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tema4, Apuntes de Ciencias de la Educación

Asignatura: IA1, Profesor: , Carrera: Educacion Infantil, Universidad: US

Tipo: Apuntes

2012/2013

Subido el 30/06/2013

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Inteligencia Artificial I Curso 2010–2011
Tema 4: ecnicas heur´ısticas de
usqueda
Jos´e Antonio Alonso Jim´enez
Francisco Jes´us Mart´ın Mateos
Jos´e L. Ruiz Reina
Dpto. de Ciencias de la Computaci´on e Inteligencia Artificial
Universidad de Sevilla
IA-I 2010–2011 CcIaecnicas heur´ısticas de usqueda 4.1
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Inteligencia Artificial I Curso 2010–

Tema 4: T´ecnicas heur´ısticas de

b´usqueda

Jos´e Antonio Alonso Jim´enez Francisco Jes´us Mart´ın Mateos Jos´e L. Ruiz Reina

Dpto. de Ciencias de la Computaci´on e Inteligencia Artificial Universidad de Sevilla

B´usqueda informada

x B´usqueda ciega o no informada (anchura, profundidad,... ): no cuenta

con ning´un conocimiento sobre c´omo llegar al objetivo.

x B´usqueda informada: aplicar conocimiento al proceso de b´usqueda para

hacerlo m´as eficiente.

x El conocimiento vendr´a dado por una funci´on que estima la “bondad”

de los estados:

u (^) Dar preferencia a los estados mejores. u (^) Ordenando la cola de ABIERTOS, comparando su bondad estimada. u (^) Objetivo: reducir el ´arbol de b´usqueda, ganando eficiencia en la pr´actica.

Ejemplos de heur´ıstica

x Problema del paseo:

u (^) heur´ıstica(estado) = |estado - estado-final|

x Problema del viaje por Andaluc´ıa

u (^) Coordenadas:

Almeria : (409.5 93 ) Granada : (309 127.5) Malaga : (232.5 75 ) Cadiz : ( 63 57 ) Huelva : ( 3 139.5) Sevilla : ( 90 153 ) Cordoba : (198 207 ) Jaen : (295.5 192 )

u (^) Funci´on de evaluaci´on heur´ıstica (distancia en l´ınea recta):

heur´ıstica(estado) = distancia(coordenadas(estado),coordenadas(almeria))

Primera heur´ıstica en el problema del 8–puzle

x Problema del 8-puzle (primera heur´ıstica):

u (^) heur´ıstica(estado) = "n´umero de piezas descolocadas respecto de su posici´on en el estado final"

x Ejemplo:

H = 0

H = 4

Idea de la b´usqueda por primero el mejor

x B´usqueda por primero el mejor

u (^) Analizar preferentemente los nodos con heur´ıstica m´as baja. u (^) Ordenar la cola de abiertos por heur´ıstica, de menor a mayor

x Tambi´en llamada b´usqueda voraz o codiciosa (del ingl´es “greedy”)

u (^) Porque siempre elige expandir lo que estima que est´a m´as “cerca” del objetivo

x Su rendimiento depender´a de la bondad de la heur´ıstica usada.

Implementaci´on: nodos heur´ısticos

x Nodo de b´usqueda: estado + camino + heur´ıstica

u (^) Funciones de acceso: ESTADO(NODO), CAMINO(NODO) y HEURISTICA-DEL-NODO(nodo)

x Sucesor de un nodo heur´ıstico:

FUNCION SUCESOR(NODO,OPERADOR)

  1. Hacer ESTADO-SUCESOR igual a APLICA(OPERADOR,ESTADO(NODO))
  2. Si ESTADO-SUCESOR=NO-APLICABLE devolver NO-APLICABLE en caso contrario, devolver un nodo cuyo estado es ESTADO-SUCESOR, cuyo camino es el resultado de a~nadir OPERADOR a CAMINO(NODO) y cuya heur´ıstica es la de ESTADO-SUCESOR

x La funci´on SUCESORES(NODO), como en el tema anterior

Primero el mejor para el problema del paseo

1

H = 4

2

3

4

H = 3

H = 2

H = 1

H = 0

Primero el mejor para el problema del viaje

Cádiz Córdoba Huelva Málaga

2

1

Sevilla

H = 325.

