8127

Методы информированного поиска. Поиск сначала лучший. A*-поиск.

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Методы информированного поиска. Поиск сначала лучший. A*-поиск. Методы не информированного (слепого) поиска в большинстве случаев неэффективны. Эффективность поиска может быть повышена за счет использования дополнительны...

Русский

2013-02-04

316.08 KB

5 чел.

Методы информированного поиска. Поиск сначала лучший. A*-поиск.

Методы неинформированного (слепого) поиска в большинстве случаев неэффективны. Эффективность поиска может быть повышена за счет использования дополнительных специфичных для данного класса задач значений.

Поиск сначала лучший. (Best-First SeachBFS).

В обобщенном алгоритме поиска единственным местом, где можно использовать дополнительные знания об особенностях задачи является функция построения очереди: Function BFS(problem, Eval-Fn). Она определяет следующую вершину для раскрытия.

Соответствующие значения обеспечиваются оценочной функцией. Эта функция возвращает число, отражающее желательность раскрытия вершины. Поиск, при котором  первой раскрывается вершина с максимальной оценкой, называется BFS. На базе общего обобщенного поиска General-Seach, функция BFS реализована следующим образом:

Quening-Fn построение очереди вершин, ожидающих раскрытия. Упорядочивает вершины в соответствии с Eval-Fn;

–после этого вызывается функция обобщенного поиска General-Seach(problem, Queuing-Fn), которой передается вершина упорядоченного поиска.

Название BFSстрого говоря не является точным, так как оценочная функция не гарантирует абсолютно лучшего, оптимального выбора вершины для раскрытия. Она лишь определяем вершину, которая представляется лучшей в соответствии с функцией оценки.

Жадный поиск. Минимизация оценочной стоимости.

Простейшей стратегией BFS является минимизация оценочной стоимости достижения цели, при этом первой раскрывается вершина, состояние которой оценивается как ближайшее к целевому состоянию.

Для большинства задач стоимость достижения цели из некоторого состояния может только оцениваться, но не может быть определена точно. Поэтому функция, вычисляющая оценки стоимости, является эвристической, ее принято обозначать h(n), где nвершина в дереве.

BFS, использующий функцию h для выбора следующей вершины, называется жадным поиском (Greedy).

function Greedy-Seach(Problem) returns solution or failure 

return BFS(Problem, h).

Требование к h: в целевом состоянии h(n)=0.

Рассмотрим идею жадного поиска на примере:


Будем рассматривать эвристический подход на примере поиска маршрута из A в F. Для задач поиска маршрута хорошей эвристической функцией является расстояние  до цели по прямой  Straight-Line-Distance. Hsld(n) –в качестве эвристической функции используется расстояние по прямой. Значение Hsld может быть вычислено по значению координат на карте. В следующей таблице укажем расстояние по прямой от пункта F до разных пунктов:

A

366

 F

M

L

Q

E

N

P

S

J

K

T

C

H

G

D

I

O

R

B


При выборе пути из D предпочтение было отдано вершине Е, так как она ближе по прямой до пункта F (цели) чем вершина G. Однако дальнейшее движение через пункт G к H и F позволяет получить более короткий путь или путь меньшей стоимости в целевое состояние. Действительно 99+211=310 > 80+97+101=278. Таким образом данная эвристическая функция не обеспечивает поиск оптимального пути. Это является следствием того, что стратегия выбирает самый выгодный ей шаг не учитывая дальнейших шагов. В целом жадный поиск как правило находит решение быстро, хотя оно не всегда является оптимальным. Жадный поиск аналогичен поиску в глубину, так как стремится двигаться к цели одним путем и возвращается лишь когда заходит в тупик. Временная сложность жадного поиска O(bm), где mмаксимальная глубина пространства поиска. Так как все вершины сохраняются в памяти , то емкостная сложность такая же как и временная. Тем не менее в конкретных задачах емкость или время может быть существенно сокращены от хорошей эвристической функции.

А* поиск.

Жадный поиск стремится минимизировать оценочную стоимость до цели h(n), что позволяет в ряде случаев повысить эффективность поиска, однако жадный поиск не является ни оптимальным, ни полным.

С другой стороны поиск по стоимости или по критерию стоимости минимизирует стоимость пути до текущего состояния g(n) и является полным и оптимальным, однако часто оказывается неэффективным. Естественно совместить эти два подхода или стратегии, чтобы использовать их преимущества. Сделать это очень просто введя аддитивную оценочную стоимость:

f(n) = g(n) +h(n)

Поскольку g(n) –это стоимость пути от начальной вершины до текущей n, а h(n) –это оценочная стоимость самого дешевого, минимального пути из n до цели, то f(n) представляет собой оценочную стоимость самого дешевого пути, проходящего через n. Стратегия, использующая такую целевую функцию, является полной и оптимальной при следующем простом ограничении на функцию h:

  1.  Функция  h не должна переоценивать или завышать стоимость достижения цели. Такая функция называется допустимой или приемлемой в теории поиска.
  2.  Если h является приемлемой, то f(n) никогда не переоценивает реальную стоимость лучшего решения, проходящего через вершину n.

BFS поиск, использующий функцию f в качестве оценочной и допустимой называется A* поиск.

Function A* - Search (Problem) return BFS(Problem, g+h)

Расстояние по прямой является примером допустимой (приемлемой) функцией для задачи поиска пути. Рассмотрим реализацию A* поиска на примере (см. предыдущий граф).

Особенность A* поиска является то, что f-стоимость любого пути от корня никогда не убывает, такая эвристическая функция, называется монотонной. В тех случаях, когда эвристика не монотонна, для восстановления монотонности используются специальные приемы. Рассмотрим пару вершин n и n1, где nродитель n1.

