《狀態(tài)空間搜索》課件

《狀態(tài)空間搜索》ppt課件引言狀態(tài)空間搜索的基本概念深度優(yōu)先搜索（DFS）廣度優(yōu)先搜索（BFS）A搜索算法狀態(tài)空間剪枝目錄01引言狀態(tài)空間搜索是一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的搜索算法，用于解決決策問題。它通過構(gòu)建問題的狀態(tài)空間圖來尋找從初始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的路徑。狀態(tài)空間搜索適用于具有狀態(tài)轉(zhuǎn)移和動作的決策問題，如棋類游戲、機器人路徑規(guī)劃等。什么是狀態(tài)空間搜索如國際象棋、圍棋等，通過搜索最佳走法來制定游戲策略。棋類游戲機器人控制自然語言處理故障診斷與控制機器人通過狀態(tài)空間搜索算法規(guī)劃出最優(yōu)路徑，實現(xiàn)自主導(dǎo)航和避障。在對話系統(tǒng)和機器翻譯中，狀態(tài)空間搜索用于確定最佳的響應(yīng)或翻譯結(jié)果。在工業(yè)自動化和航空航天領(lǐng)域，狀態(tài)空間搜索用于診斷系統(tǒng)故障并采取相應(yīng)的控制措施。狀態(tài)空間搜索的應(yīng)用場景02狀態(tài)空間搜索的基本概念狀態(tài)是問題求解過程中某個時間點的系統(tǒng)或問題所處的狀況或條件。狀態(tài)是問題描述中給出的信息，通常用一組變量來表示。狀態(tài)是問題求解過程中需要跟蹤和管理的對象。狀態(tài)123動作是系統(tǒng)或問題在某個狀態(tài)下可以執(zhí)行的操作或決策。動作可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)，并影響問題的解決過程。動作的選擇和執(zhí)行通?；谀撤N策略或啟發(fā)式信息。動作轉(zhuǎn)移函數(shù)01轉(zhuǎn)移函數(shù)描述了系統(tǒng)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系。02轉(zhuǎn)移函數(shù)定義了在執(zhí)行某個動作后，系統(tǒng)狀態(tài)如何變化。轉(zhuǎn)移函數(shù)通常由問題的具體條件和約束決定。0303目標(biāo)狀態(tài)是問題求解過程需要尋找和達到的狀態(tài)。01目標(biāo)狀態(tài)是問題求解的目標(biāo)所在的狀態(tài)。02目標(biāo)狀態(tài)是問題描述中給出的信息，通常作為求解的終點或終止條件。目標(biāo)狀態(tài)03深度優(yōu)先搜索（DFS）ABCD深度優(yōu)先搜索的基本概念它沿著樹的深度遍歷樹的節(jié)點，盡可能深地搜索樹的分支。深度優(yōu)先搜索是一種用于遍歷或搜索樹或圖的算法。這一過程一直進行到已發(fā)現(xiàn)從源節(jié)點可達的所有節(jié)點為止。當(dāng)節(jié)點v的所在邊都己被探尋過，搜索將回溯到發(fā)現(xiàn)節(jié)點v的那條邊的起始節(jié)點。01使用堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)深度優(yōu)先搜索。02從根節(jié)點開始，將根節(jié)點放入堆棧中。03當(dāng)堆棧不為空時，彈出堆棧頂部的節(jié)點，并對其未被訪問過的相鄰節(jié)點進行標(biāo)記。04將相鄰節(jié)點放入堆棧中，并重復(fù)上述過程，直到堆棧為空。深度優(yōu)先搜索的實現(xiàn)方式易于理解和實現(xiàn)，可以用于解決許多圖遍歷問題。優(yōu)點可能會產(chǎn)生大量的重復(fù)訪問，導(dǎo)致算法效率低下。