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1、
湖南中醫(yī)藥大學(xué)本科課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱
《人工智能》
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)
執(zhí)筆人：丁長松
審定人：***
學(xué)院負(fù)責(zé)人：***
湖南中醫(yī)藥大學(xué)教務(wù)處
二○一四年三月
一、課程性質(zhì)和教學(xué)目的
《人工智能》是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課，適應(yīng)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、醫(yī)藥信息工程專業(yè)。本課程是關(guān)于人工智能領(lǐng)域的引導(dǎo)性課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，是使學(xué)生了解和掌握人工智能的基本概念、原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能技術(shù)提高分析和解決較復(fù)雜問題的能力，啟發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，培養(yǎng)知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力
2、。
《人工智能》主要研究智能信息處理技術(shù)、開發(fā)具有智能特性的各類應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)。本課程主要介紹人工智能的基本理論、方法和技術(shù)，主要包括常用的知識(shí)表示、邏輯推理和問題求解方法、人工智能發(fā)展學(xué)派以及主要理論。
先修課程：高等數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫原理、算法設(shè)計(jì)與分析、數(shù)理邏輯
二、課程目標(biāo)
人工智能實(shí)驗(yàn)應(yīng)在一種為高效率開發(fā)專家系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的高級(jí)程序系統(tǒng)或高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言環(huán)境中進(jìn)行。在目前開來，專家系統(tǒng)開發(fā)工具和環(huán)境可分為5種主要類型：程序設(shè)計(jì)語言、知識(shí)工程語言、輔助型工具、支持工具及開發(fā)環(huán)境。在這里主要是要求學(xué)生能用相關(guān)術(shù)語描述、表示一些問題；用程序設(shè)計(jì)語言如：C、C++、JAVA編
3、程來實(shí)現(xiàn)一些基本的算法、推理、搜索等過程。?
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求
實(shí)驗(yàn)一：謂詞表示
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
設(shè)農(nóng)夫、狼、山羊、白菜都在河的左岸，現(xiàn)在要把它們運(yùn)送到河的右岸去，農(nóng)夫有條 船，過河時(shí)，除農(nóng)夫外船上至多能載狼、山羊、白菜中的一種。狼要吃山羊，山羊要吃白菜，除非農(nóng)夫在那里。試設(shè)計(jì)出一個(gè)確保全部都能過河的方案。?
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
讓學(xué)生加深對(duì)謂詞邏輯和謂詞知識(shí)表示的理解。??
【實(shí)驗(yàn)要求】
寫出所用謂詞的定義，并給出每個(gè)謂詞的功能及變量的個(gè)體域，然后編程來實(shí)現(xiàn)。?
【參考學(xué)時(shí)】
1. 定義狀態(tài)的謂詞
2. 定義變元的個(gè)體域
3. 描述
4、問題的初始和目標(biāo)狀態(tài)
4. 定義動(dòng)作
5. 解釋過程
解：(1) 先定義描述狀態(tài)的謂詞
AL(x)：x在左岸
?AL(x)表示x在右岸。
（2）定義個(gè)體域
x的個(gè)體域：{農(nóng)夫，船，狼，羊，白菜}。
（3）定義初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)
問題的初始狀態(tài)：AL(農(nóng)夫)，AL(船)，AL(狼)，AL(羊)，AL(白菜)，
問題的目標(biāo)狀態(tài)：?AL(農(nóng)夫)，?AL(船)，?AL(狼)，?AL(羊)，?AL(白菜)
(4) 定義動(dòng)作
4個(gè)動(dòng)作：
農(nóng)夫不帶來回
農(nóng)夫帶來回
L-R：農(nóng)夫自己劃船從左岸到右岸
L-R(x)：農(nóng)夫帶著x劃船從左岸到右岸
R-L：農(nóng)夫自己劃船
5、從右岸到左岸
R-L(x) ：農(nóng)夫帶著x劃船從右岸到左岸
x的個(gè)體域是{狼，羊，白菜}。
L-R：農(nóng)夫劃船從左岸到右岸
條件：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，?AL(狼)∨?AL(羊)，?AL(羊)∨?AL(白菜)
動(dòng)作：刪除表：AL(船)，AL(農(nóng)夫)
添加表：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)
L-R(狼)：農(nóng)夫帶著狼劃船從左岸到右岸
條件：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(狼)，?AL(羊)
動(dòng)作：刪除表：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(狼)
添加表：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)，?AL(狼)
L-R(羊
6、)：農(nóng)夫帶著羊劃船從左岸到右岸
