我們生活在一個速變的、快節(jié)奏的時代。每個人至少有一臺電子設(shè)備，如智能手機(jī)、筆記本電腦等，這些設(shè)備是每個人生活中必不可少的。每個人都耐心有限，希望無需做大量復(fù)雜的調(diào)查就快速得到結(jié)果（如谷歌）。學(xué)生在上課時毫無顧忌地打開這些設(shè)備，老師也不知道他們是在發(fā)短信、玩社交網(wǎng)絡(luò)還是在解決手頭問題，注意力總是難以集中。我們總是被一些不太重要的小事情分散注意力。最后，當(dāng)我們要完成日常任務(wù)時才發(fā)現(xiàn)我們的生活似乎是由一些瑣碎的、不連續(xù)的小片段構(gòu)成的。一個人一直在桌旁不受打擾地靜坐幾個小時的想法在我們當(dāng)前的社會顯得有些另類。毅力、嘗試、調(diào)查、求知，甚至連最簡單的思考正在漸漸成為過去。顯然，我們不會從這個技術(shù)時代回頭，也不會擺脫對這種技術(shù)的依賴。然而孩子成績下降的消息一遍又一遍地在我們耳邊響起。

衡量智力的一個角度是解決問題的能力，另一個角度是一個個體或群體如何在逆境中生存。因此我們自然會想到，如果有人“關(guān)掉電源”，我們的社會和孩子將會怎樣？

此時有一本解決不一般的、偶爾難以解決的問題的書就顯得很有必要，因?yàn)樗�能滿足一些相關(guān)讀者的需求。這本書將學(xué)生經(jīng)常在計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和人工智能課程上遇到的有趣的、有挑戰(zhàn)性的問題匯集到了一起。這些問題并不是新問題，但是來自不同背景的學(xué)生都可以從解決這些問題的推導(dǎo)思想中受益。這本書的另一部分讀者是要尋找這些問題解決方案的計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)或人工智能課程的教師。本書不僅提供了解決方案，還探究了計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能中解決這些問題的各種思想、方法和應(yīng)用。此外，對解決方案能否經(jīng)得起人類檢驗(yàn)的思考（即“人類窗口”的概念）可以加深對問題及問題解決方案應(yīng)該如何提出的理解。這本書對于那些希望提高自己問題解決能力的人來說也很有幫助。毫無疑問，今天的年輕人很快就會發(fā)現(xiàn)他們?nèi)狈�這些基本技能，而這本書在他們練習(xí)和提高問題解決能力的時候隨時可以提供幫助資源，并且有助于他們形成并保持終身學(xué)習(xí)的能力。

本書的另一個特色是它對那些已證明人類難以解決并需要計(jì)算機(jī)輔助解決的問題進(jìn)行了描述、分析，并提供了解決方案：第13章講解數(shù)獨(dú)問題，第14章講解圖畫著色和色塊數(shù)問題，第15章講解密碼學(xué)問題，第16章講解圖的隨機(jī)游動與蒙特卡羅方法。

必須強(qiáng)調(diào)的是，這本書并不是關(guān)于快速解決問題的。技術(shù)性問題的解決，無論是學(xué)習(xí)下棋、成為一名合格的小提琴手，還是讀這本書，都是需要時間的。所以準(zhǔn)備好享受、學(xué)習(xí)、獲益和成長吧！

