Bài giảng Trí tuệ nhân tạo: Chương 2a - Lý Anh Tuấn

Bài giảng Trí tuệ nhân tạo: Chương 2a do Lý Anh Tuấn biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy. Nội dung bài giảng gồm: Tác nhân giải quyết bài toán, biểu diễn đồ thị của bài toán, biểu diễn vấn đề như một bài toán tìm kiếm, quay trở lại bài toán ban đầu,...

Giải quyết vấn đề bằng tìm kiếm

Russell and Norvig 3rd ed., chap 3.1-3.2

Các trò chơi đố!

Bài toán ba thầy tu và ba con quỷ

của con sông an toàn

Biểu diễn bài toán

 Một biểu diễn trạng thái cho phép mô tả trạng thái và

mục tiêu của bài toán:

(ML, CL, B)

ML: số lượng thầy tu ở bờ trái

CL: số lượng quỷ ở bờ trái B: vị trí của con thuyền

Tác nhân giải quyết bài toán

 Biểu diễn bài toán

□ Các trạng thái và hành động (hàm kế vị)

 Biểu diễn mục tiêu

□ Trạng thái mong muốn của thế giới

 Tìm kiếm

□ Xác định chuỗi các hành động có thể có để dẫn tới các trạng thái

đã biết giá trị và sau đó chọn chuỗi tốt nhất

 Thực thi

□ Căn cứ vào giải pháp, thực hiện các hành động

 Giả định:

□ Môi trường là có thể quan sát đầy đủ, xác định trước

□ Tác nhân biết ảnh hưởng của các hành động của nó

Biểu diễn đồ thị của bài toán

 Các nút: Tất cả các trạng thái có thể có

 Các cạnh: có cạnh từ trạng thái u tới trạng thái v nếu v là

có thể đạt đến từ u (bằng một hành động của tác nhân)

 Các cạnh của bài toán 3 thầy tu và 3 con quỷ?

 Bài toán bây giờ là tìm một đường đi từ (3,3,L) tới

(0,0,R)

 Thông thường, các đường đi sẽ có thông tin chi phí đi kèm, do vậy bài toán sẽ là tìm đường đi có chi phí thấp nhất từ trạng thái ban đầu đến đích

Biểu diễn vấn đề như

một bài toán tìm kiếm

 Không gian trạng thái S (các nút)

 Hàm kế vị: các trạng thái có thể di chuyển tới bằng cách thực hiện một hành động (cạnh) từ trạng thái hiện tại

 Trạng thái ban đầu

 Kiểm tra mục tiêu

liệu trạng thái x có phải là đích không?

 Chi phí

Quay trở lại bài toán ban đầu

Các hành động (các thao tác):

CCR – chuyển hai con quỷ sang bờ phải

MCL – chuyển một thầy tu và một con quỷ sang bờ trái

con quỷ sang bờ trái

32L

30R 31R 22R

32L 31L

Tìm kiếm không gian trạng thái

 Thông thường việc xây dựng một biểu diễn hoàn chỉnh của đồ thị trạng

thái là không khả thi (hoặc quá đắt)

 Một bộ giải quyết vấn đề phải tìm ra một giải pháp bằng cách khám phá một phần nhỏ của đồ thị

Tìm kiếm không gian trạng thái

Cây tìm kiếm

Tìm kiếm không gian trạng thái

Cây tìm kiếm

Tìm kiếm không gian trạng thái

Cây tìm kiếm

Tìm kiếm không gian trạng thái

Cây tìm kiếm

Tìm kiếm không gian trạng thái

Cây tìm kiếm

Trò chơi 8 miếng ghép

 Các trạng thái?

 Trạng thái ban đầu?

 Các hành động?

 Kiểm tra mục tiêu?

 Chi phí đường đi?

Trò chơi 8 miếng ghép

 Các trạng thái? Vị trí của mỗi quân

 Trạng thái ban đầu? Bất kỳ trạng thái nào

 Các hành động? (quân, hướng)

trong đó hướng là một trong {Trái, Phải, Trên, Dưới}

 Kiểm tra mục tiêu? Kiểm tra liệu đã đạt được cấu hình đích hay chưa

 Chi phí đường đi? Số lượng các hành động để đạt tới đích

Nhưng đã không có ai thắng giải !!

