Chuyển đến nội dung chính

Artificial Intelligence: Key Search Algorithms and Their Applications

The Role of Search Algorithms in AI

Search algorithms are essential tools in AI, helping solve complex problems, especially in single-agent games like puzzles and pathfinding. These algorithms systematically explore possibilities, seeking the most efficient path to a goal.

Single-Agent Pathfinding Problems

Examples of single-agent pathfinding problems include:

  • Tile Games (3x3, 4x4, 5x5 puzzles): The player arranges tiles in a grid by moving a blank space.
  • Travelling Salesman Problem (TSP): Finding the shortest path through a series of cities.
  • Rubik’s Cube, Theorem Proving: Solving complex, structured problems by exploring state configurations.

Core Terminology in Search

  • Problem Space: The environment where the search happens, comprising states and operators.
  • Problem Instance: Defined by an initial state and a goal state.
  • Problem Space Graph: A visual of states (nodes) and possible moves (edges).
  • Depth of Problem: The shortest path from the initial to the goal state.
  • Space & Time Complexity: Space complexity is the maximum memory usage, while time complexity is the total number of nodes created.
  • Admissibility: An algorithm’s ability to always find the best solution.
  • Branching Factor: Average number of child nodes in the search space.
  • Depth: The shortest path length to the goal.

Brute-Force Search Strategies

Brute-force search methods are straightforward, requiring no problem-specific knowledge. They work well in problems with limited states.

  1. Breadth-First Search (BFS)

    • Starts at the root, exploring all neighboring nodes before moving deeper.
    • Advantages: Finds the shortest path in graphs with equal weights.
    • Disadvantages: High memory usage due to storing multiple node levels. Complexity increases exponentially with depth.
  2. Depth-First Search (DFS)

    • Uses recursion and a stack (LIFO structure), exploring as deep as possible along each path before backtracking.
    • Advantages: Requires less memory (linear space complexity).
    • Disadvantages: Risk of infinite loops without a cut-off depth. Performance depends on choosing an appropriate cut-off depth.
  3. Bidirectional Search

    • Searches simultaneously from the initial and goal states, meeting in the middle.
    • Advantage: Faster as each search covers half the total path length.
  4. Uniform Cost Search

    • Expands the least-cost path to nodes, optimal for variable path costs.
    • Disadvantage: Explores all paths with cost ≤ optimal path cost, increasing processing time.
  5. Iterative Deepening Depth-First Search (IDDFS)

    • Combines depth-first exploration with iterative deepening, exploring progressively deeper levels.
    • Advantage: Saves memory by storing only nodes on the path and offers completeness and optimality.

Comparison of Algorithm Complexities

CriterionBreadth FirstDepth FirstBidirectionalUniform CostIterative Deepening
Time Complexity    bdb^dbmb^mbd/2b^{d/2}bdb^dbdb^d
Space Complexitybdb^dbmb^mbd/2b^{d/2}bdb^dbdb^d
OptimalityYesNoYesYesYes
CompletenessYesNoYesYesYes

Informed (Heuristic) Search Strategies

Heuristic strategies use problem-specific knowledge to enhance search efficiency, making them ideal for complex problems with vast states.

  1. Heuristic Evaluation Functions

    • Assess the cost of the optimal path between two states. For instance, in sliding tile puzzles, this may involve counting moves from the current to the goal state.
  2. Pure Heuristic Search

    • Expands nodes based on heuristic values, using open and closed lists to manage expanded and unexplored nodes.
  3. A Search*

    • Expands nodes that minimize f(n)=g(n)+h(n)f(n) = g(n) + h(n), where:
      • g(n)g(n) is the cost to reach the node.
      • h(n)h(n) estimates the remaining cost to reach the goal.
    • Implemented with a priority queue, it is optimal for certain types of problems.
  4. Greedy Best-First Search

    • Expands the node estimated to be closest to the goal based on h(n)h(n) alone. It’s fast but not guaranteed to be optimal.
  5. Local Search Algorithms

    • Begin with a potential solution and iteratively move to neighboring solutions. They can stop anytime and still produce a solution.

