人工智能八数码问题作业

基于A星算法解决8数码

问题的编程实现

一、问题描述

8数码问题又称9宫问题。在给定的3?3棋格的9个格子内分别放从1到8互不相等的八个数，剩下的一格即为空格，此程序中空格我们用0来表示。通常把8个符号在棋格上的排列顺序称作8数码的状态。开始时，规则给定一个初始状态和一个目标状态，并要求被试者对棋格内的数字经过若干次移动由初始状态达到目标状态，这个过程中只有空格向附近的棋格移动，且每次只能移动一次。

如我们给定8数码的初始状态和目标状态分别如图1、2所示。

2

1 0 5 6 8 3 1 8 7 2 0 6 3 4 5 4 7

图1 初始状态 图2 目标状态

则要求以图1为初始状态，通过交换0和0的上、下、左、右四个方位的数字（每次只能和其中一个交换），达到图2所示目标状态。

二、算法说明

根据任务要求，本文采用A*搜索算法。

1. 状态的表示

在A*算法中，需要用到open表和closed表，在open表中，待扩展节点间有很严格的扩展顺序。因此在表示当前状态的变量中，必须要有能指向下一个扩展节点的指针，以完成对open表中元素的索引。从这一点上看，open表中的元素相互间即构

西安郵電大学

人工智能实验

报 告 书（三）

学院：自动化学院

专业：智能科学与技术

班级：智能1403

姓名：刘忠强

时间：2016-3-29

一、实验目的

1. 熟悉人工智能系统中的问题求解过程； 2. 熟悉状态空间的盲目搜索策略；

3.掌握盲目收索算法，重点是宽度优先收索和深度优先收索。 二、实验算法

广度优先收索是一种先生成的节点先扩展的策略。它的过程是：从初始节点开始逐层向下扩展，再第n层节点还没有完全搜索之前，不进如第n+1层节点。Open表中的节点总是按进入的先后排序，先进入的节点排在前面，够进入的排在后面。 三、程序框图

四、实验结果及分析

初始状态： 目标状态： 2 8 3 2 1 6 1 6 4 4 0 8 7 0 5 7 5 3

五、源程序及注释

#inc

《人工智能》实验一题目

实验一 启发式搜索算法

1. 实验内容：

使用启发式搜索算法求解8数码问题。

⑴ 编制程序实现求解8数码问题A?算法，采用估价函数

??w?n?， f?n??d?n???pn????其中：d?n?是搜索树中结点n的深度；w?n?为结点n的数据库中错放的棋子个数；p?n?为结点n的数据库中每个棋子与其目标位置之间的距离总和。

⑵ 分析上述⑴中两种估价函数求解8数码问题的效率差别，给出一个是p?n?的上界的h?n?的定义，并测试使用该估价函数是否使算法失去可采纳性。

2. 实验目的

熟练掌握启发式搜索A算法及其可采纳性。 3.数据结构与算法设计

该搜索为一个搜索树。为了简化问题，搜索树节点设计如下： typedef struct Node//棋盘 {//节点结构体 int data[9]; double f,g;

struct Node * parent; //父节点 }Node,*Lnode;

int data[9]; 数码数组：记录棋局数码摆放状态。 struct Chess * Parent; 父节点：指向父亲节点。 下一步可以通过启发搜索算法构造搜索树。 1、局部搜索树样例：

?

2、搜索过程

1、什么是人工智能？它的研究目标是什么？

答：人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和

扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

2、人工智能有哪些主要研究领域？

答：人工智能的主要研究领域有专家系统，机器学习，模式识别，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，机器人学，博弈，智能决定支持系统和人工神经网络。 3、什么是以符号处理为核心的方法？

答：以符号处理为核心的方法以符号处理为核心的方法又称为自上而下方法或符号主义，人工智能的研究目标是实现机 器智能，而计算机自身具有符号处理的推算能力，这种能力本身就蕴含着演绎推 理的内涵，因而可通过运行相应的程序系统来体现出某种基于逻辑思维的智能行为，达到模拟人类智能活动的效果。由于该方法的核心是符号处理，因此人们把它称为以符号处理为核心的方法或符号主义。

4、一阶谓词逻辑表示法适合于表示哪些种类型的知识？它有哪些特点？ 答：谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识。它的特点：自然性，精确性，严密性，容易实现。

5、请写出用一阶谓词逻辑表示法表示知识的步骤。 答：步骤：（1）定义谓词，给出每个谓词的

1、什么是人工智能？它的研究目标是什么？

答：人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和

扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

2、人工智能有哪些主要研究领域？

答：人工智能的主要研究领域有专家系统，机器学习，模式识别，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，机器人学，博弈，智能决定支持系统和人工神经网络。 3、什么是以符号处理为核心的方法？

答：以符号处理为核心的方法以符号处理为核心的方法又称为自上而下方法或符号主义，人工智能的研究目标是实现机 器智能，而计算机自身具有符号处理的推算能力，这种能力本身就蕴含着演绎推 理的内涵，因而可通过运行相应的程序系统来体现出某种基于逻辑思维的智能行为，达到模拟人类智能活动的效果。由于该方法的核心是符号处理，因此人们把它称为以符号处理为核心的方法或符号主义。