缺點深度優(yōu)先搜索的優(yōu)缺點04廣度優(yōu)先搜索（BFS）廣度優(yōu)先搜索是一種基于圖的搜索算法，它從圖的某一節(jié)點（源節(jié)點）出發(fā)，首先訪問該節(jié)點的所有相鄰節(jié)點，然后再依次訪問相鄰節(jié)點的相鄰節(jié)點，以此類推，直到達到目標(biāo)節(jié)點或搜索到所有可達節(jié)點為止。在狀態(tài)空間搜索中，廣度優(yōu)先搜索通常用于解決那些可以分解為一系列有序步驟的問題，例如迷宮求解、機器人路徑規(guī)劃等。廣度優(yōu)先搜索的基本概念廣度優(yōu)先搜索使用隊列來存儲待訪問的節(jié)點，首先將源節(jié)點放入隊列中，然后不斷從隊列中取出節(jié)點進行訪問，并將相鄰節(jié)點加入隊列中。為了避免重復(fù)訪問已經(jīng)訪問過的節(jié)點，需要使用一個集合或哈希表來記錄已經(jīng)訪問過的節(jié)點。廣度優(yōu)先搜索的實現(xiàn)方式記錄訪問過的節(jié)點使用隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)廣度優(yōu)先搜索算法相對簡單，易于實現(xiàn)，且在搜索過程中可以按照訪問順序記錄下所有可達節(jié)點，便于問題的解決。優(yōu)點廣度優(yōu)先搜索算法可能會搜索大量不必要的節(jié)點，導(dǎo)致搜索效率低下，尤其在圖較大或最短路徑長度較長的情況下更為明顯。此外，廣度優(yōu)先搜索算法也不適用于求解最短路徑問題。缺點廣度優(yōu)先搜索的優(yōu)缺點05A搜索算法A搜索算法的基本概念01A搜索算法是一種基于狀態(tài)空間的啟發(fā)式搜索算法，通過評估節(jié)點的重要性來選擇下一個要探索的節(jié)點。02它使用啟發(fā)式函數(shù)來估計節(jié)點的優(yōu)先級，以便更有效地搜索狀態(tài)空間。03A搜索算法通常采用廣度優(yōu)先搜索或深度優(yōu)先搜索的策略，并根據(jù)啟發(fā)式函數(shù)的評估結(jié)果來調(diào)整搜索順序。定義狀態(tài)空間首先需要定義問題的狀態(tài)空間，即所有可能的狀態(tài)集合。構(gòu)建啟發(fā)式函數(shù)根據(jù)問題的特性，構(gòu)建一個啟發(fā)式函數(shù)來評估每個節(jié)點的優(yōu)先級。實現(xiàn)搜索算法根據(jù)定義的狀態(tài)空間和啟發(fā)式函數(shù)，實現(xiàn)A搜索算法的搜索過程。輸出結(jié)果根據(jù)搜索結(jié)果，輸出最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。A搜索算法的實現(xiàn)方式優(yōu)點A搜索算法能夠根據(jù)啟發(fā)式函數(shù)的評估結(jié)果，優(yōu)先探索最有希望的節(jié)點，從而在許多問題上表現(xiàn)出色。缺點A搜索算法的性能高度依賴于啟發(fā)式函數(shù)的準(zhǔn)確性，如果啟發(fā)式函數(shù)不夠準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致搜索效率低下或陷入局部最優(yōu)解。A搜索算法的優(yōu)缺點06狀態(tài)空間剪枝狀態(tài)空間剪枝的基本概念狀態(tài)空間剪枝是指在狀態(tài)空間搜索過程中，通過一定的策略和啟發(fā)式信息，提前終止某些不必要的搜索分支，以減少搜索時間和空間復(fù)雜度。狀態(tài)空間剪枝的目的是在保證求解質(zhì)量的前提下，提高搜索效率和降低資源消耗。利用啟發(fā)式函數(shù)或啟發(fā)式信息，評估當(dāng)前節(jié)點的優(yōu)先級，優(yōu)先探索更有希望的節(jié)點?；趩l(fā)式的剪枝基于約束的剪枝基于概率的剪枝利用問題中的約束條件，提前終止不滿足約束條件的搜索分支。通過概率模型和統(tǒng)計信息，評估搜索分支的可行性，提前終止低概率的分支。030201常見狀態(tài)空間剪枝方法狀態(tài)空間剪枝的優(yōu)缺點優(yōu)點減少不必要的搜索，提高搜索