Пусть  g(n)=3

h(n)=4, следовательно f(n)=7

Предположим, что   g(n1)=4

  h(n1)=2, тогда f(n1)=6

Следовательно, имеется нарушение монотонности. Истинная или реальная стоимость пути по крайней мере равна 7. Для восстановления монотонности используется следующий прием:

 f(n1)=max(f(n), g(n1)+h(n1))

Это равенство называется выравниванием максимального пути. В этом случае функция f называется неубывающей вдоль любого пути. На примере графа (Жадный поиск) видно, что функция f концептуально прочерчивает контур в пространстве состояний, внутри которого находятся вершины, достижимые в пределах соответствующей стоимости. Таким образом, видно как A* поиск фокусируется в направлении целевой вершины. Обозначим f*- стоимость оптимального пути, тогда можно утверждать, что поиск A*:

  1.  Раскрывает все вершины, у которых f(n)<f*
  2.  Может раскрывать некоторые вершины, у которых f(n)=f*

Первое же найденное решение должно быть оптимальным, так как все вершины во всех последовательных контурах будут иметь более высокую f стоимость и следовательно более высокую g стоимость.

A* поиск является полным, так как по мере расширения контура с разрастанием f, неизбежно достигается контур, у которого f равна стоимости пути и целевому состоянию. A* поиск является оптимально эффективнымникакой другой оптимальный алгоритм не гарантирует нахождения оптимальных вершин эффективнее, чем A* поиск.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25065. Що таке моральність 39.5 KB
  Вони насамперед виражені в поняттях добра і зла. Відповідність людських дій і вчинків категоріям добра і зла становить основу моральних відносин у суспільстві. Систему усвідомлених норм традицій правил поведінки почуттів та уявлень що віддзеркалюютіп:я через розуміння добра і зла які є наслідком усього суспільноісторичного досвіду людства ми й називаємо моральною культурою суспільства. Вона витворюється непомітно але завжди реалізується самим людським життям мірою в ньому добра і зла.
25066. Наука як феноменом культури 39.5 KB
  Поняття наука і культура не тотожні. Поняття культура значно ширше адже наука не враховує всіх сфер матеріальної і духовної культури наприклад таких як мистецтво моральні теорії і погляди. Наука є феноменом культури.
25067. Различие между Востоком и Западом 36 KB
  О чертах отличающих культуры Запада и Востока друг от друга можно говорить лишь с большей или меньшей долей условности. Вовторых восточная культура неоднородна в гораздо большей степени чем западная; она охватывает три разных культурных мира китайский индобуддийский арабомусульманский в которых доминируют различные религии тогда как культура Запада объединяется одной религией христианством. Причины обусловившие особенности культур Запада и Востока связаны с разницей климатических исторических и социальноэкономических...
25068. Реформація в освіті 46.5 KB
  Одним з основних завдань реформування освіти незалежна держава визначила відродження і подальшу розбудову національної системи освіти її орієнтацію на задоволення потреб народу України національнокультурних та національноосвітніх прав і запитів усіх громадян незалежно від їх етнічної приналежності. Концептуальні засади реформи освіти в Україні були визначені державною національною програмою Освіта Україна ХХІ століття спрямованою на досягнення якісно нового стану навчання і виховання українських громадян що відповідатиме сучасному...
25069. Елітарна культура 33 KB
  Для масової культури характерним є загальнодоступність легкість сприйняття спрощеність розважальність.
25070. Основные культурологические школы 43.5 KB
  Малиновский; Ее главная черта стремление подчеркнуть биологическую обусловленность культуры значительно преувеличивая ее.Парсонс; Она объединяет тех ученых которые ищут истоки и объяснение культуры не в истории и самопроизвольном божественном развитии человеческого духа не в психике и не в биологической предыстории человечества а в его общественной природе и организации. Веселовский объясняла сходство материальной и духовной культуры. Основные культурологические концепции: Философия Гегеля как теория культуры...
25071. Мифология 36.5 KB
  mutos сказание сказание и logos слово рассказ совокупность мифов созданных какимлибо народом или разными народами; система знаний о мире основанная на вере в сверхъестественное; научная дисциплина изучающая мифы их особенности элементы. Современные мифы вбирают в себя элементы заимствованные из других культурных форм в том числе и из науки. В современной культуре имеют хождение мифы различного вида: Старые мифы дожившие до наших дней преданья старины глубокой рассказы о духах вроде лешего и домового о колдовстве и...
25072. Основні функції культури 32.5 KB
  Адаптаційна дає можливість кожному індивідууму який включається в процес функціонування і розвитку прилаштовуватися до існуючих в суспільстві оцінок і форм поведінки. Аксіологічна ціннісна дає можливість виробити ціннісні орієнтації людини коригувати норми поведінки та ідентифікувати себе у суспільстві. Нормативна відпрацьовування і поширення відповідних норм поведінки які суспільство диктує людині у відповідності з якими формується образ життя людей їх установки й ціннісні орієнтації способи поведінки.
25073. Християнство 52 KB
  Основу християнства становить учення про Боголюдину Ісуса Христа який щоб звільнити людей від первородного гріха прийняв смерть через розп'яття на хресті але воскрес вознісся на небо і обіцяв повернутись на землю вдруге У Судний день для того щоб судити живих і мертвих; за результатами Божого суду одних направити до Раю а інших у пекло; Християнство зародилося на сході Римської імперії території сучасного Ізраїлю в Палестині в I ст. Мудра віра Ісуса привертала до Нього кращих людей ізраїльського народу. завіт договір назва...