人工智能—空间状态法(state space)[一]

状态空间法


状态空间

  • 状态,描述某一类事物在不同时刻所处于的信息状况

  • 操作,描述状态之间的关系

  • 问题的状态空间可用一个三元序组来表示<s,f,g>

    S:问题的全部初始状态的集合     

    F:操作的集合     

    G:目标状态的集合  

     


利用状态空间图求解的具体思路和步骤:

(1)设定状态变量及确定值域;

(2)确定状态组,分别列出初始状态集和目标状态集;

(3)定义并确定操作集;

(4)估计全部状态空间数,并尽可能列出全部状态空间或予以描述之;

(5)当状态数量不是很大时,按问题的有序元组画出状态空间图,依照状态空间图搜索求解。


传教士和野人问题(The Missionaries and Cannibals Problem)

在河的左岸有三个传教士、一条船和三个野人,传教士们想用这条船将所有的成员都运过河去,但是受到以下条件的限制:

 

① 教士和野人都会划船,但船一次最多只能装运两个;

② 在任何岸边野人数目都不得超过传教士,否则传教士就会遭遇危险:被野人攻击甚至被吃掉。

此外,假定野人会服从任何一种过河安排,试规划出一个确保全部成员安全过河的计划。

(1)设定状态变量及确定值域。

为了建立这个问题的状态空间,设左岸传教士数为m,则

m={0,1,2,3}

对应右岸的传教士数为3-m; 左岸的野人数为c,则有

c={0,1,2,3}

对应右岸野人数为3-c;左岸船数为b,故又有b={0,1},右岸船数为1-b 。

(2)确定状态组,分别列出初始状态集和目标状态集。

问题的状态可以用一个三元数组来描述,以左岸的状态来标记,即

Sk = (m,c,b),

右岸的状态可以不必标出。

初始状态一个: S0 =(3,3,1),初始状态表示全部成员在河的左岸;

目标状态也只一个:Sg =(0,0,0) ,表示全部成员从河左岸渡河完毕。

(3)定义并确定操作集。

仍然以河的左岸为基点来考虑,把船从左岸划向右岸定义为Pij操作。其中,第一下标i表示船载的传教士数, 第二下标j表示船载的野人数;同理,从右岸将船划回左岸称之为操作,下标的定义同前。则共有10种操作,操作集为:

F={P01,P10,P11,P02,P20,Q01,Q10,Q11,Q02,Q20}

(参考文献:《人工智能及其应用》-第五版-清华大学出版社-蔡自兴)


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