【问题标题】:Iterative deepening in common lispcommon lisp 中的迭代深化
【发布时间】:2012-10-19 22:48:50
【问题描述】:

我编写了一个迭代深化算法,它可以工作,除非我添加循环检查,算法返回比它应该的更深的解决方案。但是当我不检查周期时,它确实可以正常工作,但需要的时间太长。谁能发现这个bug?

(defun rec-depth-limited (problem node cutoff closed)
  (if (= cutoff 0)
    (if (funcall (problem-goalp problem) node)
          node)
    (if (visited-p node closed)
        nil
        (progn
          ;; when i remove the next line, it works correctly
          (setf (gethash (node-state node) closed) t)
          (loop for child in (expand node (problem-actions problem)) do
            (let ((result (rec-depth-limited problem child (1- cutoff) closed)))
                (if result
                    (return result))))))))

(defun iterative-deepening (problem)
  "Iterative deepening search"
  (let ((cutoff 0))
    (loop
      (format t "~%cut-off: ~A" cutoff)
      (let ((solution (rec-depth-limited
                             problem
                             (make-node :state (problem-state problem)) 
                             cutoff 
                             (make-hash-table :test #'equalp)))) ;solve problem up to cutoff
        (if (null  solution) 
            (incf cutoff);if solution is not found, increment the depth
            (return solution))))))

(defun visited-p (node table)
  "Checks if state in node was visited before by checking
if it exists in the table"
  (nth-value 1 (gethash (node-state node) table)))

编辑:这里是展开功能

(defun expand (node actions)
  "Expands a node, returns a list of the new nodes"
  (remove-if #'null (apply-actions node actions)));apply all actions on all nodes

(defun apply-actions (node actions)
  "Applies all actions to a state, returns a list of new states"
  (mapcan #'(lambda (action) 
              (mapcar #'(lambda (tile) (funcall action tile node))
                     (node-state node)))
          actions))

这是其中一个动作,除了细微的变化之外,它们都是一样的

(defun slide-right (tile node)
  "slide the tile one cell to the right. returns nil if not possible, 
  otherwise returns a node with the new state"
  (when (can-slide-right-p tile (node-state node));if can slide right
      (and visualize (format t "~%slide ~A to the right" (tile-label tile)))
      (let*  ((newstate (mapcar #'copy-tile (node-state node)));copy the current state
             (depth (node-depth node))
             (newcol (incf (tile-col (find tile newstate :test #'equalp))));update state
             (cost (1+ (node-cost node))))
        (make-node :state newstate ;create new node with the new state
                   :parent node 
                   :depth (1+ depth) 
                   :action (concatenate 'string
                                        "slide "
                                        (tile-label tile)
                                        " right" )
                   :cost cost))))

谓词

(defun can-slide-right-p (tile state)
  "returns T if the specified tile can be sled one cell to the right"
  (let  ((row (tile-row tile)) 
        (end (+ (tile-col tile) (tile-length tile))) ;col at which tile ends after being sled
        (orient (tile-orientation tile)))
    (and (equal orient 'H)
         (or (tile-is-mouse tile) (< end *board-w*))
         (empty-cell-p row end state))))

(defun spans-cell-p (row col tile)
  "returns T if the specified tile spans the specified cell"
  (if (equal (tile-orientation tile) 'H)
      (horizontally-spans-cell-p row col tile)
      (vertically-spans-cell-p row col tile)))

(defun horizontally-spans-cell-p (row col tile)
  "Tests if the specified horizontal tile spans the specified cell"
  (let ((tile-col (tile-col tile))
        (tile-row (tile-row tile))
        (tile-len (tile-length tile)))
    (and (= tile-row row) (>= col tile-col) (< col (+ tile-col tile-len)))))

(defun vertically-spans-cell-p (row col tile)
  "Tests if the specified vertical tile spans the specified cell"
  (let  ((tile-col (tile-col tile))
        (tile-row (tile-row tile))
        (tile-len (tile-length tile)))
    (and (= tile-col col) (>= row tile-row) (< row (+ tile-row tile-len)))))

【问题讨论】:

  • 这信息太少了。 goalpexpand 函数是否具有破坏性? statestructure 吗?如果是这样,它的所有字段在equalp 下是否保持相同?
  • goalp 和 expand 没有破坏性。 state 是一个结构列表。 node-state 返回一个状态。
  • 这似乎离错误有点远。我建议你用一个小到足以快速计算和大到足以复制问题的问题来跟踪你的所有函数。我看不出你的代码有什么明显的错误。我想说expandapply-actions 可以优化,我不知道瓦片列表是否是该州的最佳数据类型(瓦片很少?)。但是保持主题,如果循环检查正在影响找到的解决方案的深度,那么problem-goalp 可能取决于节点的深度或成本。
  • 列表中最多有 8 个图块,因此展开和应用操作的开销不会太大。
  • 让我发疯的部分是除此之外的所有其他搜索策略都在起作用。

标签: artificial-intelligence common-lisp iterative-deepening


【解决方案1】:

当通向目标的第一条路径比包含相同状态的任何其他较短路径长时,带有循环检测的有限深度优先搜索可能会返回更长的路径。

令 D 为目标状态:

A -- B -- C -- D
 \
  C -- D

在深度限制为2的情况下,如果先访问顶部分支,则将访问B和C并将其保存在哈希表中。当底部分支被访问时,它不会扩展超过 C,因为它被标记为已访问。

一种可能的解决方案是将哈希值设置为找到状态的最小深度。这使得该状态在一定深度及以上被称为已访问,但如果访问深度较小,则可以再次扩展它。

(defun visited-p (node table)
  (let ((visited-depth (gethash (node-state node) table)))
    (and visited-depth
         (>= (node-depth node) visited-depth))))

(defun set-visited (node table)
  (let ((visited-depth (gethash (node-state node) table)))
    (setf (gethash (node-state node) table)
          (if visited-depth
              (min visited-depth (node-depth node))
              (node-depth node)))))

【讨论】:

  • 谢谢十亿,我只是在试验一些树,最后找到了一个会触发错误的例子,然后我看到了你的帖子。非常感谢。
  • 我想另一种适用于任何搜索算法的循环检查方法是从节点回溯到根节点,如果节点之前出现在当前路径上,那么就有一个循环。这种方式更通用,并且可以通过任何搜索产生正确的输出,但速度较慢,因为它需要 O(d) 时间,其中 d 是节点的深度。
  • 这可以通过在访问孩子之前复制当前表来优化。这样,当前表将仅包含到目前为止遍历的节点。进一步的优化是通过在返回之前删除当前节点来重用同一个表,但如果您想并行使用循环检测,则需要锁定。对于一定数量的并行化(例如核心),它仍然会相当有效,但是对于超过 16 个线程,您宁愿根本不锁定。见Amdahl's Law
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