Download pdf - آموزش هوش مصنوعی - بخش سوم

مصنوعیآموزش هوش

faradars.org/fvsft102

:مدرس

محمد صبریدانشجوی دکتری مهندسی کامپیوتر گرایش هوش مصنوعی

تهرانهیات علمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد شهر قدس عضو

هوش مصنوعی، رهیافتی نوین

«جستجوهای ناآگاهانه»: فصل سوم

1

فرادرس

FaraDars.org





فهرست مطالب

مبتنی بر حل مسالهعامل•انواع مساله•فرموله سازی مساله•انواع جستجوهای ناآگاهانه•

2

فرادرس

FaraDars.org







3

فرادرس

FaraDars.org





عامل مبتنی بر حل مساله

:ازعبارتندمسالهیکحلبرایکلیمرحلهچهار•goal)هدفسازیفرموله1. formulation):است؟هدفحاالتازکدامیک

problem)مسالهسازیفرموله2. formulation):هدفبهرسیدنبرایاعمالیوحاالتچهاست؟نیازمورد

.شودمیتعیین)حلراه(هدفتاشروعحالتازاعمالازاییدنباله:(search)جستجو3.

.دهدمیانجامرانظرمورداعمالحل،راهدریافتبا:(execute)اجرا4.

4

فرادرس

FaraDars.org





رمانی: مثال

5

فرادرس

FaraDars.org






شهر(رمانیکشورمسافرتدر):شروعحالتArad

شهر(برگشتبلیط):هدفسازیفرمولهBucharest

مسالهسازیفرموله:مختلفشهرهای:حاالتشهرهابینحرکت:اعمال

جستجو:Arad, Sibiu, Fagaras, Bucharest

6

فرادرس

FaraDars.org





عامل مبتنی بر حل مسالهfunction SIMPLE-PROBLEM-SOLVING-AGENT(percept) return an action

static: seq , an action sequence

state, some description of the current world state

goal, a goal

problem, a problem formulation

state UPDATE-STATE(state, percept)if seq is empty then

goal FORMULATE-GOAL(state)

problem FORMULATE-PROBLEM(state , goal)

seq SEARCH(problem)

action FIRST(seq)

seq REST(seq)

return action

7

فرادرس

FaraDars.org





چند سوال

شود؟میانجامچندبارجستجو1)؟استمشاهدهقابلبخشییامشاهدهقابلکامالًمحیط2)

است؟قطعیغیریاقطعیمحیط3)؟استپیوستهیاگسستهمحیط4)است؟ترتیبییااپیزودیکمحیط5)

8

فرادرس

FaraDars.org







9

فرادرس

FaraDars.org







10

فرادرس

FaraDars.org





انواع مساله

Single)حالتهتکمسایل:مشاهدهقابلکامالًوقطعی• State)

(Sensorless/Conformant)دریافتقابلغیرمسایل:مشاهدهقابلبخشیوقطعی•

(Contingency)احتمالیمسایل:مشاهدهقابلبخشیوقطعیغیر•

(Exploration/Online)برخطیااکتشافیمسایل:ناشناختهحالتفضای•

11

فرادرس

FaraDars.org





مساله تک حالته

5حالتازشروع:حالتهتکمساله•

]مکش،راست[حل؟راه•

12

فرادرس

FaraDars.org





مساله غیرقابل دریافت

{8....،2،1}حاالتازیکیازشروع:دریافتقابلغیرمساله•

]مکشوچپمکش،راست،[:حلراه•

13

فرادرس

FaraDars.org





مساله غیرقابل دریافت

14

فرادرس

FaraDars.org





15

فرادرس

FaraDars.org





مساله غیرقطعی

{3،1}حاالتازیکیازشروع:قطعیغیرمساله•

شودنیزکثیفیباعثاستممکنمکشاینکهفرضبا(مرفیقانون)

؟؟؟:حلراه•

16

فرادرس

FaraDars.org







17

فرادرس

FaraDars.org







18

فرادرس

FaraDars.org





سازی مسالهفرموله

.شودمیتعریفزیرمواردبامسالهیک•initial)شروعحالت• state):مانندArad

successor)جانشینیتابع• function):عمل–حالتازمرتبزوجمجموعه

goal)هدفآزمون• test):صریح(explicit)بخارستمانندکردنماتمانند(implicit)ضمنی

path)مسیرهزینه• cost):C(x, a, y)استصعودیهمیشهکه.

