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SOLUCIÓN DEPROBLEMAS PORBÚSQUEDA
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INTRODUCCIÓN
La resolución de ro!le"as es #unda"en$al ara la "a%or&a de lasalicaciones de In$eli'encia Ar$i#icial(IA)*
la caacidad de resol+er ro!le"as suele usarse co"o una "edida de lain$eli'encia $an$o ara el ser ,u"ano co"o ara la co"u$adora*
La resolución de ro!le"as es una caacidad -ue considera"os in$eli'en$e*
So"os caaces de resol+er ro!le"as "u% di#eren$es.
Encon$rar el ca"ino en un la!erin$o
Resol+er un cruci'ra"a
Reali/ar un 0ue'o
Dia'nos$icar una en#er"edad
Decidir al in+er$ir
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Clases de ro!le"as (M1TODOS)
PROCEDIMIENTO DETERMINISTA
12ITO 3ARANTI4ADO
LLAMADO DE COMPUTACIÓN*
PROBLEMAS CON PROCEDIMIENTOS (MATEM5TICAS)
PROCEDIMIENTO NO DETERMINISTA
PROBLEMAS CON BÚSQUEDA DE UNA SOLUCIÓN
EN6OCADO A LA IA
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De$er"in&s$icos
Un a"!ien$e de$er"in&s$ico es a-uel en el cual cual-uier acción $iene un soloe#ec$o 'aran$i/ado7 no ,a% incer$idu"!re acerca del es$ado -ue resul$ara dela reali/ación de la acción* Un sis$e"a de$er"in&s$ico si7 ara un es$ado dado7al "enos alica una re'la de el % de solo una "anera*
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No de$er"in&s$ico
Si "as de una re'la a cual-uier es$ado ar$icular del sis$e"a7 o si una re'la
alica a un es$ado ar$icular del sis$e"a en "as de una "anera7 en$onces elsis$e"a es no de$er"in&s$ico* Con$iene un a"lio nu"ero de es$ados iniciales% si'ue la secuencia de es$ados er$enecien$e al es$ado inicial del esacio*
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E8EMPLO. Plano de casa del ro!le"a de las lla+eserdidas
I"a'ina -ue ,as erdido las lla+es de $u coc,e* Sa!es -ue es$9n en al':nlu'ar de la casa*
La X indica -ue us$ed es$9 en la uer$a rincial* Al e"e/ar su !:s-uedari"ero co"rue!a la sala de es$ar* Lue'o +a or el salón ,acia el ri"erdor"i$orio7 desu;s +uel+e al salón % +a al se'undo dor"i$orio7 % +uele denue+o al salón ara ir al dor"i$orio rincial* Co"o a:n no ,a encon$rado laslla+es7 +uel+e ,acia a$r9s asando or la sala de es$ar ,acia la cocina7 dondeencon$rar9 sus lla+es*
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3ra#o del ca"ino solución ara encon$rar las lla+eserdidas
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Ele"en$os !9sicos
Estado: es la reresen$ación de un ro!le"a en un ins$an$e dado*
Espacio de estados o espacio de búsqueda: Con0un$o de nodos del ro!le"a
Estado inicial. consis$e en uno o +arios es$ados en los -ue uede co"en/ar elro!le"a*
Estado objetio o estado !eta. consis$e en uno o +arios es$ados #inales -uese consideran solución ace$a!le*
Re"las: descri!en las acciones u oeradores -ue osi!ili$an un asa0e dees$ados*
La #eu$%stica es la in#or"ación acerca de la osi!ilidad de -ue un nodoesecico sea "e0or ara in$en$ar la ró
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E0e"lo. el ro!le"a de 0u'ar al a0edre/
Espacio de estados: La $o$alidad de $a!leros -ue se ueden 'enerar en un 0ue'o de a0 Estado Inicial: Puede ser el $a!lero de > < > donde cada cuadro con$iene un s&"!olo d
a las ie/as si$uadas*
Objetio o estado &inal: Cual-uier osición de $a!lero en la -ue el con$rario no uedenin':n "o+i"ien$o le'al % su re% es$; a"ena/ado*
Re"las: Son los "o+i"ien$os le'ales7 -ue ueden descri!irse "edian$e una ar$e a$ró
ser con$ras$ado con la osición ac$ual del $a!lero % o$ra ar$e -ue descri!e el ca"!io roducirse en el $a!lero* Dado -ue escri!ir $odas las osiciones del $a!lero7 las re'las escri!irse de "anera "9s 'eneral osi!le*
'eu$%stica: Pode"os ele'ir $a!leros en donde el con$rincan$e $en'a el "enor n:"ero
desle'adas*
Ca!ino soluci(n: El con0un$o de "o+i"ien$os ara lle'ar al es$ado #inal*
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)o$!ulaci(n * $esoluci(n de p$oble!as+
Para cons$ruir un sis$e"a de co"u$ación -ue resuel+a un ro!le"aesecico7 es necesario.
