括哪些研究內容。其研究方法如何。 第六章  專家系統

6-1  什麼叫做專家系統?它具有哪些特點與優點?

6-2  專家系統由哪些部分構成?各部分的作用為何?

6-3  建造專家系統的關鍵步驟是什麼?

6-4  專家系統程式與一般的問題求解軟體程式有何不同?開發專家系統與開發其它軟體的任務有何不同?

6-5  基於規則的專家系統是如何工作的。其結構為何。

6-6  基於架構的專家系統與面向目標編程有何關係。其結構有何特點。其設計任務是什麼。

6-7  為什麼要提出基於模型的專家系統。試述神經網路專家系統的一般結構。

6-8  新型專家系統有何特徵。什麼是分布式專家系統和協同式專家系統。

6-9  在設計專家系統時，應考慮哪些技術。

6-10  什麼是建造專家系統的工具?你知道哪些專家系統工具，各有什麼特點?

6-11  專家系統面臨什麼問題?你認為應如何發展專家系統?

6-12  用基於規則的推理系統證明下述推理的正確性：

已知    狗都會吠叫和咬人

任何動物吠叫時總是吵人的

獵犬是狗

結論    獵犬是吵人的

  第七章 機器學習

7-1  什麼是學習和機器學習?為什麼要研究機器學習?

7-2  試述機器學習系統的基本結構，並說明各部分的作用。

7-3  試解釋機械學習的模式。機械學習有哪些重要問題需要加以研究?

7-4  試說明歸納學習的模式和學習方法。

7-5  什麼是類比學習。其推理和學習過程為何。

7-6  試述解釋學習的基本原理、學習形式和功能。

7-7  試比較說明符號系統和串連機制在機器學習中的主要思想。

7-8  用C語言編寫一套電腦程式，用於執行BP學習演算法。

7-9  試應用神經網路模型最佳化求解銷售人員旅行問題。

7-10 考慮一個具有階梯型閾值函數的神經網路，假設

(1) 用一常數乘所有的權值和閾值；

(2) 用一常數加於所有權值和閾值。

試說明網路效能是否會變化?

7-11 增大權值是否能夠使BP學習變慢?

7-12 什麼是知識發現。知識發現與資料採礦有何關係。

7-13 試說明知識發現的處理過程。

7-14 有哪幾種比較常用的知識探索方法。試略加介紹。

7-15 知識發現的應用領域有哪些。試展望知識發現的發展和應用前景。

  第八章 機器人規劃

8-1  有哪幾種重要的機器人高層規劃系統?它們各有什麼特點?你認為哪種規劃方法有較大的發展前景?

8-2  讓right(x),left(x),up(x)和down(x)分別表示八數位難題中單元x左邊、右邊、上面和下面的單元(如果這樣的單元存在的話)。試寫出STIPS規劃來類比向上移動B(空格)、向下移動B、向左移動B和向右移動B等動作。

8-3  考慮設計一個清掃廚房規劃問題。

(1) 寫出一套可能要用的STRIPS型操作符。當你描述這些操作符時，要考慮到下列情況：

·清掃火爐或電冰箱會弄髒地板。

·要清掃烘箱，必須應用烘箱清洗器，然後搬走此清洗器。

·在清掃地板之前，必須先行打掃。

·在打掃地板之前，必須先把垃圾筒拿出去。

·清掃電冰箱造成垃圾汙物，並把工作台弄髒。

·清洗工作台或地板使洗滌盤弄髒。

(2) 寫出一個被清掃廚房的可能初始狀態描述，並寫出一個可描述的(但很可能難以得到的)目標描述。

(3) 說明如何把STRIPS規劃技術用來求解這個問題。(提示：你可能想修正添加條件的定義，以便當某個條件添加至資料庫時，如果出現它的否定的話，就能自動刪去此否定)。