Local Search Strategies

  1. Hill-Climbing Search

    • Starts with an arbitrary solution, making incremental changes to improve the outcome. If no improvement is possible, it stops.
    • Disadvantage: Risk of getting stuck in local optima.
  2. Local Beam Search

    • Maintains a set of kk states, selecting the best successors in each iteration.
    • Advantage: Avoids local optima by keeping multiple possible paths.
  3. Simulated Annealing

    • Modeled after the annealing process in metallurgy, this technique begins with high "temperature" to allow exploration, then cools to reduce randomness.
    • Advantage: Can escape local optima.
  4. Traveling Salesman Problem (TSP)

    • The goal is to find the shortest route that visits every city once and returns to the starting point.
    • Evaluates all possible solutions, comparing the total cost to identify the shortest route.

Conclusion

AI search algorithms vary in approach, balancing exploration depth, memory use, and problem complexity. Understanding these techniques offers insight into solving diverse challenges, from games and puzzles to logistical and operational planning in the real world.

Nhận xét

Bài đăng phổ biến từ blog này

Hiểu Đúng Chính Sách Thuế Quan Mới của Mỹ, Phân Tích Ảnh Hưởng và Giải Pháp Khi Mỹ Áp Thuế 46% với Hàng Hóa Việt Nam

  1. Tóm Tắt Điều Hành Tổng thống Mỹ Donald Trump đã công bố mức thuế suất 46% đối với 90% tổng số hàng hóa nhập khẩu từ Việt Nam. Động thái này diễn ra trong bối cảnh quan hệ thương mại đáng kể giữa Mỹ và Việt Nam, với thâm hụt thương mại lớn nghiêng về phía Việt Nam. Chính sách thuế quan mới dự kiến sẽ gây ra những tác động tiêu cực đáng kể đến các ngành xuất khẩu chủ lực của Việt Nam như dệt may, da giày, đồ gỗ và điện tử. Hậu quả tiềm ẩn đối với nền kinh tế Việt Nam bao gồm giảm tăng trưởng GDP và mất việc làm. Người tiêu dùng Mỹ cũng có thể phải đối mặt với giá cả hàng hóa tăng cao đối với các sản phẩm bị ảnh hưởng. Báo cáo này phân tích chi tiết chính sách thuế quan mới, đánh giá tác động đa chiều của nó và đề xuất các giải pháp chiến lược cho cả Chính phủ Việt Nam và các doanh nghiệp Việt Nam để giảm thiểu những hậu quả tiêu cực. Báo cáo kết luận bằng một cái nhìn về phía trước, xem xét những thách thức và khả năng thích ứng trong bối cảnh thương mại đang thay đổi. ...

Phân tích chi tiết thương vụ Vingroup bán cổ phần VinBrain và VinAI cho Nvidia

  1. Bối cảnh và nền tảng hợp tác VinBrain và VinAI : VinBrain : Tập trung vào phát triển các giải pháp chăm sóc sức khỏe sử dụng công nghệ AI, đặc biệt trong mảng chẩn đoán hình ảnh và phân tích dữ liệu y tế. VinAI : Bắt đầu như một viện nghiên cứu chuyên sâu về AI, sau đó được tái cơ cấu thành công ty con vào năm 2021. VinAI hướng tới việc phát triển các công nghệ AI tiên tiến như học sâu (Deep Learning) và các ứng dụng liên quan đến xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP) và thị giác máy tính (Computer Vision). Quan hệ hợp tác với Nvidia : Nvidia Inception : Một chương trình hỗ trợ khởi nghiệp AI toàn cầu, cung cấp các nguồn lực về công nghệ, tư vấn, và tiếp cận mạng lưới đối tác cho các startup AI. VinBrain được Nvidia hỗ trợ từ năm 2023 trong khuôn khổ này, mở ra cơ hội lớn cho sự phát triển nhanh chóng của doanh nghiệp. 2. Chi tiết thương vụ Cổ phần nắm giữ (Tính đến giữa năm 2024): Vingroup nắm 49,74% cổ phần tại VinBrain và 65% tại VinAI . Điều này cho thấy VinAI có tính chiến lược...

Cuộc đời vốn như một tách trà, qua đường giữa trời và đất, hết thảy đều hãy tùy duyên