.استهدفحالتتاشروعحالتازاعمالازاییدنباله:(solution)حلراه•optimal)بهینهحلراه• solution):استهزینهکمترینباحلراه.

19

فرادرس

FaraDars.org





دنیای جاروبرقی: مثال

مختلفحالت8:حاالت•

حاالتازهریک:شروعحالت•

{کارهیجیامکشراست،چپ،}:اعمال•

{8و7}حاالت:هدفآزمون•

هدفبهرسیدنتاشدهانجاماعمالتعداد:مسیرهزینه•

20

فرادرس

FaraDars.org





پازل اعداد: مثال

مختلفهایجایگشت:حاالت•

حاالتازهریک:شروعحالت•

{پایینوباالراست،چپ،}:اعمال•

هدفحالت:هدفآزمون•

شدهانجاماعمالتعداد:مسیرهزینه•

21

فرادرس

FaraDars.org





وزیر8: مثال

1)افزایشیسازیفرمولهچینشمختلفهایجایگشت:حاالت•

خالیصفحه:شروعحالت•

مناسبجایدروزیرنمودناضافه:اعمال•

شطرنجصفحهرویبروزیر8:هدفآزمون•

-:مسیرهزینه•

22

فرادرس

FaraDars.org





وزیر8: مثال

1)(دومروش)افزایشیسازیفرمولهچینشمختلفهایجایگشت:حاالت•

خالیصفحه:شروعحالت•

ستونیکدروزیرهرنمودناضافه:اعمال•

شطرنجصفحهرویبروزیر8:هدفآزمون•

-:مسیرهزینه•داشتنخواهدوزیر100مسالهدرتوجهقابلبهبود.

23

فرادرس

FaraDars.org





وزیر8: مثال

2)کاملسازیفرمولهچینشمختلفهایجایگشت:حاالت•

صفحهرویبروزیر8هر:شروعحالت•

صفحهدروزیرهانمودننمودنجابجا:اعمال•

وزیرهاتهدیدعدم:هدفآزمون•

-:مسیرهزینه•

24

فرادرس

FaraDars.org





بازوی مکانیکی قطعه ساز: مثال

مفاصلمختلفهایجایگشت:حاالت•

مفاصلقرارگیریمقدارهر:شروعحالت•

مفاصلجابجایی:اعمال•

قطعهکاملساخت:هدفآزمون•

اجرازمان:مسیرهزینه•

25

فرادرس

FaraDars.org







26

فرادرس

FaraDars.org







27

فرادرس

FaraDars.org





های جستجوی پایهالگوریتم

شود؟میپیداچگونهقبلیمسایلحلراه•درختیکتولیدباحالتفضایجستجوی•

شروعحالت=ریشه•

.شوندمیتولیدجانشینیتوابعطریقازهابرگوهاگره•.گرددمیگرافتولیدبهمنجرجستجوکلیحالتدر•

(مسیرچندینطریقازیکسانحاالت)

28

فرادرس

FaraDars.org








goal, a goal





seq SEARCH(problem)

action FIRST(seq)

seq REST(seq)

return action

29

فرادرس

FaraDars.org








goal, a goal





seq SEARCH(problem)

action FIRST(seq)

seq REST(seq)

return action

30

فرادرس

FaraDars.org





جستجوی درختی

function TREE-SEARCH(problem, strategy) return a solution or failureInitialize search tree to the initial state of the problemdo

if no candidates for expansion then return failureelse choose leaf node for expansion according to strategyif node contains goal state then return solutionelse expand the node and add resulting nodes to the search tree

end do

31

فرادرس

FaraDars.org






32

فرادرس

FaraDars.org






function TREE-SEARCH(problem, strategy) return a solution or failureInitialize search tree to the initial state of the problemdo

if no candidates for expansion then return failureelse choose leaf node for expansion according to strategyif node contains goal state then return solutionelse expand the node and add resulting nodes to the search tree

end do

33

فرادرس

FaraDars.org






34

function TREE-SEARCH(problem, strategy) return a solution or failure

Initialize search tree to the initial state of the problem

do

if no candidates for expansion then return failure

else choose leaf node for expansion according to strategy

if node contains goal state then return solution

else expand the node and add resulting nodes to the search tree

enddo

.ترتیب بسط گره ها استراتژی نامیده می شود

فرادرس

FaraDars.org






35



do





enddo

فرادرس

FaraDars.org








goal, a goal





seq SEARCH(problem)