8-4  曲頸瓶F1和F2的容積分別為C1和C2。公式CONT(X，Y)表示瓶子X含有Y容量單位的液體。試寫出STRIPS規劃來類比下列動作：

(1) 把F1內的全部液體倒進F2內。

(2) 用F1的部分液體把F2裝滿。

8-5  機器人Rover正在房外，想進入房內，但不能開門讓自已進去，而只能喊叫，讓叫聲促使開門。另一機器人Max在房間內，他能夠開門並喜歡平靜。Max通常可以把門開啟來使Rover停止叫喊。假設Max和Rover各有一個STRIPS規劃產生系統和規劃執行系統。試說明Max和Rover的STRIPS規則和動作，並描述導致平衡狀態的規劃序列和執行步驟。

8-6  用本章討論過的任何規劃產生系統，解決圖8.22所示機械手堆積木問題。

8-7  考慮圖8.23所示的尋找路徑問題。

(1) 對所示物體和障礙物(陰影部分)建立一個結構空間。其中，物體的初始位置有兩種情況，一種如圖所示，另一種情況是把物體旋轉90°。

(2) 應用結構空間，描述一個尋求上述無碰撞路徑的過程(程式)把問題限於無旋轉的二維問題。

 

(a)初始布局                     (b)目標布局

圖 8.22 機械手堆積木規劃問題

8-8  指出你的過程結構空間求得的圖8.23問題的路徑，並敘述如何把你在上題中所得結論推廣至包括旋轉情況。

圖 8.23 一個尋找路徑問題

 

8-9  圖8.24表示機器人工作的世界模型。要求機器人Robot把3個箱子BOX1、BOX2和BOX3移到如圖E23(b)所示目標位置，試用專家系統方法建立本規劃，並給出規劃序列。

(a)初始世界模型M0            (b)目標世界模型G0

圖 8.24 移動箱子於一處的機器人規劃

8-10 圖8.25表示機器人工作的世界模型。要求機器人把箱子從房間R2初始位置移至房間R1目標位置。試建立本機器人規劃專家系統，並給出規劃結果。

圖 8.25 從一房間移至另一房間的機器人規劃

  第九章 Agent (艾真體)

9-1 分布式人工智慧系統有何特點。試與多艾真體系統的特性加以比較。

9-2 什麼是艾真體。你對agent的譯法有何見解。

9-3 艾真體在結構上有何特點。在結構上又是如何分類的。每種結構的特點為何。

9-4 艾真體為什麼需要互相通訊。

9-5 試述艾真體通訊的步驟、類型和方式。

9-6 艾真體有哪幾種主要通訊語言。它們各有什麼特點。

9-7 多艾真體系統有哪幾種基本模型。其體繫結構又有哪幾種。

9-8 試說明多艾真體的協作方法、協商技術和協調方式。

9-9 為什麼多艾真體需要學習與規劃。

9-10 你認為多艾真體系統的研究方嚮應是哪些。其應用前景又如何。

9-11 選擇一個你熟悉的領域，編寫一頁程式來描述艾真體與環境的作用。說明環境是否是可訪問的、確定性、情節性的、靜態和連續的。對於該領域，採用何種艾真體結構為好。

9-12 設計並實現幾種具有內部狀態的艾真體，並測量其效能。對於給定的環境，這些艾真體如何接近理想的艾真體。

9-13 改變房間的形狀和擺設物的位置，添加新傢具。試測量該新環境中各艾真體，討論如何改善其效能，以求處理更為複雜的地貌。

9-14 有些艾真體一旦得知一個新句子，就立即進行推理，而另一些艾真體只有在得到請求後才進行推理。這兩種推理方法在知識層、邏輯層和執行層將有何區別。

9-15 應用布爾電路為無名普斯世界設計一個邏輯艾真體。該電路是一個串連輸入（感知閥門）和輸出（行動閥門）的邏輯門的集合。

(1) 試解釋為什麼需要觸發器。

(2) 估計需要多少邏輯門和觸發器。

 

  第十章 機器視覺

10-1 可用廣義錐體語言把楔形物體描述為一個具有一定尺寸的三角形沿著一根直軸移動而成的。請給出另一種描述。

10-2 (1)除了表面法線(p,q,-1)外，還有另外兩個感興趣的向量：一個向量指向光源，它對應於某些特別的p和q值，記為ps和 (s為假設日光)，表示指向日光的向量(ps，qs，-1)；另一指向觀察者，即向量(0，0，-1)。

