TRÍ TUỆ NHÂN TẠO.Bài 4: Tìm kiếm mù

TRÍ TUỆ NHÂN TẠO Bài 4: Tìm kiếm mù Nội dung Khái niệm tìm kiếm mù Thuật tốn Các biến thể Tìm kiếm theo chiều rộng (BFS) Tìm kiếm theo chi phí đồng (UCS) Tìm kiếm theo chiều sâu (DFS) Tìm kiếm giới hạn chiều sâu (DLS) Tìm kiếm sâu dần (IDS) Tìm kiếm hai chiều (BS) Bài tập câu hỏi Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Phần Khái niệm tìm kiếm mù TRƯƠNG XUÂN NAM Nhắc lại quan điểm “AI tìm kiếm”        Hình trạng / Trạng thái (state) Bước chuyển (path/operator) Chi phí bước chuyển (path cost) Hình trạng đích (goal states - GS) Hình trạng xuất phát (start state - SS) Lời giải = Các bước chuyển từ SS đến GS Tìm lời giải = Tìm đường  Tìm nhanh thơng minh? Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Bài toán tìm đường       Hình trạng gì? Bước chuyển? Chi phí bước chuyển? Hình trạng đích? Hình trạng xuất phát? Kích thước khơng gian? Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Bài toán 8-mảnh       Hình trạng gì? Bước chuyển? Chi phí bước chuyển? Hình trạng đích? Hình trạng xuất phát? Kích thước khơng gian? Trương Xn Nam - Khoa CNTT Bài tốn “Nhóm người sang sơng”  Có người A, B, C, D đứng bên bờ sông muốn sang bên bờ  Có phao cho người (1 người dùng được)  Muốn qua sông thiết phải dùng phao  Thời gian qua sông người khác Nếu người dùng phao tính theo thời gian người bơi chậm  A bơi qua sông phút, B phút, C phút, D 10 phút  Nhóm cần phút để qua sơng? Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Khái niệm tìm kiếm mù  Xuất phát từ hình trạng ban đầu (START) tìm bước chuyển để đến (một) hình trạng đích (GOAL)  Thơng tin chi phí bước chuyển, khơng có thơng tin bổ sung  Chính khơng có thơng tin bổ sung, nên ta khơng có định hướng cho việc tìm kiếm, dẫn đến hệ ta tìm khơng theo trật tự (như người mù)  Bản chất: Xuất phát từ START, DUYỆT qua hình trạng liên quan gặp GOAL Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Phần Thuật toán TRƯƠNG XUÂN NAM Thuật toán function SEARCH(START) return solution/failure { S = {START} loop { if S is EMPTY then return failure node = REMOVE-ONE(S) if node is GOAL then return SOLUTION(node) S = S + EXPAND(node) } } S: Tập hình trạng xem xét REMOVE-ONE(S): Lấy phần tử khỏi tập S EXPAND(node): Tập hình trạng liên quan đến node Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 10 Phần Các biến thể TRƯƠNG XUÂN NAM 13 3.1 Tìm kiếm theo chiều rộng (BFS)      Tên tiếng Anh: Breadth-First Search S sử dụng cấu trúc lưu trữ kiểu QUEUE Hàm REMOVE-ONE lấy phần tử đầu QUEUE Hàm EXPAND đẩy phần tử vào cuối QUEUE Đặc trưng:  Bùng nổ số hình trạng nằm QUEUE  Tốt cho tốn chi phí  Là tiền đề cho thuật toán hiệu Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 14 3.1 Tìm kiếm theo chiều rộng (BFS) Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 15 3.1 Tìm kiếm theo chiều rộng (BFS)     Độ phức tạp thời gian: + b + b2 + … + bd ~ O(bd+1) Độ phức tạp không gian: lưu trữ node ~ O(bd+1) Thuật tốn có tìm kết (nếu có) hay khơng? Có Thuật tốn có tìm kết tốt ưu hay khơng? Có Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 16 3.2 Tìm kiếm theo chi phí đồng (UCS)  Tên tiếng Anh: Uniform Cost Search (nhiều sách dịch tìm kiếm theo chi phí tối thiểu chi phí đều)  UCS biến thể BFS: thay chọn hình trạng để phát triển, UCS chọn hình trạng có chi phí thấp  Nếu chi phí cho bước chuyển UCS ~ BFS  Độ phức tạp thời gian: phụ thuộc vào số lượng hình trạng có chi phí thấp chi phí tối thiểu C* ~ O(b[C*/ɛ])  Độ phức tạp không gian: phụ thuộc vào hình trạng có chi phí thấp chi phí tối thiểu