Mỗi người chúng ta chẳng qua chỉ là khách qua đường trên thế gian này, mọi chuyện cứ hãy tùy duyên. Đời người chính là một ‘trường tu hành’ Có những người, giống như hoa sen vậy, chỉ có thể ngắm nhìn từ xa. Có những người, giống như tách trà, có thể từ từ nhâm nhi thưởng thức. Có những người, giống như cơn gió thoảng, vậy nên không cần phải để tâm. Có những người, giống như cây cổ thụ, để ta yên tâm dựa vào. Đời người chính là một cuộc tu hành, khi trái tim dịu lại rồi, cảm thấy hết thảy đều bình yên. Tâm thanh tịnh rồi, cuộc sống cũng theo đó mà trở nên tốt đẹp. Trong tâm vui vẻ rồi, hạnh phúc cũng theo đó mà đến. Con người, chỉ là khách qua đường giữa trời đất, hết thảy đều hãy tùy duyên. Đời người, chẳng qua chỉ như một ly trà Đầy cũng vậy, vơi cũng vậy, có gì phải tranh luận. Nồng cũng vậy, nhạt cũng vậy, mỗi cái đều tự có hương vị riêng. Vội vàng cũng vậy, chậm rãi cũng vậy, thế thì đã làm sao. Ấm cũng tốt, mà lạnh cũng tốt, ta hãy nhìn nhau với một nụ cười. Đời người, bởi quá để ...

Unlock the Future of AI: 9 Must-Take FREE NVIDIA Courses in 2025! 🚀

Are you ready to dive into the world of Artificial Intelligence? NVIDIA just made it easier than ever with FREE AI courses to kickstart your journey or supercharge your expertise. No payment required. No strings attached. Just pure learning from the pioneers of AI. 🙌 Here’s your ultimate guide to the 9 hottest NVIDIA courses of 2025 that you simply can’t miss: 1. Generative AI Explained Discover the magic behind AI that generates music, images, and videos. Learn how to: Define Generative AI and understand how it works Explore real-world applications Navigate its challenges and opportunities 👉 Enroll now 2. AI for All: From Basics to GenAI Practice Whether you're new to AI or diving into Generative AI (GenAI), this course is your starting point! Explore AI's impact on industries like healthcare and robotics Master the basics of machine learning and GenAI Learn how GenAI creates music, art, and videos 👉 Start learning here 3. Getting Started with AI on Jetson Nano Get hands-...

Giới thiệu chi tiết về Azure AI Foundry

Azure AI Foundry là một nền tảng để phát triển AI trên Microsoft Azure. Mặc dù bạn  có thể  cung cấp các tài nguyên dịch vụ Azure AI riêng lẻ và xây dựng các ứng dụng sử dụng chúng mà không cần nó, nhưng khả năng tổ chức dự án, quản lý tài nguyên và phát triển AI của Azure AI Foundry khiến nó trở thành cách được đề xuất để xây dựng tất cả trừ các giải pháp đơn giản nhất. Azure AI Foundry cung cấp  cổng thông tin Azure AI Foundry , một giao diện trực quan dựa trên web để làm việc với các dự án AI. Nó cũng cung cấp  SDK Azure AI Foundry  mà bạn có thể sử dụng để xây dựng các giải pháp AI theo chương trình. Trung tâm và dự án Trong Azure AI Foundry, bạn quản lý tài nguyên, tài sản, mã và các yếu tố khác của giải pháp AI trong các trung tâm và dự án.  Hub  cung cấp một vùng chứa cấp cao nhất để quản lý tài nguyên, dữ liệu, kết nối và cấu hình bảo mật được chia sẻ để phát triển ứng dụng AI. Một trung tâm có thể hỗ trợ nhiều  dự án , trong đó các ...

Một số dịch vụ Azure AI thường được sử dụng

Microsoft Azure cung cấp một loạt các dịch vụ đám mây mà bạn có thể sử dụng để phát triển, triển khai và quản lý giải pháp AI. Điểm khởi đầu rõ ràng nhất để xem xét phát triển AI trên Azure là các dịch vụ Azure AI; một tập hợp các mô hình và API dựng sẵn mà bạn có thể tích hợp vào ứng dụng của mình. Bảng sau liệt kê một số dịch vụ Azure AI thường được sử dụng (để biết danh sách đầy đủ tất cả các dịch vụ Azure AI có sẵn, hãy xem Dịch  vụ Azure AI có sẵn ). Dịch vụ Miêu tả Azure OpenAI Dịch vụ Azure OpenAI cung cấp quyền truy cập vào các mô hình AI tổng quát OpenAI bao gồm dòng GPT gồm các mô hình ngôn ngữ lớn và nhỏ và mô hình tạo hình ảnh DALL-E trong dịch vụ đám mây có thể mở rộng và bảo mật trên Azure. Tầm nhìn Azure AI Dịch vụ Azure AI Vision cung cấp một tập hợp các mô hình và API mà bạn có thể sử dụng để triển khai chức năng thị giác máy tính phổ biến trong một ứng dụng. Với dịch vụ AI V...

