24-25-1-人工智能原理-期末

一、简答题(5*8)

1.

什么是人工智能?列出至少三个人工智能在不同领域的应用。

答案 / 解析

人工智能是一门研究如何在机器上实现人类智能的学科,或人工智能是研究开发模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)并延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

包括但不限于以下例子:

  • 在人工智能领域,谷歌 AlphaGo 以 4:1 的成绩击败世界围棋冠军李世石;
  • 在人工智能与无人驾驶领域,Uber 在美国匹兹堡市推出城区大范围无人驾驶出租车免费载客服务并试运行;

2.

知识图谱中,什么是概念?什么是实体?举例说明实体和实体之间的关系是什么,实体的属性是什么?

答案 / 解析

知识图谱中的节点表示概念和实体,概念是抽象出来的事物,实体是具体的事物;知识图谱中,用边来表示事物的关系和属性,事物的内部特征用属性来表示,外部联系用关系来表示。很多时候,人们简化了对知识图谱的描述,将实体和概念统称为实体,将关系和属性统称为关系,这样就可以说知识图谱就是描述实体以及实体之间的关系。实体可以是人、地方、组织机构、概念等等,关系的种类更多,可以是人与人之间的关系,人与组织之间的关系,概念与某个物体之间的关系等等。属性例如国籍、生日等。

3.

什么是过拟合,什么情况下可能发生过拟合学习,采以什么措施有助于消除过拟合(至少提出两种解决措施)?

答案 / 解析

过拟合就是过分拟合了训练数据,使得模型的复杂度提高,泛化能力较差(对未知数据的预测能力)。

对于线性回归或逻辑回归的损失函数构成的模型,可能会有些权重很大,有些权重很小,导致过拟合,过拟合是指训练误差比较小,而测试误差大得多的情况。过拟合问题往往源自过多的特征,模型过于复杂,参数过多。

解决方法包括:

  1. 减少特征数量。
  2. 正则化:引入正则项惩罚模型复杂度。

4.

简述卷积神经网络中卷积核和池化层的作用分别是什么?

答案 / 解析

卷积层具备了两个重要的性质:局部连接、权重共享。卷积层的作用是提取一个局部区域的特征,不同的卷积核完成了不同的特征提取。

池化层的作用是进行特征选择,降低特征数量,从而减少参数的数量。

5.

简述聚类中的距离至少两种计算方法及其适用场景。

答案 / 解析
  1. 明考斯基距离:
d(i,j)=(xi1xj1q+xi2xj2q++xipxjpq)qd(i,j)=\sqrt[q]{\left(\left|x_{i1}-x_{j1}\right|^q+\left|x_{i2}-x_{j2}\right|^q+\cdots+\left|x_{ip}-x_{jp}\right|^q\right)}

其中 i=(xi1,xi2,,xip)i=\left(x_{i1},x_{i2},\cdots,x_{ip}\right), j=(xj1,xj2,,xjp)j=\left(x_{j1},x_{j2},\cdots,x_{jp}\right) 是两个 pp 维空间中的两个点,p,qp,\,q 都是正整数。

  1. q=1q=1 时,曼哈顿距离:
d(i,j)=xi1xj1+xi2xj2++xipxjpd(i,j)=\left|x_{i1}-x_{j1}\right|+\left|x_{i2}-x_{j2}\right|+\cdots+\left|x_{ip}-x_{jp}\right|
  1. q=2q=2 时,欧几里得距离:
d(i,j)=(xi1xj12+xi2xj22++xipxjp2)d(i,j)=\sqrt{\left(\left|x_{i1}-x_{j1}\right|^2+\left|x_{i2}-x_{j2}\right|^2+\cdots+\left|x_{ip}-x_{jp}\right|^2\right)}

二、(3*8分)

按括号中的要求完成以下知识表示。

1.

8 码棋问题,应如何走动棋子,将如下的初始放置的 8 码棋走到最终放置。对上述问题用状态空间的方法进行表达。(只需表达问题,无需给出走棋的方案)

初始放置
283
164
7 5
最终放置
123
8 4
765
答案 / 解析

初始放置 S,最终放置 G

定义操作:

  • fi1: 第 i 个棋子向左移动;
  • fi2: 第 i 个棋子向右移动;
  • fi3: 第 i 个棋子向上移动;
  • fi4: 第 i 个棋子向下移动。

状态空间表达 (S,F,G)

2.