C* ~ O(b[C*/ɛ])  Thuật tốn có tìm kết (nếu có) hay khơng? Có*  Thuật tốn có tìm kết tốt ưu hay khơng? Có*  Cẩn thận chi phí bước chuyển tối thiểu ɛ số âm TRƯƠNG XUÂN NAM 17 3.3 Tìm kiếm theo chiều sâu (DFS)      Tên tiếng Anh: Depth-First Search S sử dụng cấu trúc lưu trữ kiểu STACK Hàm REMOVE-ONE lấy phần tử cuối STACK Hàm EXPAND đẩy phần tử vào cuối STACK Đặc trưng:  Rủi ro thời gian tìm kiếm (nhầm đường)  Ít gặp vấn đề chi phí nhớ  Phù hợp với khơng gian tìm kiếm dạng đồ thị thưa (số bước chuyển từ hình trạng thường khơng nhiều) Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 18 3.3 Tìm kiếm theo chiều sâu (DFS) Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 19 3.3 Tìm kiếm theo chiều sâu (DFS)  Độ phức tạp thời gian: O(bm)  Độ phức tạp không gian: lưu trữ node theo đường chiều sâu ~ O(mb)  Thuật tốn có tìm kết (nếu có) hay khơng? Khơng hồn tồn  Nếu khơng gian trạng thái có độ sâu vơ hạn chứa chu trình (trạng thái lặp lại)  Thuật tốn có tìm kết tốt ưu hay khơng? Khơng Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 20 3.4 Tìm kiếm giới hạn chiều sâu (DLS)  Tên tiếng Anh: Depth-Limited Search  Là biến thể tìm kiếm theo chiều sâu  Giới hạn chiều sâu xác định, không q sâu  Chẳng hạn giới hạn khơng tìm q độ sâu 10  Hoặc giới hạn chi phí tìm kiếm không 15000  Vấn đề:  Lý để chọn giới hạn này?  Không tồn nghiệm giới hạn sao? Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 21 3.5 Tìm kiếm sâu dần (IDS)  Tên tiếng Anh: Iterative-Deepening Search  Là biến thể khác tìm kiếm theo chiều sâu tìm kiếm giới hạn chiều sâu  Gồm bước bản: Tìm kiếm giới hạn chiều sâu Nếu tìm khơng tìm kết tăng chiều sâu tìm lại  Đặc trưng:  Giới hạn tốt cho toán tối ưu  Rủi ro phải lặp lại trình tìm kiếm  Khơng phù hợp với chi phí âm Trương Xn Nam - Khoa CNTT 22 3.5 Tìm kiếm sâu dần (IDS) Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 23 3.6 Tìm kiếm hai chiều (BS)  Tên tiếng Anh: Bidirectional Search  Tìm kiếm đồng thời từ phía: từ điểm xuất phát từ điểm dừng ngược lại  Ưu điểm: hạn chế bùng nổ tổ hợp theo chiều sâu (vì chiều sâu trung bình giảm cịn nửa) Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 24 Phần Bài tập câu hỏi TRƯƠNG XUÂN NAM 25 Câu hỏi Bài toán màu: đồ quốc gia (vẽ mặt phẳng) ln tơ mà không màu  Tô màu riêng quốc gia, quốc gia màu  Khơng có hai quốc gia chung đường biên giới có màu Giả sử cần viết chương trình tìm cách tơ màu, hãy:     Khái niệm hình trạng tốn Khơng gian trạng thái toán Các trạng thái ban đầu Các trạng thái kết thúc Có thể áp dụng thuật tốn vừa đề cập để viết chương trình? TRƯƠNG XUÂN NAM 26 Bài toán dịch chuyển đồ vật Bài toán di chuyển đồ vật phòng: thiết bị di chuyển đồ vật phịng cách đẩy theo hướng (lên, xuống, trái, phải) xoay đồ vật 900 Xây dựng thuật toán phương án dịch chuyển đồ vật từ vị trí ban đầu đến vị trí cho trước Lĩnh vực áp dụng: lập trình di chuyển robot Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 27 ... trạng đích (goal states - GS) Hình trạng xuất phát (start state - SS) Lời giải = Các bước chuyển từ SS đến GS Tìm lời giải = Tìm đường  Tìm nhanh thông minh? Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Bài tốn... Trương Xuân Nam - Khoa CNTT Bài toán 8-mảnh       Hình trạng gì? Bước chuyển? Chi phí bước chuyển? Hình trạng đích? Hình trạng xuất phát? Kích thước khơng gian? Trương Xn Nam - Khoa CNTT Bài... xem xét REMOVE-ONE(S): Lấy phần tử khỏi tập S EXPAND(node): Tập hình trạng liên quan đến node Trương Xuân Nam - Khoa CNTT 10 Các vấn đề cần quan tâm     Cách hoạt động hàm REMOVE-ONE Cách thực