人工智能教程習題及答案第6章習題參考解答

1、 第六章機器學習習題參考解答6.1練習題什么是學習？有哪幾種主要觀點?什么是機器學習?機器學習研究的目標是什么？研究機器學習的意義何在?機器學習的研究經(jīng)歷了哪幾個階段？機器學習有哪些主要學習策略？試述機器學習系統(tǒng)的基本結構，并說明各部分的作用。機械學習的基本思想是什么？在設計機械學習系統(tǒng)時，要考慮哪些問題？什么是傳授式學習？傳授式學習的學習過程包括哪些步驟？簡述類比學習的基本思想。利用類比學習可以學習哪些東西？利用類比學習策略學習新概念的步驟是什么？利用類比學習策略學習問題的求解方法時，一般有幾種類比法？簡述變換類比法的思想。什么是歸納學習？歸納學習一般又可分為哪兩種學習形式？實例學習的基本思

2、想是什么？在實例學習中提供正、反例的信息源有哪些？簡述實例學習的兩個空間模型，這兩個空間之間的關系如何？在設計例子空間和規(guī)則空間時要考慮哪些問題？對規(guī)則空間進行搜索的方法有幾種？變形空間法的基本原理是什么？它有什么優(yōu)點？觀察與發(fā)現(xiàn)學習策略可以學習哪些方面的知識？6.14什么是解釋學習？其學習過程是什么?6.15設訓序號屬性分類x1x21TT+2TT+3TF4FF+5FT6FT請用ID3學習算法完成判斷決策樹的構建過程。6.16論述你對深度學習本質的認識，如何理解機器學習的兩次跨越式發(fā)展？6.2習題參考解答什么是學習？有哪幾種主要觀點?答:（略）什么是機器學習?機器學習研究的目標是什么？研究機器

3、學習的意義何在?答:機器學習是研究如何使用計算機來模擬人類學習活動的一門學科。更嚴格地說，就是研究計算機獲取新知識和新技能、識別現(xiàn)有知識、不斷改善性能、實現(xiàn)自我完善的方法。機器學習研究的目標有三個：人類學習過程的認知模型；通用學習算法；構造面向任務的專用學習系統(tǒng)的方法o（a）人類學習過程的認知模型。這一方向是對人類學習機理的研究。這種研究不僅對人類的教育，而且對開發(fā)機器學習系統(tǒng)都有重要的意義oCb）通用學習算法。這個方向是對人類學習過程的研究，探索各種可能的學習方法，建立起獨立于具體應用領域的通用學習算法。（c）構造面向任務的專用學習系統(tǒng)（工程目標）。這一方向是要解決專門的實際問題，并開發(fā)完成

4、這些專門任務的學習系統(tǒng)。機器學習是人工智能中最具智能特征、最前沿的研究領域之一。機器學習的研究取得重大進展往往意味著人工智能，甚至整個計算機科學向前邁進了堅實的一步。機器學習速度快、便于知識積累、學習結果易于傳播，因此人類在機器學習領域的每一點進步，都會使計算機的能力顯著增強，從而對人類社會產(chǎn)生影響，尤其對今天信息化社會來說，這種影響將是十分深遠的。機器學習的研究經(jīng)歷了哪幾個階段？（略）機器學習有哪些主要學習策略？答:機器學習的主要策略有：記憶學習（又稱機械學習）、傳授學習、演繹學習、類比學習和歸納學習。其中歸納學習又分為實例學習、觀察與發(fā)現(xiàn)學習。6.5試述機器學習系統(tǒng)的基本結構，并說明各部分

5、的作用。答:機器學習系統(tǒng)的基本結構如下圖6.8所示。其中，“環(huán)境”和“知識庫”是以某種知識表示形式表達的信息的集合,分別代表外界信息來源和系統(tǒng)所具有的知識；學習環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)代表兩個過程?！碍h(huán)境”向系統(tǒng)的“學習環(huán)節(jié)”提供某些信息，而“學習環(huán)節(jié)”則利用這些信息對系統(tǒng)的“知識庫”進行改進，以增進系統(tǒng)“執(zhí)行環(huán)節(jié)”完成任務的效能，“執(zhí)行環(huán)節(jié)”根據(jù)知識庫中的知識來完成某種任務，同時把獲得的信息反饋給“學習環(huán)節(jié)”。圖6.8機械學習的基本思想是什么?在設計機械學習系統(tǒng)時，要考慮哪些問題？答:機械學習的基本思想是直接記憶或存儲環(huán)境提供的新知識，在以后求解問題時，直接通過對知識庫的檢索來使用這些知識，而不再需要

6、進行任何的計算和推導。機械學習系統(tǒng)可以把某些計算任務簡化為存取任務，而記憶（數(shù)據(jù)存儲）則是這種簡化數(shù)據(jù)計算處理、以空間換取時間的手段。因此，機械學習系統(tǒng)的設計要考慮三個問題：存儲結構、環(huán)境的穩(wěn)定性和存儲信息的適用性以及存儲與計算的權衡。什么是傳授式學習？傳授式學習的學習過程包括哪些步驟？答:傳授式學習又稱為指點學習或囑咐式學習。在這種學習方式下，由外部環(huán)境向系統(tǒng)提供一般性的指示或建議，系統(tǒng)把它們具體地轉化為細節(jié)知識，并加入知識庫中。在學習過程中要反復對形成的知識進行評價，使其不斷完善。一般來說，傳授式學習的學習過程包括下列五個步驟：（a）征求教授者的指示或建議。這是請求教授者或者專家提出建議或

