第4章-参考答案

1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：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)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：设用qA，qB和qC分别表示把A盘，B盘和C盘绕轴逆时针转动90º，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(0)(0,0,0,0)L(2)1112224443332222421314132432CBAABC3S0→2→5→13(Sg)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：这个问题又称为旅行商问题（travellingsalesmanproblem,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A10B289C1163128D9E4-32交通费用图221113334444233132314122344323141212434233114242413ABCqAqBqC331311224244qA322441311324qBqC413412332334123331313124422412344123412313324112244qC334213112244qA314241231234qB132314242413qC4.7题的广度优先搜索树S0S1S2S4S5S6S7S8S9S10S11S12即SgS334径，即使用一个每秒一亿次的计算机来算也需要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：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：ABCDE010102911CDEBDEBCEBCD29118812618221638105101239211218689DE382126CE392531CD982425DE1262216BC1217914BD691619CE862027BE882020CB862624CD812172529BD8319202722BC1233223B620A103028A230D1228D927EB1231EE828E626B626E930B831B1234D328C832D327D935E833E931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。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)=max{h(B)+5,h(C)+6}=max{(h(E)+2)+5,h(C)+6}=max{(max(2,3)+2)+5,max(2,1)+6}BBWWEBBEWWBBWEWBBEWWBEWBWEBWBWWBEBWWBWBEWBWEBWEWBBABCDt2t3t4t1图4.34习题4.14的与/或树56217223Ef(x)=0+12=12f(x)=1+12=13f(x)=1+12=13f(x)=2+12=14f(x)=2+9=11f(x)=3+9=12f(x)=4+6=10f(x)=5+3=8f(x)=6+3=9f(x)=7+0=76=max((5+5,2+6)=104.15设有如图4-35所示的博弈树，其中最下面的数字是假设的估值，请对该博弈树作如下工作：(1)计算各节点的倒推值；(2)利用α-β剪枝技术剪去不必要的分枝。解：各节点的倒推值和剪枝情况如下图所示：图4.35习题4.15的博弈树305-336-2354-3068-3369S0ABCDEFGHIJKLNM习题4.15的倒推值和剪枝情况305-336-2354-3068-336≤0≥0≤0≤-39≤3≥3≤4≥4≤4≥4≤-3≤6≥6S0ABCDEFGHIJKMNL