條件：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(羊)， AL(狼)，AL(白菜)
或：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(羊)，?AL(狼)，?AL(白菜)
動(dòng)作：刪除表：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(羊)
添加表：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)，?AL(羊)
L-R(白菜)：農(nóng)夫帶著白菜劃船從左岸到右岸
條件：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(白菜)，?AL(狼)
動(dòng)作：刪除表：AL(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(白菜)
添加表：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)，
7、?AL(白菜)
R-L：農(nóng)夫劃船從右岸到左岸
條件：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)，AL(狼)∨AL(羊)，AL(羊)∨AL(白菜)
或：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫) ，?AL(狼)，?AL(白菜)，AL(羊)
動(dòng)作：刪除表：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)
添加表：AL(船)，AL(農(nóng)夫)
R-L(羊) ：農(nóng)夫帶著羊劃船從右岸到左岸
條件：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)，?AL(羊) ，?AL(狼)，?AL(羊)，AL(白菜)
動(dòng)作：刪除表：?AL(船)，?AL(農(nóng)夫)，?AL(羊)
添加表：A
8、L(船)，AL(農(nóng)夫)，AL(羊)
(3) 問題求解過程
代碼如下
#include
#include
typedef int datatype; //datatype定義
struct seqque //隊(duì)列結(jié)構(gòu)體
{
int maxnum;
int f,r; //存放頭尾下標(biāo)
datatype *q;
};
typedef struct seqque *pseqque;
/*創(chuàng)建一個(gè)新的隊(duì)列*/
pseqque createmptyqueue (int m)
{
pseqque paqu=(pseqqu
9、e)malloc(sizeof(struct seqque)); //申請(qǐng)結(jié)構(gòu)體動(dòng)態(tài)空間
if (paqu!=NULL)
{
paqu->q=(datatype*)malloc(sizeof(datatype)*m); //申請(qǐng)datatype動(dòng)態(tài)空間
if (paqu->q)
{
paqu->maxnum=m;
paqu->f=0; //置頭下標(biāo)為0
paqu->r=0; //置尾下標(biāo)為0
return paqu;
}
else free(paqu);
}
printf("超出存儲(chǔ)空間！");
retu
10、rn NULL;
}
/*入隊(duì)運(yùn)算函數(shù)*/
void enque(pseqque paqu,datatype x)
{
if ((paqu->r+1)%(paqu->maxnum)==paqu->f)
printf("隊(duì)列已滿！");
else
{
paqu->q[paqu->r]=x;
paqu->r=(paqu->r+1)%(paqu->maxnum);
}
}
/*出隊(duì)運(yùn)算函數(shù)*/
void deque(pseqque paqu)
{
if (paqu->f==paqu->r)
printf("空隊(duì)列！");
else
11、 paqu->f=(paqu->f+1)%(paqu->maxnum);
}
/*取隊(duì)列頭元素*/
datatype frontque (pseqque paqu)
{
if (paqu->f==paqu->r)
printf("隊(duì)列為空！");
else
return (paqu->q[paqu->f]);
}
/*判斷是否為空隊(duì)列函數(shù)*/
int isemptyque(pseqque paqu)
{
if (paqu->f==paqu->r)
return 1;
else
return 0;
}
/*判斷農(nóng)夫位置*/
int
12、 farmer(int location)
{
return(0!=(location&0x08));
}
/*判斷狼位置*/
int wolf(int location)
{
return(0!=(location&0x04));
}
/*判斷白菜位置*/
int cabbage(int location)
{
return(0!=(location&0x02));
}
/*判斷羊位置*/
int goat(int location)
{
return(0!=(location&0x01));
}
/*安全狀態(tài)的判斷函數(shù)*/
int safe(
13、int location)
{
if ((goat(location)==cabbage(location))&&(goat(location)!=farmer(location)))
return 0; //羊吃白菜
if ((goat(location)==wolf(location))&&(wolf(location)!=farmer(location)))
return 0; //狼吃羊
return 1;
}
/*解決農(nóng)夫問題函數(shù)*/
void farmerproblem(void)
{
int i,movers,location,newlo
14、cation;
int route[16]; //記錄已走過的步驟
pseqque moveto; //存放安全的步驟
moveto=createmptyqueue(16); //創(chuàng)建新隊(duì)列