4、一阶谓词逻辑表示法适合于表示哪些种类型的知识？它有哪些特点？ 答：谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识。它的特点：自然性，精确性，严密性，容易实现。

5、请写出用一阶谓词逻辑表示法表示知识的步骤。 答：步骤：（1）定义谓词，给出每个谓词的

教师讲得人工智能课件,觉得课件很好

人工智能

吉林大学珠海学院计算机科学与技术系

第 1 章1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

搜索问题

什么是状态空间？ 回溯策略。 图搜索策略 无信息的图搜索策略 启发式图搜索策略 A*算法。 A*算法的性质。 搜索算法的讨论。

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人工智能

吉林大学珠海学院计算机科学与技术系

状态空间 1. 计算机对传统的问题求解方法带来了根本性的 改变。 传统方法， 由专家给出公式， 使用者 的任务是理解公式， 应用公式。 有些问题用传统方法描述很困难, 例如本节的 几个例子 公式的推导需要很高的水平， 与实际 问题相差较远，对应用者要求很高。 2. 计算机利用自己强大的计算能力和存储能力, 采用”猜”的方式, 试探法. 能解决问题的领 域更广, 更结合实际.

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人工智能

吉林大学珠海学院计算机科学与技术系

例 智力游戏问题：传教士与野人渡河问题 传教士与野人渡河问题：有 3 个传教士带 3 个野 人渡河，河的岸边有一条船， 每次最多可载 2 人， 要求无论在河的哪一边，野人的数目不能超过传教 士的数目，问为安全起见， 应如何安排传教士与 野人渡河？ 一种较为简单的表

1． 用有界深度优先搜索方法求解图1所示八数码难题。

2 8 1 2 3 1 6 3 8 4 7 5 4 7 6 5 So Sg

图1 八数码难题

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?

3．某单位派遣出国人员，有赵、钱、孙三位候选人，经讨论后决定：

（1）三人中至少派遣一人。

（2）如果赵去而钱不去，则一定派孙去。 （3）如果钱去，则一定派孙去。

求证：一定会派孙出国。

设用P(x)表示派x出国，zhao、qian、sun分别表示三人，将已知条件与目标用谓词公式正确的表示出来，并用消解反演进行证明。

4．简述进化编程的机理和基本过程，并以四状态机为例说明进化编程的表示。

5．用基于规则的推理系统证明下述推理的正确性

《人工智能》作业（三）答案

客观题部分：

一、选择题（每题2分，共10题） 参考答案：

1A，2B，3C，4A，5D 主观题部分： 一、 简答题（10分）

参考答案：

答：知识是人们把实践中获得的信息关联在一起所形成的信息结构。具有以下特性：1）相对正确性：任何知识都是在一定环境和条件下产生的，所以知识的正确性也是在一定的前提下才能正确的。2）不确定性：知识是有关信息关联在一起形成的信息结构，“信息”与“关联”是构成知识的两大要素。由于现实世界的复杂性，信息可能是精确的，也可能是不精确的、模糊的；关联可能是确定的，也可能是不确定的。这就使得知识不总是只有真和假两种状态，而是在真和假之间存在有很多状态，即存在“真”的程度问题。3）可表示性：知识是可以用形式化的东西表示的，比如可用语言、文字、图形、公式等来表示知识，正由于知识的这一特性，才能使我们将知识数据化，才能用计算机来存储知识、传播知识和利用知识。4）可利用性：我们每时每刻都在利用我们所掌握的知识来解决现实世界中的各种问题，如果知识不具有可利用性，我们就不能积累知识，世界就不会前进。

知识表示方法有：状态空间法/产生式表示法；问题归约法；谓词逻辑法；语义网络法；框架表示法；剧本表示

1-1什么是人工智能?试从学科和能力两方面加以说明.

答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动

1-4为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？

答：物理符号系统的假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必

定能执行输入符号、输出符号、存储符号、复制符号、建立符号结构、条件性迁移6种功能。反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能(人类所具有的智能)。

物理符号系统的假设伴随有3个推论。

推论一: 既然人具有智能，那么他(她)就一定是个物理符号系统。 推论二: 既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。

推论三: 既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么我们就能够用计算机来模拟人的活动。

1-5现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？现在这些学派的关系如何？

答：符号主义(Symbolic

1-1什么是人工智能?试从学科和能力两方面加以说明.

答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动

1-4为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？

答：物理符号系统的假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必

定能执行输入符号、输出符号、存储符号、复制符号、建立符号结构、条件性迁移6种功能。反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能(人类所具有的智能)。

物理符号系统的假设伴随有3个推论。

推论一: 既然人具有智能，那么他(她)就一定是个物理符号系统。 推论二: 既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。

推论三: 既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么我们就能够用计算机来模拟人的活动。

1-5现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？现在这些学派的关系如何？

答：符号主义(Symbolic