    利用表面法線、日光向量和觀測向量，可以求出一些用p和q表示的與出射角、入射角和相位角有關的公式。試證明下列公式成立：

(2)對和推導類似公式。

10-3 已知朗伯表面亮度等於。如果光源正好在觀察者的後面，即，於是可得對應於p和q的亮度為：

當為一常數時，亮度E為一恒值。由於是平面PQ上某個圓的方程式，所以我們可得如下結論：當光源位於觀察者後面時，PQ反射圖上的等亮度線是一些圓周線。試證明陰影線是直線。

10-4 把一個籃球或其它球形物體固定起來，並在室內單一小光源下對它進行實驗。光源是在觀察者的背後。

(1)球面的光線亮度如何變化?

(2)為什麼滿月看上去是扁平的?

10-5 考慮有一個朗伯立方體平放在朗伯牆前，如圖（a）所示。沿ab線的光線強度大體上像圖（b）那樣，而當立方體的拐角為圓滑過渡時，其光線強度如圖(c)所示。

題10－5圖 朗伯立方體及其光強分布圖

 

(1)在PQ空間，指出此立方體各可見側面的表面法線的準確位置。

(2)在PQ空間，對著光源方向，指出可取的位置。

(3)假設交界是陡變的，試畫出沿cd線的光強度分布圖。

(4)假設交界是圓滑的，試畫出沿cd線的光強度分布圖。

10-6 下列陣列表示航空照片圖象上點陣的PQ投影以及所觀察亮度Er的鏈式代碼：

-1  -1   0.23      +1  -1   0.23      +1  -1   0.17

-1  -10.23      +1  -1   0.17       0   0   0.3

0   0    0.3        0   0   0.3        0   0   0.3

假設所觀察的亮度為，其中，對應於光源直接在觀察者背後和時的朗伯反射圖上的等亮度線。試把每點圖象分類為石頭、樹和墓石、假設它們的反射係數分別為0.7，0.5和0.3。

10-7 某蓋板表面的反射係數ρ為未知。在不同時間從3個分離光源對該表面照明。對於的表面，這3個光源對此表面的反射圖如圖所示。用這些光分別照射時所觀察到的亮度分別為：

題10-7圖  3個反射圖

(1)在PQ空間畫出當等於2，3和4時表示軌跡的線。同樣地，畫出當等於0.5，1和2時的線。

(2)求

10-8 把圖中所示各物體量化為32×32的畫面(方格紙自備)

題10－8圖  需要數字化的物體

(1)建立兩個畫面，每個畫麵包含上述3個物體。要求兩畫面上的物體具有不同的尺寸、位置和方向。

(2)計算兩畫面上6個物體的各階矩量和。

(3)計算各物體的矩心。

(4)計算各物體的中心矩、標稱中心矩和不變性矩，並討論所得結果。

(5)計算6個物體的形狀係數，並討論所得結果。

10-9 為什麼CONSIGHT系統要使用2個光源，而不是用1個光源?

10-10 在連通性分析中，相鄰2行間的分段情況被定義為下列3種：

情況1不重迭

 

中間為零或有更多的列

×××××

                               ×××××

情況2不重迭

中間為零或有更多的列

×××××

×××××

 

情況3重迭

既不同於情況1，又不同於情況2。

地區併合規則是較高的數取代較低的數(除背景“0”外)。

(1)從左至右漸進式掃描下列8×8二進位圖象(圖中b為背景)。指出連通域被併合後圖象矩陣上元素的數字，作為連通性分析的解答：

 

1   2   3   4   5   6   7   8

b   b   b   b   b   b   b   b   b   b

1   b   0   0   0   1   1   1   0   0   b

2   b   1   1   0   0   1   1   1   0   b

3   b   0   1   0   1   1   0   1   1   b

4   b   0   1   1   1   1   0   0   1   b

5   b   0   1   1   1   0   0   0   1   b

6   b   0   1   0   1   1   0   1   1   b

7   b   0   1   0   0   1   1   1   0   b

8   b   0   0   0   0   0   1   0   0   b

b   b   b   b   b   b   b   b   b

 

(2)確定本題(1)中圖象編碼的掃描寬度。

  第十一章 自然語言理解

11-1  什麼是語言和語言理解?自然語言理解過程有哪些層次，各層次的功能如何?