7、指示。（b）解釋。解釋就是把教授者的建議轉成內部表示形式，屬知識表示問題。（c）實用化。這是傳授式學習的信息變換過程，它把抽象的建議轉成具體的知識。（d）加入知識庫。把得到的新知識加入知識庫，并在加入過程中，對知識進行一致性檢查，以防出現(xiàn)矛盾、冗余、環(huán)路等問題。（e）評價。實用化得到的新知識往往是假設，還要對其進行驗證和評價。如果評價中出現(xiàn)了問題，就要進行故障分析和知識庫修改。簡述類比學習的基本思想。利用類比學習可以學習哪些東西？利用類比學習策略學習新概念的步驟是什么？答:類比學習就是通過類比，即通過對相似事物進行比較所進行的一種學習，它有一個基本的假設，即人們每遇到一個新問題時，都會聯(lián)想起一

8、些以前遇到過的問題，這些問題和新問題的抽象級別雖然不一定相同，但它們具有一定程度上的相似性。因此，人們就會希望以前的解決問題的行為也能適用于新的問題的求解。利用類比學習，既可以學習新的概念或新的技巧，又可以學習到求解問題的方法。學習新概念時的學習步驟是：首先從記憶中(知識庫中)找到類似的概念或技巧，然后把它們轉換為新形式以便用于新情況。利用類比學習策略學習問題的求解方法時，一般有幾種類比法？簡述變換類比法的思想。答:用類比學習策略學習問題求解的方法一般有兩種，一種稱為變換類比法，另一種稱為推導類比法。變換類比學習主要由兩個過程組成：回憶過程與變換過程?；貞涍^程用于找出新舊問題間的差別，包括：新

9、、舊問題初始狀態(tài)的差別。新、舊問題目標狀態(tài)的差別。新、舊問題路徑約束的差別。新、舊問題求解方法可應用度的差別。由這些差別就可以求出新舊問題的差別度，其差別越小，表示兩者越相似。變換過程是把舊問題的求解方法經(jīng)過適當變換后，使之成為求解新問題的求解方法。變換時，其初始狀態(tài)是與新問題類似的舊問題的解，即一個算符序列，目標狀態(tài)是新問題的解。變換中要用“中間結局分析”法來減少目標狀態(tài)與初始狀態(tài)間的差異，使初始狀態(tài)逐步過渡到目標狀態(tài)，即求出新問題的解。什么是歸納學習？歸納學習一般又可分為哪兩種學習形式？答:(略)實例學習的基本思想是什么？在實例學習中提供正、反例的信息源有哪些？簡述實例學習的兩個空間模型，

10、這兩個空間之間的關系如何？在設計例子空間和規(guī)則空間時要考慮哪些問題？答:實例學習是通過從環(huán)境中取得若干與某概念有關的例子，經(jīng)歸納得出一般性概念的一種方法。實例學習系統(tǒng)能夠從外部信息源提供的特殊的正例和反例出發(fā)，進行歸納推理，得到一般的規(guī)則或一般性的知識，這些一般性知識應能解釋所有給定的正例，并排除所有給定的反例。一般情況下，提供正例和反例的信息源有三種：（1）已經(jīng)知道概念的教師；（2）學習者本身；（3）學習者以外的外部環(huán)境。實例學習系統(tǒng)涉及到兩個空間：例子空間和規(guī)則空間，其模型如圖6.9所示，它反映了例子空間和規(guī)則空間之間的關系。圖6.9在設計例子空間時，要考慮兩個問題，一個是示教例子的質量；

11、另一個是例子空間的組織與搜索方法。在設計規(guī)則空間時，也要考慮兩個問題，一個是對規(guī)則空間的構成及其中的規(guī)則表示方法的要求；另一個是規(guī)則空間的搜索方法的選擇。對規(guī)則空間進行搜索的方法有幾種？變形空間法的基本原理是什么？它有什么優(yōu)點？答:搜索規(guī)則空間的方法有兩大類，一類稱作數(shù)據(jù)驅動方法，另一類稱作模型驅動方法。數(shù)據(jù)驅動是指從例子空間出發(fā)，通過對例子進行解釋，再根據(jù)解釋在規(guī)則空間中搜索合適的規(guī)則，例子空間的例子就看作是搜索的前提數(shù)據(jù)；模型驅動是指從規(guī)則集中找到一個合適的規(guī)則（模型），然后到例子空間去選取例子，對規(guī)則進行驗證。數(shù)據(jù)驅動法中又包括變型空間法和改進假設法兩種方法。模型驅動法又包括產(chǎn)生與測試法和方案示例法兩種方法。變型空間法的基本原理是使用統(tǒng)一的形式表示規(guī)則和例子，以整個規(guī)則空間作為初始的假設規(guī)則集合H,H中包括滿足第一個示教正例的所有規(guī)則，在得到下一個示教例子時，依據(jù)示教例子中的信息，它對集合H進行一般化或特殊化處理，逐步縮小集合H,最后使H收斂為只含有所要求的規(guī)則。由于被搜索的空間H逐步縮小，故稱為變形空間。變型空間法的優(yōu)點是可以逐步接受示教例子逐步學習，不