人工智能(第3版)王万森部分习题答案

1第二章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：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：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：定义谓词NC(x)：x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：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：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))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2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：(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，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)3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)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)，¬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)2.18请对下列命题分别写出它们的语义网络：(1)每个学生都有一台计算机。解：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)GSgsoc学生占有权计算机OwnerOwnsFGSgGSgISAISAAKO4(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：(3)学习班的学员有男、有女、有研究生、有本科生。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：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：2.19请把下列命题用一个语义网络表示出来：(1)树和草都是植物；解：(2)树和草都有叶和根；ISA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3:22Participants1Participants2Outcome植物草树AKOAKO5解：(3)水草是草，且生长在水中；解：(4)果树是树，且会结果；解：(5)梨树是果树中的一种，它会结梨。解：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：师生框架FrameTeachers-StudentsName：Unit（Last-name，First-name）Sex：Area（male，female）Default：maleAge：Unit（Years）Telephone：HomeUnit（Number）MobileUnit（Number）教师框架FrameTeachersAKOTeachers-StudentsMajor：Unit（Major-Name）Lectures：Unit（Course-Name）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AKO6Field：Unit（Field-Name）Project：Area（National，Provincial，Other）Default：ProvincialPaper：Area（SCI，EI，Core，General）Default：Core学生框架FrameStudentsAKOTeachers-StudentsMajor：Unit（Major-Name）Classes：Unit（Classes-Name）Degree：Area（doctor，mastor,bachelor）Default：bachelor2.37把下列谓词公式化为子句集（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：(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)→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)对谓词(x)(y)(z)(P(x,y)→Q(x,y)∨R(x,z))，先消去连接词“→”得：7(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))}2.41设已知：(1)如果x是y的父亲，y是z的父亲，则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：①¬F(x,y)∨¬F(y,z)∨GF(x,z)②¬P(r)∨F(s,r)③P(u)④¬GF(v,u))对上述扩充的子句集，其归结推理过程如下：¬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)∨¬P(z)¬P(y)P(u)NIL8由于导出了空子句，故结论得证。2.42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)∨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：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：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)