enque(moveto,0x00); //置狀態(tài)初值
for (i=0;i<16;i++) //置已走過步驟初值
route[i]=-1;
route[0]=0;
while(!isemptyque(moveto)&&(route[15]==-1))
{
location=frontque(moveto); //取頭狀態(tài)為當(dāng)前狀態(tài)
deque
15、(moveto); //刪除隊(duì)列頭狀態(tài)
for (movers=1;movers<=8;movers<<=1) //依次考慮羊、白菜、狼、農(nóng)夫的移動(dòng)
if ((0!=(location&0x08))==(0!=(location&movers))) //判斷是否和農(nóng)夫同邊
{
newlocation=location^(0x08|movers); //移動(dòng)后的狀態(tài)
if (safe(newlocation)&&(route[newlocation]==-1)) //判斷是否為安全狀態(tài)
{
route[newlocatio
16、n]=location; //將新的安全狀態(tài)賦給location
enque(moveto,newlocation); //新的狀態(tài)入隊(duì)列
}
}
}
if (route[15]!=-1) //到達(dá)最終狀態(tài)
{
printf("過程是：\n"); //輸出過程和位置
for (location=15;location>=0;location=route[location])
{
printf("位置是：%d\n",location);
if (location==0)
exit(0);
}
17、}
else printf("此問題無解！");
}
/*主函數(shù)*/
void main()
{
farmerproblem();
}
???????
實(shí)驗(yàn)二：一個(gè)用于動(dòng)物識(shí)別的產(chǎn)生式系統(tǒng)????
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】??????
設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，讓其實(shí)現(xiàn)可以識(shí)別老虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁這6種動(dòng)物。?
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
讓學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)產(chǎn)生式系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。????
【實(shí)驗(yàn)要求】
其規(guī)則庫中應(yīng)包含至少15條規(guī)則，假設(shè)推理開始時(shí)綜合數(shù)據(jù)庫中存放有以下事實(shí)：??????
動(dòng)物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄。
【參考學(xué)時(shí)】
18、
6課時(shí)：上機(jī)實(shí)驗(yàn)6課時(shí)。
設(shè)計(jì)如下：
（1） IDENTIFIER產(chǎn)生式規(guī)則
規(guī)則I1：如果 該動(dòng)物有毛發(fā)
那么 它是哺乳動(dòng)物
規(guī)則I2：如果 該動(dòng)物有奶
那么 它是哺乳動(dòng)物
規(guī)則I3：如果 該動(dòng)物有羽毛
那么 它是鳥類動(dòng)物
規(guī)則I4：如果 該動(dòng)物能生蛋
它能飛行
那么 它是鳥類動(dòng)物
給出的六種動(dòng)物除了哺乳動(dòng)物即是鳥類動(dòng)物，故I1-I4這一組規(guī)則可用于區(qū)分這兩類動(dòng)物。
規(guī)則I5：如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物
它吃肉
那么 它是
19、肉食動(dòng)物
規(guī)則I6：如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物
它長有爪子
它長有利齒
它眼睛前視
那么 它是肉食動(dòng)物
規(guī)則I7：如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物
它長有蹄
那么 它是有蹄動(dòng)物
規(guī)則I8：如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物
它反芻
那么 它是有蹄動(dòng)物，并且是偶蹄動(dòng)物
I5-I8用于區(qū)分哺乳動(dòng)物中的食肉動(dòng)物和有蹄動(dòng)物。
規(guī)則I9：如果 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物
它有暗斑
20、 那么 它是金錢豹
規(guī)則I10：如果 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物
它沒有暗斑
它有黃色條紋
那么 它是老虎
I9-I10用于區(qū)分肉食動(dòng)物。
規(guī)則I11：如果 該動(dòng)物是有蹄動(dòng)物
它有長脖子
那么 它是長頸鹿
規(guī)則I12：如果 該動(dòng)物是有蹄動(dòng)物
它沒有長脖子
它有黑白條紋
那么 它是斑馬
I11-I12用于區(qū)分蹄型動(dòng)物。
規(guī)則I13：如果 該動(dòng)物是鳥類
21、 它有能游水
那么 他是會(huì)水鳥類
規(guī)則I14：如果 該動(dòng)物是鳥類
它有長腿
它會(huì)飛
那么 它是信天翁
規(guī)則I15：如果 該動(dòng)物是會(huì)水鳥類
它不會(huì)飛
它是黑色和白色的
那么 它是信企鵝
I13-I15用于區(qū)分鳥類動(dòng)物。
代碼如下：
#include
#include
int main()
{
int a[5]={0,0,0,0,0};
printf("
22、請(qǐng)輸入該動(dòng)物的特征 有的特征輸入1 無的特征輸入0\n\n");
