《狀態空間搜索》ppt課件引言狀態空間搜索的基本概念深度優先搜索（DFS）廣度優先搜索（BFS）A搜索算法狀態空間剪枝目錄01引言狀態空間搜索是一種基于狀態轉移的搜索算法，用于解決決策問題。它通過構建問題的狀態空間圖來尋找從初始狀態到目標狀態的路徑。狀態空間搜索適用于具有狀態轉移和動作的決策問題，如棋類游戲、機器人路徑規劃等。什么是狀態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空間搜索算法規劃出最優路徑，實現自主導航和避障。在對話系統和機器翻譯中，狀態空間搜索用于確定最佳的響應或翻譯結果。在工業自動化和航空航天領域，狀態空間搜索用于診斷系統故障并采取相應的控制措施。狀態空間搜索的應用場景02狀態空間搜索的基本概念狀態是問題求解過程中某個時間點的系統或問題所處的狀況或條件。狀態是問題描述中給出的信息，通常用一組變量來表示。狀態是問題求解過程中需要跟蹤和管理的對象。狀態123動作是系統或問題在某個狀態下可以執行的操作或決策。動作可以改變系統的狀態，并影響問題的解決過程。動作的選擇和執行通常基于某種策略或啟發式信息。動作轉移函數01轉移函數描述了系統狀態之間的轉移關系。02轉移函數定義了在執行某個動作后，系統狀態如何變化。轉移函數通常由問題的具體條件和約束決定。0303目標狀態是問題求解過程需要尋找和達到的狀態。01目標狀態是問題求解的目標所在的狀態。02目標狀態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。目標狀態03深度優先搜索（DFS）ABCD深度優先搜索的基本概念它沿著樹的深度遍歷樹的節點，盡可能深地搜索樹的分支。深度優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現從源節點可達的所有節點為止。當節點v的所在邊都己被探尋過，搜索將回溯到發現節點v的那條邊的起始節點。01使用堆棧數據結構實現深度優先搜索。02從根節點開始，將根節點放入堆棧中。03當堆棧不為空時，彈出堆棧頂部的節點，并對其未被訪問過的相鄰節點進行標記。04將相鄰節點放入堆棧中，并重復上述過程，直到堆棧為空。深度優先搜索的實現方式易于理解和實現，可以用于解決許多圖遍歷問題。優點可能會產生大量的重復訪問，導致算法效率低下。缺點深度優先搜索的優缺點04廣度優先搜索（BFS）廣度優先搜索是一種基于圖的搜索算法，它從圖的某一節點（源節點）出發，首先訪問該節點的所有相鄰節點，然后再依次訪問相鄰節點的相鄰節點，以此類推，直到達到目標節點或搜索到所有可達節點為止。在狀態空間搜索中，廣度優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、機器人路徑規劃等。廣度優先搜索的基本概念廣度優先搜索使用隊列來存儲待訪問的節點，首先將源節點放入隊列中，然后不斷從隊列中取出節點進行訪問，并將相鄰節點加入隊列中。為了避免重復訪問已經訪問過的節點，需要使用一個集合或哈希表來記錄已經訪問過的節點。廣度優先搜索的實現方式記錄訪問過的節點使用隊列數據結構廣度優先搜索算法相對簡單，易于實現，且在搜索過程中可以按照訪問順序記錄下所有可達節點，便于問題的解決。優點廣度優先搜索算法可能會搜索大量不必要的節點，導致搜索效率低下，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，廣度優先搜索算法也不適用于求解最短路徑問題。缺點廣度優先搜索的優缺點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空間的啟發式搜索算法，通過評估節點的重要性來選擇下一個要探索的節點。02它使用啟發式函數來估計節點的優先級，以便更有效地搜索狀態空間。03A搜索算法通常采用廣度優先搜索或深度優先搜索的策略，并根據啟發式函數的評估結果來調整搜索順序。定義狀態空間首先需要定義問題的狀態空間，即所有可能的狀態集合。構建啟發式函數根據問題的特性，構建一個啟發式函數來評估每個節點的優先級。實現搜索算法根據定義的狀態空間和啟發式函數，實現A搜索算法的搜索過程。輸出結果根據搜索結果，輸出最優解或近似最優解。A搜索算法的實現方式優點A搜索算法能夠根據啟發式函數的評估結果，優先探索最有希望的節點，從而在許多問題上表現出色。缺點A搜索算法的性能高度依賴于啟發式函數的準確性，如果啟發式函數不夠準確，可能導致搜索效率低下或陷入局部最優解。A搜索算法的優缺點06狀態空間剪枝狀態空間剪枝的基本概念狀態空間剪枝是指在狀態空間搜索過程中，通過一定的策略和啟發式信息，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雜度。狀態空間剪枝的目的是在保證求解質量的前提下，提高搜索效率和降低資源消耗。利用啟發式函數或啟發式信息，評估當前節點的優先級，優先探索更有希望的節點。基于啟發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常見狀態空間剪枝方法狀態空間剪枝的優缺點優點減少不必要的搜索，提高搜索