第 24 届冬季奥林匹克运动会,即 2022 年北京冬季奥运会,计划于 2022 年 2 月 4 日开幕,2 月 20 日闭幕。北京冬奥会主题口号为“一起向未来”,冰墩墩是北京冬季奥运会吉祥物,以熊猫为原型进行设计创作。(语义网络描述)

答案 / 解析

3.

有如下描述:

北京时间 2021 年 10 月16 日 0 时 23 分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号 F 遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射,约 582 秒后,神舟十三号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将翟志刚、王亚平、叶光富 3 名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。(框架描述)

答案 / 解析

框架名 <火箭发射>

时间:北京时间 2021 年 10 月 16 日 0 时 23 分

发射火箭:长征二号 F 遥十三运载火箭

搭载:神舟十三号载人飞船

分离时间:发射后 582 秒

飞行员:翟志刚、王亚平、叶光富

结果:成功

三(12分)

表中给出一个样本数据集,对其实施 K-MEANS 算法进行聚类,写出详细的算法执行过程,其中 k=2,初始随机选择的两个聚类中心为 p1 和 p3.(算法执行过程需要明确写出每次迭代中每个簇原聚类中心、产生的新簇组成以及每个新簇的聚类中心。)

K-MEANS 算法样本数据集
p1p2p3p4p5p6p7p8p9p10
属性11123564534
属性22323554423
答案 / 解析
迭代次数平均值(簇1)平均值(簇2)产生的新簇新平均值(簇1)新平均值(簇2)
1(1,2)(2,2)(1,2)(3,4,5,6,7,8,9,10)(1,2.5)(4,3.5)
2(1,2.5)(4,3.5)(1,2,3)(4,5,6,7,8,9)(4/3,7/3)(30/7,26/7)
3(4/3,7/3)(30/7,26/7)(1,2,3,9)(4,5,6,7,8,10)(7/4,9/4)(23/5,4)
4(7/4,9/4)(23/5,4)(1,2,3,4,9)(5,6,7,8,10)(2,2.4)(4.8,4.2)
5(2,2.4)(4.8,4.2)(1,2,3,4,9)(5,6,7,8,10)(2,2.4)(4.8,4.2)

四(12分)

对以下博弈树进行 α-β 剪枝,并写出每个节点的倒推值。

答案 / 解析

五(12分)

训练数据如下表,X 是二维向量,X(1) 可取值 (1,2,3),X(2) 可取值 (S,M,L),Y 可取值 (-1,1)。目前有一个新数据 X(2,S),使用朴素贝叶斯算法确定 Y 的取值。

训练数据
123456789101112131415
X(1)111112222233333
X(2)SMMSSSMMLLLMMLL
Y-1-111-1-1111111111
答案 / 解析

P(Y=ckX)=P(Y=ck)jP(X(j)Y=ck)P(X)P(Y=c_k \mid X) = \frac{P(Y=c_k)\prod_j P(X^{(j)} \mid Y=c_k)}{P(X)}

P(y=1x=(2,S))P(y=1)P(x1=2y=1)P(x2=Sy=1)P(y=1 \mid x=(2,S)) \propto P(y=1) \cdot P(x^1=2 \mid y=1) \cdot P(x^2=S \mid y=1)

P(y=1)=1115P(y=1)=\frac{11}{15}

P(x1=2y=1)=411P(x^1=2 \mid y=1)=\frac{4}{11}

P(x2=Sy=1)=111P(x^2=S \mid y=1)=\frac{1}{11}

P(y=1,x=(2,S))=1115411111=4165P(y=1, x=(2,S))=\frac{11}{15}\cdot\frac{4}{11}\cdot\frac{1}{11}=\frac{4}{165}

P(y=1x=(2,S))P(y=1)P(x1=2y=1)P(x2=Sy=1)P(y=-1 \mid x=(2,S)) \propto P(y=-1) \cdot P(x^1=2 \mid y=-1) \cdot P(x^2=S \mid y=-1)

P(y=1)=415P(y=-1)=\frac{4}{15}

P(x1=2y=1)=14P(x^1=2 \mid y=-1)=\frac{1}{4}

P(x2=Sy=1)=34P(x^2=S \mid y=-1)=\frac{3}{4}

P(y=1,x=(2,S))=4151434=360=120P(y=-1, x=(2,S))=\frac{4}{15}\cdot\frac{1}{4}\cdot\frac{3}{4}=\frac{3}{60}=\frac{1}{20}

因为 120=8.25165>4165\frac{1}{20} = \frac{8.25}{165} > \frac{4}{165}, 所以 Y 的取值是 -1。