for(int k=0;k<5;k++)
{
if(k==0)
printf("該動(dòng)物是否有奶？\n");
else if(k==1)
printf("該動(dòng)物是否有蹄？\n");
else if(k==2)
printf("該動(dòng)物是否有長腿？\n");
else if(k==3)
printf("該動(dòng)物是否有暗斑？\n");
else if(k==4)
printf("該動(dòng)物是否有長脖子？\n");
scanf("%d",&a[k]);
}
23、printf("輸入的序列為：");
for(int j=0;j<5;j++)
{
printf("%d",a[j]);
}
printf("\n");
int b=-1;
for(int i=0;i<5;i++)
{
if(i==0){
if(a[i]==1){
printf("該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物\n");
b=1;
}
if(a[i]==0){
printf("該動(dòng)物不是哺乳動(dòng)物\n");
b=0;
}
}
if(i==1){
if(a[i]==1&&b==
24、1){
printf("該動(dòng)物是有蹄動(dòng)物\n");
b=11;
}
if(a[i]==0&&b==1){
printf("該動(dòng)物不是有蹄動(dòng)物\n");
b=10;
}
}
if(i==2){
if(a[i]==1&&b==0){
printf("該動(dòng)物有長腿\n");
b=01;//信天翁
}
if(a[i]==0&&b==0){
printf("該動(dòng)物沒有長腿\n");
b=00;//企鵝
}
}
if(i==3){
if(a
25、[i]==1&&b==10){
printf("該動(dòng)物有暗斑\(yùn)n");
b=101;//獵豹
}
if(a[i]==0&&b==10){
printf("該動(dòng)物無暗斑\(yùn)nn");
b=100;//老虎
}
}
if(i==4){
if(a[i]==1&&b==11){
printf("該動(dòng)物有長脖子\n");
b=111;//長頸鹿
}
if(a[i]==0&&b==11){
printf("該動(dòng)物沒有長脖子\n");
b=110;//斑馬
}
26、 }
}
if(b==01)
printf("該動(dòng)物是信天翁\n");
else if(b==00)
printf("該動(dòng)物是企鵝\n");
else if(b==101)
printf("該動(dòng)物是獵豹\n");
else if(b==100)
printf("該動(dòng)物是老虎\n");
else if(b==111)
printf("該動(dòng)物是長頸鹿\n");
else if(b==110)
printf("該動(dòng)物是斑馬\n");
else
printf("該動(dòng)物不存在\n");
system("pause");
27、return 0;
}
實(shí)驗(yàn)三：子句消解
代碼如下
#include
#include
#include
#include
#define N 50
#define M 50
void ReplaceString(char *Src,char *a,char *b)
{
char *ptr;
int len = strlen(Src);
ptr = (char*)malloc(sizeof(char)*len + 10);
strcpy(p
28、tr, Src);
int subLen_a = strlen(a);
int subLen_b=strlen(b);
int j;int k=subLen_b-subLen_a;
for ( int i=0; i
29、
ptr[len+k] = '\0';
strcpy(Src,ptr);
}
void xiaojie(char a[],char b[])
{
char A[N][N],B[N][N];
int n=0,m=0,i,j;
int lenth_a=strlen(a),lenth_b=strlen(b);
for(i=0;i
30、
}
}
A[n][m]='\0';
int k=n;//A的記錄行數(shù)
n=0,m=0;
for(i=0;i
31、 {
if((B[m][0]=='~')&&(B[m][1]==A[n][0]))//出現(xiàn)互補(bǔ)對(duì)
{
//置換
char x[N][N],y[N][N];
int g=0,h=0;
lenth_a=strlen(A[n]);
lenth_b=strlen(B[m]);
for(i=2;i
32、 x[g][h]='\0';
h=0;
g++;
}
}
x[g][h]='\0';
g=0,h=0;
for(i=3;i
33、;
for(int i=0;i<=g;i++)//置換
{
if(strlen(x[i])>=strlen(y[i]))
{
cout<
34、0;j<=k;j++)
ReplaceString(A[j] ,x[i], y[i]);
}
}
for(i=n;i<=k;i++)//消去互補(bǔ)對(duì)
strcpy(A[i],A[i+1]);
k=k-1;
for(i=m;i<=r;i++)
strcpy(B[i],B[i+1]);
r=r-1;
}
else if((A[n][0]=='~')&&(A[n][1]==B[m][0]))
{
char x[N][N],y[N][N];
35、int g=0,h=0;
lenth_a=strlen(A[n]);
lenth_b=strlen(B[m]);
for(i=3;i
36、2;i=strlen(y[i]))
{
cout<
37、<<"/"<
38、+)//消去互補(bǔ)對(duì)
strcpy(A[i],A[i+1]);
k=k-1;
for(i=m;i<=r;i++)
strcpy(B[i],B[i+1]);
r=r-1;
}
}
else continue;
}
}
//輸出結(jié)果
cout<<"消解后的字句為："<
39、[m]<>a;
cout<<"請(qǐng)輸入所要消解的第二個(gè)子句："<>b;
xiaojie(a,b);
}
運(yùn)行結(jié)果：
四、教材與教學(xué)資源
選用教材：
蔡自興，徐光祐。人工智能及應(yīng)用，第4版。清華大學(xué)出版社，2010.