De#inir el ro!le"a #or"al"en$e con recisión*
Anali/ar el ro!le"a*
Reresen$ar el conoci"ien$o necesario ara resol+er el ro!le"a*
Ele'ir una $;cnica de resolución del ro!le"a % alicarla*
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De&inici(n &o$!al del p$oble!a
El ri"er aso ara dise?ar un ro'ra"a -ue resuel+a un ro!le"a es crearuna descrición #or"al % "ane0a!le del roio ro!le"a*
Para roducir una eseci#icación #or"al de un ro!le"a se de!en de#inir.
Esacio de es$ados +9lidos*
Es$ado inicial del ro!le"a*
Es$ado o!0e$i+o o #inal*Re'las -ue se ueden alicar ara asar de un es$ado a o$ro*
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An,lisis del p$oble!a
A #in de oder ele'ir el ";$odo "9s aroiado ara resol+er un ro!le"a
ar$icular7 es necesario anali/ar dis$in$as cues$iones -ue a#ec$an a lade#inición del "is"o % a las carac$er&s$icas de la solución deseada* E
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¿Pueden deshacerse pasos inadecuados hacia la solución?
Al'unos ro!le"as er"i$en des,acer uno o +arios asos ,acia una soluciónuna +e/ reali/ados.
Recupe$ables: en un un$o dado es osi!le des,acer $odos los asosinadecuados ,acia la solución* E0* en el 0ue'o >u//le*
No $ecupe$ables: en un un$o dado no es osi!le des,acer nin':n aso
reali/ado* E0* una ar$ida de a0edre/ I"no$ables: en un un$o dado es osi!le i'norar los asos reali/ados ,as$a el
"o"en$o % co"en/ar de nue+o con una nue+a solución* Es$os ro!le"as seresuel+en con es$ra$e'ias de con$rol sencillas -ue nunca +uel+en ,acia a$r9s*
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¿Es predecible el universo del problema?
Consecuencia cie$ta. es osi!le lani#icar una secuencia de "o+i"ien$oses$ando se'uros del resul$ado a o!$ener* Se uede reali/ar una lani#icaciónara 'enerar oeradores -ue 'aran$icen lle'ar a la solución*
Consecuencia incie$ta: no es osi!le lani#icar con cer$e/a ues no se sa!e-ue ocurrir9 lue'o del si'uien$e "o+i"ien$o* Sin e"!ar'o7 se uede reali/aruna lani#icación ara 'enerar oeradores -ue $en'an una !uena ro!a!ilidadde lle'ar a la solución*
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¿Una solución es buena de manera absoluta o relativa?
Al"ún ca!ino: sólo i"or$a encon$rar una solución sin i"or$ar si e
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¿La solución deseada es un estado o la ruta hacia unestado?
La solución de un ro!le"a uede consis$ir en encon$rar.
-n estado &inal: no es necesario el re'is$ro del roceso se'uido7 sóloi"or$a arri!ar a la solución #inal* Por e0* in$erre$ar $e
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¿El conocimiento se necesita para resolver el problema o para restringir la búsqueda de la solución?
El conoci"ien$o uede e"learse ara.
