Bài giảng trí tuệ nhân tạo giải quyết vấn đề bằng tìm kiếm

Giải vấn đề tìm kiếm Russell and Norvig 3rd ed., chap 3.1-3.2 Các trò chơi đố! Bài toán ba thầy tu ba quỷ  Mục tiêu: đưa tất người quỷ sang bờ phải sơng an tồn  Điều kiện: □ □ Nếu số người bờ số quỷ người bị quỷ ăn thịt Mỗi lượt thuyền chở nhiều người không trống Biểu diễn toán  Một biểu diễn trạng thái cho phép mô tả trạng thái mục tiêu toán: (ML, CL, B) ML: số lượng thầy tu bờ trái CL: số lượng quỷ bờ trái B: vị trí thuyền  Trạng thái ban đầu: (3,3,L) Mục tiêu: (0,0,R) Tác nhân giải toán  Biểu diễn toán □ Các trạng thái hành động (hàm kế vị)  Biểu diễn mục tiêu □ Trạng thái mong muốn giới  Tìm kiếm □ Xác định chuỗi hành động có để dẫn tới trạng thái biết giá trị sau chọn chuỗi tốt  Thực thi □ Căn vào giải pháp, thực hành động  Giả định: □ □ Mơi trường quan sát đầy đủ, xác định trước Tác nhân biết ảnh hưởng hành động Biểu diễn đồ thị toán  Các nút: Tất trạng thái có  Các cạnh: có cạnh từ trạng thái u tới trạng thái v v đạt đến từ u (bằng hành động tác nhân)  Các cạnh toán thầy tu quỷ?  Bài toán tìm đường từ (3,3,L) tới (0,0,R)  Thơng thường, đường có thơng tin chi phí kèm, tốn tìm đường có chi phí thấp từ trạng thái ban đầu đến đích Biểu diễn vấn đề tốn tìm kiếm  Khơng gian trạng thái S (các nút)  Hàm kế vị: trạng thái di chuyển tới cách thực hành động (cạnh) từ trạng thái  Trạng thái ban đầu  Kiểm tra mục tiêu liệu trạng thái x có phải đích khơng?  Chi phí Quay trở lại tốn ban đầu CCR 31R 33L CR 32R CMR 22R Các hành động (các thao tác): CCR – chuyển hai quỷ sang bờ phải MCL – chuyển thầy tu quỷ sang bờ trái Tổng cộng có hành động? Tại khơng có MMR từ trạng thái này? Đồ thị tìm kiếm (mở rộng phần) CCR 31R CL CCL 32L CR 31L 32L MCR MR 31R ML 33L CCR 30R 22R CL 33L CR CMR 32R CCL 32L 33L CR 22R 21R Các hành động: CCR – chuyển hai quỷ sang bờ phải MCL – chuyển thầy tu quỷ sang bờ trái Các trạng thái lặp 33L 32L 30R 31R 32L 31L 31R 32R 22R 33L 33L 32L 22R 21R Đồ thị tìm kiếm khơng thiết cây! 10 Trị chơi 15 miếng ghép • Sam Loyd treo giải $1,000 cho người giải toán sau đây: 10 11 12 13 14 15 ? 10 11 12 13 15 14 20 Nhưng khơng có thắng giải !! 21 Tại sao? 22 Giải pháp cho tốn tìm kiếm  Một giải pháp đường kết nối nút ban đầu với nút đích (bất kỳ nút đích nào) G I 23 Giải pháp cho tốn tìm kiếm  Một giải pháp đường kết nối nút ban đầu tới nút đích (bất kỳ nút đích nào)  Chi phí đường tổng chi phí cung dọc theo đường  Giải pháp tối ưu đường giải pháp có chi phí tối thiểu  Có thể khơng có giải pháp! I G 24 Chi phí đường  Chi phí cạnh số dương đại diện cho chi phí thực hành động tương ứng với cạnh, ví dụ: □ ví dụ trò chơi miếng ghép  Chúng ta giả sử với tốn chi phí c cung luôn thỏa mãn: 𝑐 ≥ 𝜀 > 0, 𝜀 □ Tại sao? Phải làm việc với chi phí đường dài tùy ý 25 Trạng thái đích  Nó mơ tả cách rõ ràng:  mô tả phần: a a a a a a (“a” đại diện cho số “bất kỳ” khác 1, 8)  mơ tả