action FIRST( seq )

seq REST(seq)

return action

36

فرادرس

FaraDars.org





(2)الگوریتم جستجوی درختی

37

function TREE-SEARCH(problem, fringe) return a solution or failure

fringe INSERT(MAKE-NODE(INITIAL-STATE[problem]), fringe)

loop do

if EMPTY?(fringe) then return failure

node REMOVE-FIRST(fringe)

if GOAL-TEST[node] then

return SOLUTION(node)

else

fringe INSERT-ALL(EXPAND(node, problem), fringe)

استراتژی در کدام تابع پیاده سازی شده است؟Insert_All(دExpand( جGoal Test( بRemove-First(الف

فرادرس

FaraDars.org






38



do





enddo

فرادرس

FaraDars.org





عامل و محیط( یادآوری

.باشدمیهاحالتازایمجموعهدارایمحیطهربنابراین•.باشدمیهاحالتاینازیکیدرلحظههردرمحیط•.شودمیمحیطحالتتغییرباعثمحیطدرعاملعمل•S𝑖:فعلیحالت•

Suck:عمل•

S𝑗:بعدیحالت•

39

فرادرس

FaraDars.org





فضای حالت

بیانگرحقیقتدر(state)حالتهر•.استفیزیکیحالتیک

گرههر.استدرختبامتناظردادهساختمانیکحقیقتدرنیز(node)گرههر•.استدرختانمفاهیمسایروعمق،پدرفرزند،دارای

درختدرنشدهدادهبسطاماشدهتولیدهایگرهشامل(FRINGE)هابرگآرایه•(سفیدهایگره).است

40

فرادرس

FaraDars.org





الگوریتم جستجوی درختی

41

function EXPAND(node,problem) return a set of nodes

successors the empty set

for each <action, result> in SUCCESSOR-FN[problem](STATE[node]) do

s a new NODE

STATE[s] result

PARENT-NODE[s] node

ACTION[s] action

PATH-COST[s] PATH-COST[node] + STEP-COST(node, action,s)

DEPTH[s] DEPTH[node]+1

add s to successors

return successors

فرادرس

FaraDars.org





های جستجواستراتژی

.کندمیمشخصراهاگرهبسطترتیباستراتژی•

.دشومیگیریاندازهمعیارچهاربا(استراتژی)جستجوالگوریتمکارایی•کند؟میپیداآنوجودصورتدرراحلراههمیشهالگوریتمآیا:بودنکامل1)

آنودوجصورتدرراهزینهکمترینباحلراههمیشهالگوریتمآیا:بودنبهینه2)؟کندمیپیدا

؟شودمیدادهبسط/تولیدجستجوحیندرگرهتعدادچه:زمانیپیچیدگی3)

شود؟میذخیرهحافظهدرجستجوحیندرگرهتعدادچه:حافظهپیچیدگی4)

42

فرادرس

FaraDars.org





های جستجواستراتژی

:شودمیتعریفپارامترسهبامعموالًحافظهوزمانیپیچیدگی•

•(b):انشعابفاکتورحداکثر

•(d):بهینهجوابعمق

•(m):(استبینهایتمعموالً)حالتفضایعمقحداکثر

43

فرادرس

FaraDars.org





جستجوهای ناآگاهانه

نمایدمیاستفادهمسالهصورتدرموجوداطالعاتازفقطناآگاهانهجستجوی•.(کورکورانهجستجوهای)

گاهآندهد،تشخیصهدفحاالتازراهدفغیرحاالتبتواندجستجواستراتژیاگر•.(چهارمفصل)شودمینامیدهآگاهانهجستجو

44

فرادرس

FaraDars.org





انواع جستجوهای ناآگاهانه

Breadth-first)سطحیجستجوی1. search)

Uniform-cost)یکنواختهزینهجستجوی2. search)

Depth-first)عمقیجستجوی3. search)

Depth-limited)محدودعمقیجستجوی4. search)

Iterative)تکرارشوندهعمقیجستجوی5. deepening search)

Bidirectional)دوطرفهجستجوی6. search)

45

فرادرس

FaraDars.org





جستجوی سطحی( 1

درختازسطحباالترینبسط•

FIFOصفیکطریقاز(fringe)سازیپیاده•

46

فرادرس

FaraDars.org






درختازسطحباالترینبسط•FIFOصفیکطریقازسازیپیاده•

47

فرادرس

FaraDars.org







48

فرادرس

FaraDars.org







49

فرادرس

FaraDars.org







50

فرادرس

FaraDars.org





(BF Search)ارزیابی جستجوی سطحی

بودن؟کامل•:کهشرطیبهبلی•عمقدربهینهجواب(d)باشددسترسقابل.انشعابفاکتور(b)باشدمحدود.