Reconoce$ la soluci(n: se necesi$a 'ran can$idad de conoci"ien$o acerca delro!le"a ara oder encon$rar una solución* Por e0* co"rensión de $e
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El programa que soluciona el problema ¿busca lasolución solo o necesita interactuar con una persona?
Con resec$o a la relación ro'ra"ausuario7 e
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TIPOS DE PROBLEMAS DE LA IA
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P$oble!as de jue"o * p$oble!as
$eales+
E
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P$oble!as de ju"uete
-n p$oble!a de ju"uete se u$ili/a ara ilus$rar o e0erci$ar los ";$odos deresolución de ro!le"as*
1s$os se ueden descri!ir de #or"a e
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E0e"lo. ro!le"a de 0u'ue$e
El "undo de la asiradora es un ro!le"a de 0u'ue$e7 es$e ro!le"a uede#or"ularse co"o si'ue.
Espacio de estados: La asiradora es$9 en una de dos ,a!i$aciones7 cada unade las cuales uede o no con$ener suciedad=
Estado Inicial: Cual-uier es$ado uede desi'narse co"o un es$ado inicial*
Objetio o estado &inal: Cuando $odos las ,a!i$aciones es$9n li"ias=
Re"las: La asiradora uede. "o+erse a la ,a!i$ación i/-uierda7 "o+erse a la,a!i$ación derec,a o asirar la ,a!i$ación*
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Por-ue ro!le"a de 0u'ue$e
Co"arado con el "undo real7 es$e ro!le"a de 0u'ue$e $iene locali/acionesdiscre$as(es$a o no en una ,a!i$ación)7 suciedad discre$a(es$a li"io o no loes$a7 no e
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El ro!le"a de las > reinas
Consis$e en colocar las oc,o reinas en un $a!lero de a0edre/ de "anera -uecada reina no a$a-ue a nin'una o$ra (Una reina a$aca al'una ie/a si es$9 enla "is"a #ila7 colu"na o dia'onal)*
Una #or"ulación co"le$a de es$ados co"ien/a con las oc,o reinas en el$a!lero % las "ue+e*
Esacio de es$ados. La $o$alidad de $a!leros -ue se ueden 'enerar con> reinas en el $a!lero=
Es$ado Inicial. Un $a!lero donde es$a una reina or colu"na*
O!0e$i+o o es$ado #inal. Un $a!lero de "anera -ue cada reina no a$a-uea nin'una o$ra=
Re'las. Mo+er una reina a o$ro cuadro en la "is"a colu"na*
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P$oble!as del !undo $eal
Los ro!le"as de !:s-ueda de una ru$a es$9n de#inidos en $;r"inos deosiciones % $ransiciones a lo lar'o de ellas* Los al'ori$"os de !:s-ueda deru$as se ,an u$ili/ando en una +ariedad de alicaciones7 $ales co"o ru$as enredes de co"u$adores7 lani#icación de oeraciones "ili$ares7 % en sis$e"asde lani#icación de +ia0es de l&neas a;reas* Es$os ro!le"as son co"le0os deeseci#icar*
Por e0e"lo7 los sis$e"as co"erciales de +ia0es u$ili/an #or"ulaciones con
"uc,as co"licaciones co"o son el recio -ue i"onen las l&neas a;reas*Ade"9s de!en incluir lanes de con$in'encia($ales co"o reser+a de +uelosal$erna$i+os) ,as$a el un$o de -ue ;s$os es$;n 0us$i#icados or el cos$e % laro!a!ilidad de la #alla en el lan ori'inal*
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E0e"los*