Giới thiệu lộ trình học và thi Chứng chỉ Microsoft Certified: Azure AI Engineer Associate (AI-102)

Tổng quan chứng chỉ AI-102 Chứng chỉ Microsoft Certified: Azure AI Engineer Associate (AI-102) dành cho các kỹ sư AI, tập trung vào việc thiết kế và triển khai các giải pháp AI sử dụng Azure AI. Mục tiêu chính là cung cấp kiến thức và kỹ năng để xây dựng, quản lý, triển khai các giải pháp AI trên nền tảng Azure. Vai trò và kỹ năng: Vai trò: Kỹ sư AI Azure, làm việc với các giải pháp trí tuệ nhân tạo, bao gồm nhận diện hình ảnh, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, khai thác tri thức và AI tạo sinh. Kỹ năng cần thiết: Lập kế hoạch và quản lý giải pháp AI. Triển khai các ứng dụng AI bằng Python, C#. Sử dụng API REST và SDK Azure. Áp dụng nguyên tắc AI có trách nhiệm. Lộ trình học tập và chuẩn bị 1. Bắt đầu học Azure AI cơ bản: Khóa học: Get started with Azure AI Services (5 giờ 5 phút) . Nội dung: Làm quen với các dịch vụ cơ bản trên Azure AI như Azure Cognitive Services. 2. Tạo giải pháp xử lý hình ảnh với Azure AI Vision: Khóa học: Create computer vision solutions with Azure AI Vision (5 giờ ...

Lập kế hoạch và chuẩn bị phát triển các giải pháp AI trên Azure

Sự phát triển trong việc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) nói chung và AI tổng quát nói riêng có nghĩa là các nhà phát triển ngày càng được yêu cầu tạo ra các giải pháp AI toàn diện. Các giải pháp này cần kết hợp các mô hình học máy, dịch vụ AI, giải pháp kỹ thuật nhanh chóng và mã tùy chỉnh. Microsoft Azure cung cấp nhiều dịch vụ mà bạn có thể sử dụng để tạo các giải pháp AI. Tuy nhiên, trước khi bắt tay vào dự án phát triển ứng dụng AI, sẽ rất hữu ích khi xem xét các tùy chọn có sẵn cho các dịch vụ, công cụ và khuôn khổ cũng như một số nguyên tắc và thực tiễn có thể giúp bạn thành công. Mô-đun này khám phá một số cân nhắc chính để lập kế hoạch dự án phát triển AI và giới thiệu Azure AI Foundry; một nền tảng toàn diện để phát triển AI trên Microsoft Azure. AI là gì? Thuật ngữ "Trí tuệ nhân tạo" (AI) bao gồm một loạt các khả năng phần mềm cho phép các ứng dụng thể hiện hành vi giống con người. AI đã xuất hiện trong nhiều năm và định nghĩa của nó đã thay đổi khi công nghệ và các ...

Giải Mã Tương Lai: "Quên Đi Để Nhớ Lại" Trong Kỷ Nguyên Trí Tuệ Nhân Tạo

Trong kỷ nguyên mà trí tuệ nhân tạo (AI) đang phát triển với tốc độ chóng mặt, len lỏi vào mọi ngóc ngách của cuộc sống và công việc, chúng ta đang đứng trước một ngã rẽ quan trọng. Để không bị bỏ lại phía sau, để tận dụng tối đa những cơ hội mà AI mang lại, mỗi cá nhân cần trang bị cho mình một tư duy mới, một bộ kỹ năng linh hoạt. Đó chính là khả năng unlearn (quên đi những điều đã cũ) và relearn (học lại những điều mới). Sức Mạnh Của "Quên Đi": Giải Phóng Bản Thân Khỏi Lối Mòn "Unlearn" không có nghĩa là xóa bỏ hoàn toàn kiến thức đã có. Thay vào đó, nó là quá trình chủ động loại bỏ những thông tin, thói quen, và lối tư duy không còn phù hợp với bối cảnh hiện tại, đặc biệt là trong kỷ nguyên AI. Hãy nhìn vào thực tế. Nhiều công việc mang tính chất lặp đi lặp lại, dựa trên những quy trình cố định, đang dần được tự động hóa bởi AI. Những kỹ năng thuần túy về ghi nhớ và thực hiện theo khuôn mẫu đang mất dần giá trị. Nếu chúng ta cứ khư khư giữ lấy những cách làm v...