51

فرادرس

FaraDars.org






بودن؟بهینه•:کهشرطیبهبلی•باشندهزینهفاقدمسیرها.

52

فرادرس

FaraDars.org






زمانی؟پیچیدگی•.استفرزندbدارایحداکثرریشهگره•.داردوجودگرهمدوسطحدربنابرایناست،فرزندbدارایحداکثرنیزفرزندهر•.باشدگرهترینراستسمتدربایدجوابحالتبدتریندرباشد،dعمقدرجواباینکهفرضبا•شودمیمحاسبهزیررابطهازشدهتولیدنودهایتعداد.

حافظه؟پیچدگی•استزمانیپیچیدگیمرتبههم.

53

)()(... 113210 ddd bObbbbbbb

2b

)( 11 dd bObb

فرادرس

FaraDars.org





جستجوی سطری( 1

،4بهینهجوابعمقو2انشعابفاکتوربامسالهیکدر(مثال•شود؟میتولیدگرهتعدادچهدقیقاًسطحیجستجوی

شود؟؟؟میدادهبسطگرهتعدادچه•

54

61)22(22222 1443210

فرادرس

FaraDars.org





آزمایش

.استمفروض(b=10)انشعابفاکتوربامسالهیک•.استشدهجستجومتفاوتهایعمقدرسطحیجستجویبامسالهاین•.استشدهثبتجستجوزمانوحافظهمیزان•

55

فرادرس

FaraDars.org





آزمایش

:شدهآموختههایدرس.استاجرازمانازبزرگتریمشکلمراتببهحافظهمشکل1).باشندینمحلقابلناآگاهانهجستجوهایتوسط(کوچکهاینمونهحتی)نماییپیچیدگیبامسایل2)

56

فرادرس

FaraDars.org





جستجو با هزینه غیر یکنواخت( 2

.استسطحیجستجویشدهدادهتوسعهمدلحقیقتدر•.شوددادهبسطهزینهکمترینباگره•مسیرهزینهاساسبرمرتبصفیکfringe:سازیپیاده•

.استیکسانBFباآنگاهباشندبرابرباهممسیرهاهزینهاگر•

57

فرادرس

FaraDars.org





جستجو با هزینه یکنواخت( 2

بودن؟کامل•:کهشرطیبهبلی

باشددسترسقابلعمقدرجواب.باشندداشتهمثبتمقدارهاهزینه.

؟بودنبهینه•:کهشرطیبهبلی

باشدکامل.

58

فرادرس

FaraDars.org





جستجو با هزینه یکنواخت( 2

زمانی؟پیچیدگی•شودفرضC*استبهینهمسیرهزینه.حداقلعملهرهزینهشودفرضاست.استزمانیپیچیدگیحالتبدتریندر.

حافظه؟پیچیدگی•استزمانیپیچیدگیبابرابر.

59

O(bC*/ )

فرادرس

FaraDars.org





جستجوی عمقی( 3

.شودمیدادهبسطگرهترینعمیق•

(پشته)LIFOصفیکطریقازfringe:سازیپیاده•

60

فرادرس

FaraDars.org








61

فرادرس

FaraDars.org








62

فرادرس

FaraDars.org








63

فرادرس

FaraDars.org








64

فرادرس

FaraDars.org








65

فرادرس

FaraDars.org








66

فرادرس

FaraDars.org








67

فرادرس

FaraDars.org








68

فرادرس

FaraDars.org








69

فرادرس

FaraDars.org








70

فرادرس

FaraDars.org








71

فرادرس

FaraDars.org






خیربودن؟کامل•باشدنداشتهوجودتکرارحلقهوباشدمحدودحالتفضایاینکهمگر.

خیربودن؟بهینه•نیستکاملچون.