điều kiện, ví dụ, tổng số tất hàng, tất cột, tất đường chéo 30 15 12 10 11 13 14 26 Ví dụ khác: Bài tốn quân hậu  Biểu diễn gia tăng biểu diễn trạng thái hoàn chỉnh: □ □ Biểu diễn gia tăng bắt đầu với trạng thái trống bao gồm thao tác làm gia tăng mô tả trạng thái Biểu diễn trạng thái hoàn chỉnh bắt đầu với tất quân hậu bàn cờ di chuyển chúng vịng quanh 27 Bài tốn qn hậu: biểu diễn chìa khóa! Biểu diễn gia tăng  Các trạng thái? Bất kỳ xếp gồm từ đến quân hậu bàn cờ  Trạng thái bắt đầu? Khơng có qn hậu  Các hành động? Thêm quân hậu vào ô trống  Kiểm tra mục tiêu? quân hậu bàn cờ không ăn lẫn  Chi phí đường đi? Khơng có 64 x 63 x … 57 ~ x 1014 trạng thái để khám phá Đồ thị tìm kiếm có phải khơng? 28 Một biểu diễn tốt Một biểu diễn gia tăng khác:  Các trạng thái? n (giữa 8) quân hậu bàn cờ, quân nằm cột n cột bên trái; quân hậu không ăn lẫn  Trạng thái ban đầu? Không có hậu  Các hành động? Thêm hậu vào cột bên trái cịn trống cho khơng ăn qn hậu có bàn cờ  Kiểm tra mục tiêu? quân hậu bàn cờ có 2057 chuỗi để khám phá 29 Bài toán n quân hậu  Một giải pháp nút đích, khơng phải đường tới nút (đặc trưng toán thiết kế)  Số lượng trạng thái khơng gian tìm kiếm: □ □ quân hậu => 2.057 100 quân hậu => 1052  Tuy nhiên tồn kỹ thuật để giải toán n quân hậu hiệu cho giá trị n lớn 30 Lập kế hoạch đường  Khơng gian trạng thái gì? 31 Các giả định tìm kiếm     Thế giới tĩnh Thế giới rời rạc hóa Thế giới quan sát đầy đủ Các hành động xác định trước Tuy nhiên nhiều giả định bị loại bỏ, tìm kiếm tiếp tục cơng cụ giải vấn đề quan trọng 32 Tìm kiếm AI  Các phương pháp tìm kiếm có mặt chỗ hệ thống AI Chúng thường xương sống cho mô đun lõi mô đun ngoại vi  Một rô bốt tự hành sử dụng tìm kiếm để định thực hành động thi hành thao tác cảm biến nào, để nhanh chóng lường trước va chạm, để lập kế hoạch đường đi,  Các công ty hậu cần sử dụng tìm kiếm để định vị tài nguyên, lập kế hoạch lộ trình, lịch cho nhân viên…  Các tác nhân thành phần trò chơi sử dụng tìm kiếm để điều hướng, lựa chọn nước đi, lường trước hành động tác nhân khác, định hành động thân 33 Các ứng dụng  Tìm kiếm đóng vai trị nhiều ứng dụng, ví dụ: □ □ □ □ □ Tìm đường (bản đồ trực tuyến, internet, hàng khơng) Bài trí VLSI Điều hướng rơ bốt Thiết kế dược phẩm, thiết kế protein Các trò chơi video 34 ... 11 Tìm kiếm khơng gian trạng thái Cây tìm kiếm 12 Tìm kiếm khơng gian trạng thái Cây tìm kiếm 13 Tìm kiếm khơng gian trạng thái Cây tìm kiếm 14 Tìm kiếm khơng gian trạng thái Cây tìm kiếm 15 Tìm. .. Đồ thị tìm kiếm khơng thiết cây! 10 Tìm kiếm khơng gian trạng thái  Thông thường việc xây dựng biểu diễn hồn chỉnh đồ thị trạng thái khơng khả thi (hoặc đắt)  Một giải vấn đề phải tìm giải pháp... khơng có thắng giải !! 21 Tại sao? 22 Giải pháp cho toán tìm kiếm  Một giải pháp đường kết nối nút ban đầu với nút đích (bất kỳ nút đích nào) G I 23 Giải pháp cho tốn tìm kiếm  Một giải pháp đường