人工智能技术实验指导书

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1、人工智能技术实验指导书目录前言1实验一刺激响应Agent实验2实验二能计划的Agent实验（一）4实验三能计划的Agent实验（二）6实验四双Agent博弈实验（一）7实验五双Agent博弈实验（二）9实验六谓词逻辑与归结原理实验（一）11实验七谓词逻辑与归结原理实验（二）13实验八学习Agent实验15人工智能技术实验是为了结合研究生人工智能理论课程的学习而开设的一门实践教学课程，要求学生通过本课程的学习巩固并进一步深入理解理论学习所介绍的人工智能的基本原理与方法，掌握人工智能一些主要技术的实现方法，提高人

2、工智能程序的设计和使用程序设计语言实际编程的能力。学习本课程要求学生掌握程序设计基本知识和至少一种程序设计语言，学过人工智能原理。本实验指导书中共有八个实验，涵盖了人工智能的一些基本技术，包括能对周围坏境进行探测并做出响应的刺激响应Agent实验；能在解空间中进行搜索，寻找问题求解方法的能汁划的Aynt实验；能够在游戏中与对手较量的双Agent博弈实验；能够进行逻辑推理的谓词逻辑与归结原理实验；能够进行学习和优化的学习Agent实验等。其中，实验三、实验五、实验七相对于实验二、实验四、实验六要复杂一些，可供学

3、生根据自己的基础和程序设计能力选做。实验指导书对每个实验首先提出了实验目的和要求，主要指出通过实验所要掌握的人工智能的基本技术；然后简单介绍与该实验相关的人工智能技术的基本知识，以便读者冋忆和复习人工智能原理的有关内容，为完成实验做好准备；最后给出了实验内容和进行方式，具体给出实际的应用环境和要解决的问题以及对程序功能的要求。实验一刺激响应Agent实验实验目的与要求目的：掌握产生式系统的结构和设计方法，了解刺激响应Agent的工作原理。要求：设计生活在一个二维网格世界中的“人工蚂蚁”的模拟程序。基本知识刺激

4、响应(stimulus・response)Agent指的是没有内部状态而只是对所感知到的环境刺激给出简单反应的机器。刺激响应Agent是具有传感器和效应器、处于某一环境中的实体。它通过传感器感知环境，通过效应器作用于环境。这种Agent能够对环境主动进行监视，并能做出必要的反应。刺激响应Agent最典型的应用是机器人，特别是Brookes类型的机器昆虫。实验内容与进行方式“人工蚂蚁”生活在一个二维网格世界屮，它能沿已作标记的单元所组成的连续“信息素踪迹”(宽为一个单元)的运动。这个蚂蚁占一个单元，它可以面向东

5、、南、西、北。它能做五个动作：前移一个单元(m)；在同一单元屮向左转(1)；在同一单元屮向右转(r);设置状态位元“开”(on)；设置状态位元“关”(off)0蚂蚁感知它的正前方(即其面朝的方向)是否有信息素踪迹瓦其状态位元是否为“开”，若状态位元为“开”表示该单元已经走过(设状态位元起初为“关”)。如图一中黑色的单元组成了信息素踪迹，红色的圆形表示人工蚂蚁。描述可以控制这样一个跟踪以上路线的蚂蚁的一个产生式系统。设这个蚂蚁最初位于一个可感知的信息素踪迹单元中，面向东方(请记住，产生式系统由一个有序的条件一动

6、作规则集合组成；所执行的动作与首先满足的那个条件相应。每个规则的动作部分可以有一个以上的动作)。确保蚂蚁不会折反自己走过的路线。写一个模拟人工蚂蚁行为的算法，并编制程序，分别对图中的三只蚂蚁，给出运行的结果。图一人工蚂蚁的网格世界附：蚁群算法简介20世纪90年代初意大利学者Dorigo,Maniezzo提出的第一个"蚁群算法(antcolonyalgorithm)"是依照蚂蚁觅食原理，设计的一个群体智能的算法。其原理如下。据研究当蚂蚁找到食物并将它搬回来时，就会在其经过的路径上留下一种“外激素”,其他蚂蚁嗅到

7、这个激素的“味道”，就沿该路奋勇向前，觅食而去。不但如此而且还会沿着最短的路径奔向食物。下血我们分析一下蚂蚁是如何找到通向食物的最短路径的呢？设一群蚂蚁(随机地)从蚁巢0向四面八方去觅食，当某只蚂蚁在A点觅到食物时,一般就沿原路回巢，同时在归途上留下外激素，外激素随着向四周散发其浓度会不断下降。若有两只蚂蚁分别沿路径OBA和路径OA找到食物，且沿原路返回(见图一)设OA比OBA短，当第一只蚂蚁回到0点时，第二只蚂蚁(沿OBA的蚂蚁)才回到C点。于是0A路上有两次外激素的遗留物(去一次、回来一次)，而在0C路是

8、只有去一次的外激素遗留物，故OA的外激素浓度比0C上大。据研究蚂蚁一般会沿外激素浓度大的路径上前图二蚂蚁觅食路径示意图行，于是后面的蚂蚁会渐渐地沿由0到A的最短程到达A点(指所有已求到的路径中的最短者)。以上就是蚂蚁能以最短路径找到食物的原因。根据这个原理可以设计出求最短路径的蚁群算法。下面以求通过n个城市的最短冋路为例。设有n个城市，在t时刻在第i个城市上有蚂蚁心(t)个，共有m个蚂蚁。设在(时刻