72

فرادرس

FaraDars.org






زمانی؟پیچیدگی•اگرmازبزرگترخیلیdاستبدترمراتببهباشد.جستجویازسریعترمسایلازبسیاریدرBFاست.

حافظه؟پیچیدگی•شودمیآزادحافظهعقبگردزماندر.

73

)( mbO

)1( bmO

فرادرس

FaraDars.org





جستجوی عمقی محدود( 4

.است(L)محدودعمقباDFحقیقتدر•.باشدنمیپذیرامکانمسایلهمهدرتعیین•.استکاملغیرآنگاهL<dاگر•.استبهینهغیراماکاملآنگاهL>dاگر•.استبهینهوکاملآنگاهL=dاگر•

74

فرادرس

FaraDars.org





عمقی محدودجستجوی ( 4

زمانی؟پیچیدگی•

حافظه؟پیچیدگی•

75

O(b l )

)(blOفرادرس

FaraDars.org





عمقی محدودجستجوی ( 4

function DEPTH-LIMITED-SEARCH(problem,limit) return a solution or failure/cutoff

return RECURSIVE-DLS(MAKE-NODE(INITIAL-STATE[problem]),problem,limit)

function RECURSIVE-DLS(node, problem, limit) return a solution or failure/cutoff

cutoff_occurred? false

if GOAL-TEST[problem](STATE[node]) then return SOLUTION(node)

else if DEPTH[node] == limit then return cutoff

else for each successor in EXPAND(node, problem) do

result RECURSIVE-DLS(successor, problem, limit)

if result == cutoff then cutoff_occurred? true

else if result failure then return result

if cutoff_occurred? then return cutoff else return failure

76

فرادرس

FaraDars.org





جستجوی عمقی تکراری( 5

Lمقداربهترینیافتنبرایاستراتژییک•

DFوBFجستجویمزایایترکیببرایروشی•

function ITERATIVE_DEEPENING_SEARCH(problem) return a solution or failure

inputs: problem

for depth 0 to ∞ do

result DEPTH-LIMITED_SEARCH(problem, depth)

if result cuttoff then return result

77

فرادرس

FaraDars.org






78

Limit=0

فرادرس

FaraDars.org






79

Limit=1

فرادرس

FaraDars.org






80

Limit=2

فرادرس

FaraDars.org






81

Limit=3

فرادرس

FaraDars.org






بلیبودن؟کامل•باشدنداشتهوجودتکرارحلقهکهشرطیبه.

بلیبودن؟بهینه•.باشدبرابرباهممسیرهاهزینهاگر•

82

فرادرس

FaraDars.org






زمانی؟پیچیدگی•

level d: once

level d-1: 2

level d-2: 3

…

level 2: d-1

level 1: d

Level 0: d+1

حافظه؟پیچیدگی

83

O(bd )

dbbdbdIDSN )1(...)1()()( 2

)(...)( 12 bbbbbBFSN dd

O(bd)

فرادرس

FaraDars.org






سالهمیکدرتکراریعمقیوسطریجستجویباشدهتولیدهایگرهتعداد:مثال•.آوریدبدسترا5بهینهجوابعمقو10انشعابفاکتوربافرضی

شده؟؟؟دادهبسطهایگرهتعداد•

84

111110099999010000010000100010010)(

12345010000020000300040050)(

BFSN

IDSN فرادرس

FaraDars.org





جستجوی دوطرفه( 6

هدفوشروعازهمزمانجستجویدو•

85

bd / 2 bd / 2 bdفرادرس

FaraDars.org





جستجوی دوطرفه( 6

بلیبودن؟کامل•شوداستفادهسطریجستجویازکهشرطیبه.

بلیبودن؟بهینه•شوداستفادهسطریجستجویازکهشرطیبه.

86

فرادرس

FaraDars.org





بندی جستجوهای ناآگاهانهجمع

Criterion Breadth-

First

Uniform-

cost

Depth-First Depth-

limited

Iterative

deepening

Bidirectional

search

Complete? YES* YES* NO YES,

if l d

YES YES*

Time bd+1 bC*/e bm bl bd bd/2

Space bd+1 bC*/e bm bl bd bd/2

Optimal? YES* YES* NO NO YES YES

87

فرادرس

FaraDars.org





این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرس

« آموزش هوش مصنوعی».تهیه شده است

یدبرای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایfaradars.org/fvsft102



فرادرس

FaraDars.org