Los ro!le"as $ur&s$icos es$9n es$rec,a"en$e relacionados con los ro!le"as de!:s-ueda de una ru$a7 ero con una i"or$an$e di#erencia7 el esacio de es$ados7en es$e cada es$ado de!e incluir las ciudades -ue ,a +isi$ado (ara conocer si ,a+isi$ado %a las de"9s ciudades)*
El ro!le"a del +ia0an$e de co"ercio es un ro!le"a de ru$a en la -ue cadaciudad es +isi$ada e
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BÚSQUEDA NO IN6ORMADA.úsqueda a cie"as
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búsqueda
Las $;cnicas -ue se resen$an a con$inuación son conocidas de #or"a 'en;ricaco"o .úsqueda/ %a -ue re$enden encon$rar una solución +alida den$ro delesacio de es$ados*
En concre$o7 las -ue anali/are"os se deno"inan $;cnicas de !:s-ueda noin#or"ada de!ido a -ue el ro!le"a -ue -uere"os resol+er no nos o#recenin'una in#or"ación adicional -ue nos a%ude a encon$rar una solución de#or"a "as r9ida7 "as all9 de lo -ue roorciona el roio enunciando*
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Pu/le lineal*
Es un u/le ara ni?os con 'randes ie/as* Sus ie/as solo ueden unirse enl&nea *
Suone"os -ue $odas las ie/as enca0an unas con o$ras sin i"or$ar el orden
en el -ue se dis$ri!u%an*
F
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Pero an$es
Ga"os a ,acernos al'unas re'un$as -ue nos a%uden a de#inir el ro!le"a* 0Cu,l es el espacio de estados del p$oble!a 1
HHuede ser cual-uier ordenación osi!le de las cua$ro ie/as
FJF es$ados osi!les*
0Cu,l es el estado inicial * el estado &inal1
HHel es$ado inicial uede ser cual-uier ordenación de las cua$ro ie/asMien$ras -ue el es$ado #inal seria.
02u3 ope$aci(n nos pe$!ite pasa$ de un estado a ot$o1
HHIn$erca"!iando dos ie/as con$inuas a la +e/
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Oeraciones (re'las)
Pa$a el caso del pu4le de 5 pie4as/ tend$%a!os 6 opciones posibles:
In$erca"!iar las dos ie/as de la derec,a. la lla"are"os oeración D*
In$erca"!iar las dos ie/as cen$rales. la lla"are"os oeración C*
In$erca"!iar las dos ie/as de la i/-uierda. la lla"are"os oeración I*
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6unción de e+aluación
La "as ló'ica seria una #unción -ue e+aluara cuan$as ie/as es$9n !iencolocadas7 ero co"o -uere"os "os$rar las $;cnicas de !:s-ueda noin#or"ada7 +a"os a o!+iar ese da$o % nues$ra #unción de e+aluación soloco"ro!ar9 si ,e"os lle'ado al es$ado o!0e$i+o o no*
Para oder ro'ra"ar arece !uena idea reresen$ar las ie/as del u/leco"o un arre'lo de n:"eros en$eros con di"ensión F* usando es$areresen$ación al'unos es$ados odr&an ser.
K77F7 si alica"os uno de los oeradores ( I7 C7 D) K77F7
K777F
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5r!ol de es$ados Pode"os +er un 9r!ol -ue "ues$ra co"o e+olucionan los es$ados al ir
alicando los oeradores -ue ,e"os de#inido*
IC
D
II I
C
C CDD D
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Recorrido de un 9r!ol
Encon$rar una solución a un ro!le"a consis$ir9 en ,acer una !:s-ueda en el9r!ol de es$ados o en un 'ra#o ara encon$rar un nodo -ue con$en'a unes$ado o!0e$i+o* En 'eneral7 el recorrido de un 9r!ol o 'ra#o se co"one delos si'uien$es asos.