H = 348.37 H = 240.27 H = 409.15 H = 177.

Granada

Almería Jaén

4

3 H = 106.

H = 0 H = 150.

8–puzle por primero-el-mejor: 2

a^

heur´

ıstica

1 2

7

5 2

3 1

4 (^86) H = 3 7

5 2

8

3 1

6

4 H = 5

5 2

8

3 1

6

4 (^7) H = 6

7

5 2

8

3 1

4 (^6) H = 4

2 7

8

3 1

6

4 (^5) H = 6

5 2

8

3 4 7

(^16) H = 5

2 7

8

3 1

6

5 (^4) H = 5

3

3 5 1

4 7

(^286) H = 2

7

5 2 1

4 (^386) H = 4

7

3 4 5 6 1

2 8 H = 0

3 4 5 1 2 7 8 6 H = 2 7

3 5 6 1

2 8

4 H = 1 6

4 5

IA-I 2010–

C

Ic a^

T´ecnicas heur´

ısticas de b´

usqueda

Propiedades de la b´usqueda por primero el mejor

x Complejidad:

u (^) r: factor de ramificaci´on. u (^) p: profundidad de la soluci´on. u (^) Complejidad en espacio: O(rp). u (^) Complejidad en tiempo: O(rp). u (^) En la pr´actica, la complejidad depende del problema concreto y de la calidad de la heur´ıstica usada

x No es completa.

u (^) Por ejemplo, una mala heur´ıstica podr´ıa hacer que se tomara un camino infinito en el problema del paseo.

x No es minimal (no garantiza soluciones con el menor n´umero de opera-

dores).

u (^) La heur´ıstica podr´ıa guiar hacia una soluci´on no minimal

Idea de la b´usqueda ´optima

x B´usqueda ´optima

u (^) Analizar primero los nodos con menor coste. u (^) Ordenar la cola de abiertos por coste, de menor a mayor

x De esta manera, cuando se llega por primera vez a un estado final, se

llega con el menor coste posible.

x Se trata de un b´usqueda ciega:

u (^) No usa conocimiento para guiar la b´usqueda hacia el objetivo u (^) Caso particular: b´usqueda en anchura.

Implementaci´on: nodos con coste

x Nodo de b´usqueda: estado + camino + coste del camino

u (^) Funciones de acceso: ESTADO(NODO), CAMINO(NODO) y COSTE-CAMINO(nodo)

x Sucesores de un nodo con coste:

FUNCION SUCESOR(NODO,OPERADOR)

  1. Hacer ESTADO-SUCESOR igual a APLICA(OPERADOR,ESTADO(NODO))
  2. Si ESTADO-SUCESOR=NO-APLICABLE devolver NO-APLICABLE en caso contrario, devolver un nodo cuyo estado es ESTADO-SUCESOR, cuyo camino es el resultado de a~nadir OPERADOR a CAMINO(NODO) y cuyo coste es COSTE-CAMINO(CAMINO(ESTADO))+COSTE-DE-APLICAR-OPERADOR(ESTADO(NODO),OPERADOR)

x La funci´on SUCESORES(NODO), como en el tema anterior

Arbol de b´´ usqueda ´optima para el problema del viaje

Cádiz Córdoba Huelva Málaga

1 Sevilla

C = 120.

C = 0

C = 99.72 C = 88.04 C = 162.

Granada

Almería Almería

Granada Jaén C = 257.28 C = 219.

C = 370.

C = 255.

C = 361.

3 4 2 5

8 6 7

9

Propiedades de la b´usqueda ´optima

x Complejidad:

u (^) r: factor de ramificaci´on. u (^) p: profundidad de la soluci´on. u (^) Complejidad en espacio: O(rp). u (^) Complejidad en tiempo: O(rp).

x Es completa.

x Siempre encuentra soluci´on ´optima.

x Salvo en espacios de estados peque˜nos, en la pr´actica esta b´usqueda no

es posible, debido a la cantidad de tiempo y espacio que necesita