《人工智能初步》案例五-启发式搜索与人机博弈

“启发式搜索与人机博弈”的教学设计浙江师范大学附属中学李永前一、前言人工智能是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科，涉及数学、计算机科学、控制论、信息学、心理学等学科，即使在大学里，也是一门深奥难学的学科。因此，在高中阶段开展人工智能教学，相比大学，虽然教学侧重点不同，难度降低，但教学难度还是可想而知的。高中阶段的人工智能课程教学，一旦处理不当，将会使学生失去兴趣，又会成为一门学生不喜欢的枯燥的课程。因此，我们试图在人工智能的教学过程中，创设一些学生能够接收的、有兴趣的实践活动。通过各种活动，让学生进行思考，并让学生自己得出一些结论。同时，希望学生得出的结论是无固定答案的，能体现学生想象力、创造力的结论。同时将学生的结论发布在网络的论坛上，在师生讨论这些结论的过程中，进一步提升全体学生对人工智能的认识，感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术发展前景的向往。下面就“启发式搜索与人机博弈”的两节课，通过上述的设想进行教学设计。“启发式搜索与人机博弈”教学之前，学生已经学习了穷举式搜索的知识，如宽度优先搜索和深度优先搜索；已经了解了状态空间、状态空间搜索及启发式搜索等概念。在“启发式搜索与人机博弈”的教学中，将通过各种活动，让学生进一步了解启发式搜索的过程，启发式搜索与穷举式搜索的不同之处，并让学生在人机博弈中，如何通过启发式搜索，引入“人”的思维。在“启发式搜索与人机博弈”的任务驱动法中，如何设计学生活动是至关重要的。好的学生活动将激发学生的学习兴趣，活跃学生的思维，因此，在下面的具体的教学设计中，重点给出我们设计的教学活动。抛砖引玉，希望同行们能给出更多更好的学生活动，使人工智能教学在中学里，能优质高效地开展。二、“启发式搜索与人机博弈”第一节课教学任务：任务1：让学生实际操作文曲星等电子字典符带的黑白棋游戏，写出该游戏的规则，并在“玩”的过程中，总结出自己设想的“致胜”法则。任务2：进入Internet，查找人机博弈的相关资料。课前准备：·让学生准备带有黑白棋的电子字典。（或者在网络教室的每一台学生机上，安装黑白棋程序。）·在教师机中，设置“教学资料”只读共享文件夹，存放有表格一和表格二的Word文档。·在教师机中，设置“作业上交”完全共享文件夹，学生完成的作业上交至该文件夹中。教学过程：教学步骤教师活动学生活动设计意图新课导入1.讲解如何启动黑白棋程序。2.讲解黑白棋的基本规则，并简单演示如何“玩”黑白棋。3.重点说明在“玩”的过程中，本节课教学要完成的任务。1.了解本节课的两个教学任务。2.启动并开始“玩”黑白棋。通过“玩”黑白棋游戏，理清自己（也就是“人”）在走棋时的思路。教学任务11.指导学生如何从教师机上获取表格一和表格二。2.在表格一中，将黑白棋的第一条规则，也是最难写一条规则，提供给学生，给学生作为范例。3.例一：参照图一，讲解黑白棋的上述规则。如：现轮到黑棋走。若黑棋在“C6”位下一棋，则垂直方向的“C5”和对角线方向的“D4.与学生讨论一些“致胜”法则。如：吃子越多越好等法则。并引导学生进行深入讨论，如：“吃子越多越好”是一条最好的“致胜”法则吗？5.指导学生将填写好表格一和表格二的Word文档，以自己的学号为文件名，上传到教师机上。1.通过例一，了解黑白棋的最基本规则。回答：当黑棋在图一的其它位置上下一棋子时，棋局发生什么变化？2.写出黑白棋的游戏规则，并填写表格一。3.总结自己认为的“致胜”法则，并填写表格二。4.整理自己的“致胜”法则。如：各条“致胜”法则的优先级；哪些“致胜”法则将受哪种条件的制约等。对自己想不清楚的问题，可放到校园网的论坛中进行讨论。5.上传填写好表格一、表格二的Word文档。通过书写游戏规则和游戏的“致胜”法则，让学生学会如何分解自己“瞬间”的思维（即“放慢”思维速度），将“模糊”的、原始的思维，逐步转化为可用文字表达的、较为清晰的游戏规则和游戏“致胜”法则。游戏规则虽然是定死的，但也允许学生用自己的方式表达。而游戏的“致胜”法则，则每个学生都会有自己不同的想法，要鼓励学生发表自己独特的见解。教

学

任

务

21.教学任务2是针对已经较好完成任务1的同学而设置的。2.在参考网址中提供了一些有关的网站。1.进入教师提供的网站，浏览人机博弈的相关资料。2.自己查找更多有关人机博弈的资料。3.将查到的好的网址或好的资料，发布到校园网的论坛上，供大家讨论。通过查找人机博弈的资料，让学生了解人机博弈研究的进展，了解编写人机博弈程序的难度，激发学生对人机博弈的兴趣。表格一：黑白棋的游戏规则序号游戏规则1双方轮流走，所走的棋在水平、垂直、对角线方向，将对方所夹的棋，均变为自己颜色的棋。234表格二：自己认为的“致胜”法则序号“致胜”法则备注12345注：尽量标明“致胜”法则的优先级。各种“致胜”法则在不同情况下，如果优先级会发生变化，请在备注中说明。图一：黑白棋的某一状态图，现在由黑棋下棋。参考网址：·中国黑白棋联盟/·黑白棋世界·中青在线的电脑历史/gb/it/2000-11/28/node_721.htm·赛伯时空网的电脑下棋传奇/1/old07.htm·电脑中国象棋软件AI评/book/dnai.html附：参考答案表格一：黑白棋的游戏规则序号游戏规则1双方轮流走，所走的棋在水平、垂直、对角线方向，将对方所夹的棋，均变为自己颜色的棋。2当轮到该方下子，而该方又无法下子时，则由对方下子。图三：黑白棋的空间状态图。初始状态g(0)=3h(0)=-3初始状态g(0)=3h(0)=-3f(0)=0DCBADCBA(D3)g(D3)=2,h(D3)=-2f(D3)=0(D3)g(D3)=2,h(D3)=-2f(D3)=0(F7)g(F7)=2,h(F7)=-2f(F7)=0(E6)g(E6)=2,h(E6)=-1f(E6)=1(F7)g(F7)=2,h(F7)=-2f(F7)=0(E6)g(E6)=2,h(E6)=-1f(E6)=1(C4)g(C4)=2,h(C4)=-2f(C4)=0(D3,G5)g(G5)=4,h(G5)=-3f(D3,G5)=1…………(D3,G5)g(G5)=4,h(G5)=-3f(D3,G5)=1………