* Selecciona"os el nodo ra&/ % lo al"acena"os en una lis$a -ue con$endr9a-uellos nodos -ue es$9n endien$es de +isi$ar* A es$a lis$a la lla"are"os#ron$era*
* $o"a"os un nodo de la lis$a de nodos #ron$era % co"ro!a"os si es unnodo o!0e$i+o* Si lo es7 ,e"os $er"inado*
* 'enera"os $odos los ,i0os del nodo seleccionado en el aso alicando losoeradores -ue ,e"os de#inido* Es$o es lo -ue se lla"a e
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Recorrido de un 'ra#o
* Selecciona"os el nodo ra&/ % lo al"acena"os en la lis$a de nodos #ron$era* * $o"a"os un nodo de la lis$a de nodos #ron$era % co"ro!a"os si es un
nodo o!0e$i+o* Si lo es7 ,e"os $er"inado* Ade"9s7 al"acena"os el nodo enuna lis$a lla"ada +isi$ados*7 -ue con$iene $odos los nodos +isi$ados ,as$a el"o"en$o*
* 'enera"os $odos los ,i0os del nodo seleccionado en el aso alicando losoeradores -ue ,e"os de#inido* Para cada ,i0o co"ro!a"os -ue no es$e en
la lis$a de nodos +isi$ados % si no es$a7 la a?adi"os a la lis$a de nodos#ron$era*
F +ol+e"os al aso ,as$a -ue la lis$a de nodos #ron$era es$e +ac&a*
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BÚSQUEDA CON AMPLITUD
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El roceso de !:s-ueda -ue se resen$o es un rocedi"ien$o 'en;rico -ueuede dar lu'ar a +ariaciones* La ri"era -ue se resen$a es la lla"ada!:s-ueda en a"li$ud o Bread$, 6irs$ Searc, (B6S)* Es$a !:s-ueda recorre el9r!ol or ni+eles.
Pri"ero +isi$a al nodo ra&/
Se'uida"en$e $odos sus ,i0os
Para cada ,i0o en el aso an$erior se +isi$an $odos sus ,i0os % as&sucesi+a"en$e
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B:s-ueda en a"li$ud
F
Es$e recorrido se i"le"en$a en la rac$ica usando una cola 6I6O (6irs$ In6irs$ Ou$) ara la lis$a de nodos #ron$era Una cola 6I6O es una es$ruc$ura de
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6irs$ Ou$) ara la lis$a de nodos #ron$era* Una cola 6I6O es una es$ruc$ura deda$os en la -ue ode"os ,acer dos oeraciones rinciales. al"acenar unda$o % sacar un da$o*
nodoinicial J es$ado inicial
Nodos#ron$era J cola 6I6O
Nodos+isi$ados J Lis$a Al"acenar nodoinicial en nodos #ron$era
Mien$ras nodos #ron$era no +acio.
nodoac$ual J e
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Resol+er el ro!le"a del u/le lineal(C O PTON)
Por "edio de es$ruc$ura de da$os7 u$ili/ando los oeradores -ue seande#inido an$erior"en$e I7 C7 D.
La e0ecución del ro'ra"a seria.
KF7 7 7Alicando losoeradores I7 C7 D
I. K7F77 C. K77F7 D. K777F C. K777F I. K777F
Es la secuencia -ue de!e reali/ar el ro'ra"a (de!e i"ri"irla)
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BUSQUEDA EN PRO6UNDIDAD
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B:s-ueda en ro#undidad
La !:s-ueda en ro#undidad o De$, 6irs$ Searc, (D6S) recorre el 9r!ol'ra#ode #or"a di#eren$e a la !:s-ueda en a"li$ud* En lu'ar de ir +isi$ando $odoslos nodos de un "is"o ni+el7 +a descendiendo ,as$a la ro#undidad "9
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F
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Desde el un$o de +is$a de la i"le"en$ación7 la !:s-ueda en ro#undidad sedi#erencia de la !:s-ueda en a"li$ud en -ue u$ili/a una ila LI6O (las$ In6ir$s Ou$) en +e/ de una cola 6I6O* A di#erencia de la cola7 el da$o -ue see
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Al al'ori$"o en seudocodi'o Nodoinicial J es$ado inicial
Nodos#ron$era J ila LI6O
Nodos+isi$ados J Lis$a
Al"acenar nodoinicial en nodos #ron$era
Mien$ras nodos#ron$era no +acio.
Nodoac$ual J e
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Resol+er el ro!le"a del u/le lineal(C O PTON)
Por "edio de es$ruc$ura de da$os7 u$ili/ando los oeradores -ue seande#inido an$erior"en$e I7 C7 D.
La e0ecución del ro'ra"a seria.
KF777
D. KF777 C. KF777 D. KF777 C. KF777 I. K7F77
Es la secuencia -ue de!e reali/ar el ro'ra"a (de!e i"ri"irla)
Alicando losoeradores D7 C7 I
D. K7F77C. K77F7D. K777FC. K777FI. K777F
C. K777F
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