11-2  自然語言理解和語言自動產生的關係為何?研究這兩者時有什麼共同點。

11-3  語言的歧義性可出現在各個層次上：構詞、詞類、句法和語義。試各舉一例來說明。

11-4  寫出下列上下文無關文法所對應的轉移網路：

S→NP VP

NP→Adjective Noun

NP→Determiner Noun PP

NP→Determiner Noun

VP→Verb Adverb NP

VP→Verb

VP→Verb Adverb

VP→Verb PP

PP→Proposition NP

11-5  考慮下列句子

The old man′s glasses were filled with sherry.

選擇單詞glasses合適的意思需要什麼資訊?什麼資訊意味著不合適的意思?

11-6  考慮下列句子：

Put the red block on the blue block on the table .

(1) 寫出句中符合句法規則的所有有效句法分析。

(2) 如何用語義資訊和環境知識選擇該命令的恰當含義?

11-7  對下列每個語句給出句法分析樹：

(1) David wanted to go to the movie with Linda.

(2) David wanted to go to the movie with Georgy William.

(3) He heard the story listening to the radio.

(4) He heard the boys listening to the radio.

11-8  考慮一使用者與一互動作業系統之間進行英語對話的問題。

(1) 寫出語義文法以確定對話所用語言。這些語言應確保進行基本操作，如描述事件、複製和刪除檔案、編譯器和檢索檔案目錄等。

(2) 用你的語義文法對下列各語句進行文法分析：

Copy from new test mss into old test mss.

Copy to old test mss out of new test mss.

(3) 用標準的英語文法對上述兩語句進行分析，列出所用文法片斷。

(4) 上述(2)與(3)的文法有何差別?這種差別與句法和語義文法之間的差別有何關係?

11-9  某大學開發出一個學生學籍管理資料庫。試寫出適於查詢該資料庫內容的匹配樣本。

11-10 試設計一個特定應用領域的自然語言問答系統。

  第十二章 智能控制

12-1 為什麼說智能控制是人工智慧的重要研究新領域?

12-2 智能控制有哪幾種結構理論?它們的中心思想和內容是什麼?與傳統控制相比，智能控制有什麼特點?

12-3 Saridis的分級遞階智能控制的要點是什麼?各級的功能怎樣?如何用熵來度量各級的作用?

12-4 設計專家控制器時應考慮哪些特點?專家控制系統的一般結構模型為何?

12-5 什麼是學習控制系統?它有哪些研究課題?學習控制系統的設計原則為何?

12-6 試說明模糊控制器的結構原理和控制規則。模糊控制器有哪幾種設計方法?

12-7 設論域X、Y均為有限模糊集合，它們分別為

模糊矩陣R表示從X到Y的一個模糊關係。試說明模糊矩陣R的元素rij的含義是什麼?

12-8 模糊控制器工作過程中把輸入的精確量轉變為模糊量(模糊化)後，輸出時又

把模糊量變為精確量(非模糊化)。這些轉換各有什麼作用?

12-9人工神經網路有哪些特性使它適於控制?有哪幾種神經控制器，它們的結構

和作用原理為何?

12-10 智能控制有哪些應用領域?試舉出一個你比較瞭解或熟悉的智能控制應用例子，並說明其工作原理和控制效能。 第十三章 展望

13-1 你怎樣評價人工智慧的發展與爭論。爭論與發展的關係如何。

13-2 人工智慧不同學派在理論、方法和技術路線上各有何爭論?

13-2 人工智慧的發展對人類有哪些方面的影響。試結合自己瞭解的情況何理解，從經濟、社會何文化等方面加以說明。

13-4 試評述人工智慧的未來發展。

13-5 你對“人工智慧”或“智能系統”課程及其教學有何建議。

 

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