?參考書目：
1. 王萬森. 人工智能原理及其應(yīng)用（第2版），電子工業(yè)出版社，2007.1。普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材,
40、 北京市精品教材。書號(hào)：ISBN：978-7-121-03730-6.
2. 《人工智能基礎(chǔ)》教材，邵軍力、張景等編著，電子工業(yè)出版社
3. ?《人工智能引論》［美］Ｅ.麗奇著，李衛(wèi)華等譯，廣東科技出版社?
4. 《人工智能導(dǎo)論》林堯瑞、馬少平著，清華大學(xué)出版社。?
五、教學(xué)時(shí)間分配
序號(hào)
實(shí)驗(yàn)名稱
內(nèi)容提要
每組
人數(shù)
實(shí)驗(yàn)
時(shí)數(shù)
實(shí)驗(yàn)
類型
所在
實(shí)驗(yàn)室
1
用謂詞表示農(nóng)夫、狼、山羊、白菜問題
試設(shè)計(jì)出一個(gè)確保農(nóng)夫、狼、山羊、白菜都能過河的方案。
3
4
基礎(chǔ)
機(jī)房
2
設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)物識(shí)別的產(chǎn)生式系統(tǒng)
設(shè)計(jì)讓其實(shí)現(xiàn)可以識(shí)別老虎、金錢
41、豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁這6種
動(dòng)物的系統(tǒng)
3
6
設(shè)計(jì)
機(jī)房
3
八數(shù)碼難題
在3×3的方格棋盤上，分別放置了標(biāo)有數(shù)字1、2、3、4、5、6、7、8的八張牌， 初始狀態(tài)S0按照規(guī)則移動(dòng)到目標(biāo)狀態(tài)S8?
3
6
設(shè)計(jì)
機(jī)房
4
討論
人工智能的發(fā)展趨勢
1
2
討論
教室
六、大綱說明
（一）適用對(duì)象與參考學(xué)時(shí)
本課程適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)本科學(xué)生，參考學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，其中上機(jī)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，討論2學(xué)時(shí)。
（二）教學(xué)建議
實(shí)踐教學(xué)：在課程后半程安排適當(dāng)?shù)纳蠙C(jī)實(shí)驗(yàn)和課堂討論，讓學(xué)生應(yīng)用人工智能的理論、方法，分組設(shè)計(jì)幾個(gè)軟件，使理論與實(shí)際相結(jié)合。
測評(píng)：課程實(shí)驗(yàn)考試方式為考查；實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分應(yīng)占課程總成績的比例20%：在課程考試筆試中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占考試內(nèi)容的比例不超過5%。實(shí)驗(yàn)成績中預(yù)習(xí)占0.1、操作占0.3、實(shí)驗(yàn)紀(jì)律占0.1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占0.5，以等級(jí)制（優(yōu)[=90]、良[=80]、中[=70]、合格[=60]、差[=50]、零[=0]）記分并進(jìn)行最終得分折算；本課程最后成績=實(shí)驗(yàn)成績*0.2+課程考試成績*0.8。
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試題yu教育
人工智能大作業(yè)實(shí)驗(yàn)【高教成教】
