[高中信息技术]“启发式搜索与人机博弈”的教学设计

[高中信息技术]“启发式搜索与人机博弈”的教学设计
人工智能是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科，在教学中难度较大。

因此，我们试图在人工智能的教学过程中，创设一些学生能够接收的、有兴趣的实践活动。

通过活动让学生进行思考，并让学生自己得出相关的结论。

我们希望学生得出的结论是无统一答案的，能体现学生想象力、创造力的结论。

并将学生的结论发布在网络的论坛上，在师生讨论这些结论的过程中，进一步提升全体学生对人工智能的认识，感受人工智能技术的丰富魅力。

下面就“启发式搜索与人机博弈”的两节课，根据上述思路进行教学设计。

在进行“启发式搜索与人机博弈”教学之前，学生已经学习了穷举式搜索的知识，如宽度优先搜索和深度优先搜索；已经了解了状态空间、状态空间搜索及启发式搜索的基本概念。

在“启发式搜索与人机博弈”的教学中，将通过相关活动，让学生进一步了解启发式搜索的过程、启发式搜索与穷举式搜索的不同之处。

在“启发式搜索与人机博弈”的任务驱动法中，如何设计学生活动是至关重要的。

好的学生活动将激发学生的学习兴趣，活跃学生的思维，因此，在下面的具体的教学设计中，重点给出我们设计的教学活动。

抛砖引玉，希望同行们能给出更多、更好的学生活动。

一、“启发式搜索与人机博弈”的第一堂课
教学任务：
任务1：让学生实际操作电子字典(例如文曲星)或博弈网站中的“黑白棋”游戏，写出该游戏的规则，并在“玩”的过程中，总结出自己设想的“致胜”法则。

任务2：进入因特网，查找“人机博弈”的相关资料。

课前准备：
·让学生准备带有黑白棋的电子字典。

（或者在网络教室的每一台学生机上，安装黑白棋程序。

）
·在教师机中，设置“教学资料”只读共享文件夹，存放有表格一和表格二的Word文档。

·在教师机中，设置“作业上交”完全共享文件夹，学生完成的作业上交至该文件夹中。

教学过程：
表格一：黑白棋的游戏规则
序号游戏规则
1 双方轮流走，所走的棋在水平、垂直、对角线方向，将对方所夹的棋，均变为自己颜色的棋。

2
3
4
表格二：你认为的“致胜”法则
序号“致胜”法则备注
1
2
3
4
5
注：尽量标明“致胜”法则的优先级。

各种“致胜”法则在不同情况下，如果优先级会发
生变化，请在备注中说明。

图一黑白棋的某一状态图（现在由黑棋下子）
参考网址：
·中国黑白棋联盟/
·黑白棋世界
·中青在线的电脑历史/gb/it/2000-11/28/node_721.htm
·赛伯时空网的电脑下棋传奇/1/old07.htm
·电脑中国象棋软件AI评/book/dnai.html
附：参考答案
表格一：黑白棋的游戏规则
表格二：自己认为的“致胜”法则
注：上述是一种可行的“致胜”法则，并不是最优的法则，仅供大家讨论。

二、“启发式搜索与人机博弈”的第二堂课
教学任务：
任务1：写出在理想状态下，对黑白棋走两步后的评价函数。

任务2：进入因特网查找资料，讨论与人机博弈相关的问题。

例如：
·“致胜”法则的优劣与评价函数的关系。

·在博弈搜索中，为什么会产生节点爆炸问题。

·在人机博弈中，除了采用启发式搜索外，还可以用哪些搜索策略？
·通过前面的实践操作和分析，谈谈在人机对弈游戏中所指“棋力”的含义是什么？
课前准备：
·整理学生前一节课上交的作业，将学生提出的“致胜”法则上传到校园网的论坛上。

·或将前一节课学生上交的作业所在的文件夹，设置成只读共享文件夹，供大家浏览讨论。

·在教师机中，设置“作业上交”完全共享文件夹，学生完成的作业上交至该文件夹中。

教学过程：
教学任务2
1.教学任务2是针对已经较
好完成任务1的同学而设置的。

2.对任务2的四个问题，教师
作简要的说明。

如人机博弈程序
除加入启发式信息外，程序还要
具备自学习功能；另外，极小—
极大法，α—β剪枝法也是人机
博弈程序中常用的方法等，帮助
学生完成相关问题的回答。

1.进入因特网，针对任
务2的四个问题，查找相
关资料。

2.对一般同学，要求回
答其中的一个问题。

对能
力较强的同学，要求尽可
能多地回答问题。

也可自
己提出问题，发布在校园
网的论坛上。

3.将问题的答案，写在
Word文档中，上传到老师
的“作业上交”文件夹中。

通过教学任务
2，让学生了解到，人
机博弈程序中，除了
教学中要求掌握的启
发式搜索外，还有许
多问题有待研究和解
决。

图二黑白棋的状态图
（注：图中的数值是由“WZebra”黑白棋程序提供的在该位置下子的估算值）
………
初始状态
g(0)=3 h(0)=-3
f(0)=0
(D3)
g(D3)=2,h(D3)=-2
f(D3)=0
(C4)
g(C4)=2,h(C4)=-2
f(C4)=0
(E6)
g(E6)=2,h(E6)=-1
f(E6)=1
(F7)
g(F7)=2,h(F7
f(F7)=0
(D3,G5)
g(G5)=4,h(G5)=-3
f(D3,G5)=1
(D3,E3)
g(E3)=4,h(E3)=-2
f(D3,E3)=2
(D3,F4)
g(F4)=4,h(F4)=-2
f(D3,F4)=2
A B C D
图三黑白棋的状态空间图
（注：f—评价函数；g—当前状态下白棋的个数；h—即使白棋不下子，黑棋最多能杀白棋的
个数）。