Tại sao?

Giải pháp cho bài toán tìm kiếm

 Một giải pháp là một đường đi kết nối nút ban đầu với một nút đích (bất kỳ nút đích nào)

I

G

Giải pháp cho bài toán tìm kiếm

 Một giải pháp là một đường đi kết nối nút ban đầu tới

Chi phí đường đi

phí thực hiện hành động tương ứng với cạnh, ví dụ:

□ 1 trong ví dụ trò chơi 8 miếng ghép

phí c của một cung luôn luôn thỏa mãn:

𝑐 ≥ 𝜀 > 0, trong đó 𝜀 là một hằng

□ Tại sao? Phải làm việc được với chi phí của các

đường đi dài tùy ý

Trạng thái đích

 Nó có thể được mô tả một cách rõ ràng:

 hoặc được mô tả một phần:

 hoặc được mô tả bởi một điều kiện,

ví dụ, tổng các số trên tất cả các hàng, tất cả các cột, và tất cả các đường chéo đều bằng 30

Ví dụ khác: Bài toán quân 8 hậu

Bài toán 8 quân hậu:

sự biểu diễn là chìa khóa!

Biểu diễn gia tăng

 Các trạng thái? Bất kỳ sự sắp xếp nào gồm từ 0 đến 8 quân hậu trên bàn cờ

 Trạng thái bắt đầu? Không có quân hậu nào

 Các hành động? Thêm các quân hậu vào các ô trống

 Kiểm tra mục tiêu? 8 quân hậu trên bàn cờ và không ăn lẫn

nhau

 Chi phí đường đi? Không có

Một biểu diễn tốt hơn

Một biểu diễn gia tăng khác:

 Các trạng thái? n (giữa 0 và 8) quân hậu trên bàn cờ, mỗi quân nằm trên mỗi cột trong n cột bên trái; các quân hậu không ăn lẫn nhau

 Trạng thái ban đầu? Không có con hậu nào

 Các hành động? Thêm hậu vào cột bên trái nhất còn trống sao cho nó không ăn bất kỳ quân hậu nào đã có trên bàn cờ

 Kiểm tra mục tiêu? 8 quân hậu trên bàn cờ

có 2057 chuỗi để khám phá

Bài toán n quân hậu

đường đi tới nút này (đặc trưng của bài toán

 Tuy nhiên tồn tại các kỹ thuật để giải các bài

toán n quân hậu hiệu quả cho các giá trị n lớn

Lập kế hoạch đường đi

 Không gian trạng thái là gì?

Các giả định trong tìm kiếm

căn bản

 Thế giới là tĩnh

 Thế giới là có thể rời rạc hóa

Tuy nhiên nhiều giả định này có thể bị loại bỏ, và tìm kiếm tiếp tục là một công cụ giải quyết vấn

đề quan trọng

Tìm kiếm và AI

 Các phương pháp tìm kiếm có mặt mọi chỗ mọi nơi trong các

hệ thống AI Chúng thường là xương sống cho cả các mô đun lõi và các mô đun ngoại vi

 Một rô bốt tự hành sử dụng tìm kiếm để quyết định thực hiện hành động nào và thi hành thao tác cảm biến nào, để nhanh chóng lường trước sự va chạm, để lập kế hoạch đường đi,

 Các công ty hậu cần sử dụng tìm kiếm để định vị các tài

nguyên, lập kế hoạch lộ trình, sắp lịch cho nhân viên…

 Các tác nhân hoặc các thành phần trong trò chơi sử dụng tìm kiếm để điều hướng, lựa chọn nước đi, lường trước các hành động của tác nhân khác, và quyết định các hành động của

bản thân nó

□ Điều hướng rô bốt

□ Thiết kế dược phẩm, thiết kế protein

□ Các trò chơi video