Danny Kopee

Merrick,NY

2016年6月

前言

第1章 簡介 1
1.1 本書目的 1
1.2 背景和以前的工作 2
1.3 本書貢獻(xiàn) 3
1.4 參考文獻(xiàn) 3
PART I 傳統(tǒng)人工智能問題 5
第2章 解決問題 6
2.1 波利亞用于解決問題的五步法 6
2.2 問題解決技術(shù) 9
2.2.1 啟發(fā)法/啟發(fā)式 13
2.2.2 解決問題的其他啟發(fā)式 15
2.3 人類窗口 15
2.4 人類窗口標(biāo)準(zhǔn)和方案分類 17
2.5 分類 19
2.6 參考文獻(xiàn) 19
第3章 傳教士和野人問題 21
3.1 背景 21
3.2 選擇恰當(dāng)?shù)膯栴}表示 22
3.3 解決方案 24
3.4 人類問題解決 27
3.5 人類窗口分析解決方案 30
3.5.1 最佳人類窗口匹配
解決方案 31
3.5.2 最差人類窗口匹配
解決方案 33
3.6 最佳機(jī)器解決方案 34
3.7 相關(guān)問題 34
3.8 可體驗(yàn)程序 35
3.9 參考文獻(xiàn) 35
第4章 12硬幣問題 37
4.1 背景 37
4.2 解決一個較簡單的問題 38
4.3 解決方案 41
4.4 人類問題解決 45
4.5 人類窗口分析解決方案 46
4.5.1 最佳人類窗口匹配解決方案 47
4.5.2 最差人類窗口匹配解決方案 48
4.6 最佳機(jī)器解決方案 50
4.7 可體驗(yàn)程序 50
4.8 參考文獻(xiàn) 51
第5章 密碼算術(shù)問題 52
5.1 背景 52
5.2 問題解決技術(shù) 52
5.3 解決方案 53
5.4 人類問題解決 62
5.5 人類窗口分析解決方案 62
5.5.1 最佳人類窗口匹配解決方案 64
5.5.2 最差人類窗口匹配解決方案 64
5.6 最佳機(jī)器解決方案 65
5.7 相關(guān)問題 66
5.8 可體驗(yàn)程序 67
5.9 參考文獻(xiàn) 67
第6章 紅驢拼圖問題 69
6.1 背景 69
6.2 解決方案 70
6.3 人類問題解決 73
6.4 人類窗口分析解決方案 74
6.4.1 最佳人類窗口匹配解決方案 75
6.4.2 最差人類窗口匹配解決方案 77
6.5 最佳機(jī)器解決方案 78
6.6 相關(guān)問題 79
6.7 可體驗(yàn)程序 79
6.8 參考文獻(xiàn) 79
第7章 15拼圖問題 81
7.1 背景 81
7.2 問題解決技術(shù) 82
7.3 解決方案 82
7.3.1 求解第一行 82
7.3.2 角技術(shù) 85
7.3.3 求解第二行 87
7.3.4 求解第三行 87
7.3.5 求解第四行 89
7.4 人類窗口分析解決方案 90
7.4.1 最佳人類窗口匹配解決方案 91
7.4.2 最差人類窗口匹配解決方案 92
7.5 最佳機(jī)器解決方案 93
7.6 相關(guān)問題 94
7.7 可體驗(yàn)程序 94
7.8 參考文獻(xiàn) 94
第8章 騎士旅行問題 96
8.1 背景 96
8.2 問題解決技術(shù) 97
8.3 解決方案 97
8.4 人類問題解決 103
8.5 人類窗口分析解決方案 103
8.5.1 最佳人類窗口匹配解決方案 105
8.5.2 最差人類窗口匹配解決方案 105
8.6 最佳機(jī)器解決方案 107
8.7 相關(guān)問題 107
8.8 可體驗(yàn)程序 108
8.9 參考文獻(xiàn) 108
第9章 神機(jī)妙算問題 109
9.1 背景 109
9.2 問題解決技術(shù) 110
9.3 解決方案 110
9.3.1 例1 111
9.3.2 例2 112
9.3.3 例3 114
9.3.4 例4 116
9.4 人類問題解決 117
9.5 人類窗口分析解決方案 117
9.6 最佳機(jī)器解決方案 118
9.7 相關(guān)問題 118
9.8 可體驗(yàn)程序 119
9.9 參考文獻(xiàn) 119
第10章 蒙提霍爾問題 120
10.1 背景 120
10.2 問題解決技術(shù) 121
10.3 解決方案 122
10.4 人類問題解決 122
10.5 相關(guān)問題 122
10.6 參考文獻(xiàn) 123
第11章 魔方問題 124
11.1 背景 124
11.2 問題解決技術(shù) 125
11.3 解決方案 125
11.3.1 魔方組件 126
11.3.2 子目標(biāo)1：頂部十字 129
11.3.3 子目標(biāo)2：頂面角 130
11.3.4 子目標(biāo)3：中間層 132
11.3.5 子目標(biāo)4：新頂部十字 133
11.3.6 子目標(biāo)5：新頂部角 135
11.3.7 子目標(biāo)6：正確角塊定位 136
11.3.8 子目標(biāo)7：頂部邊 137
11.4 人類問題解決 138
11.5 人類窗口分析解決方案 139
11.5.1 最佳人類窗口匹配解決方案 140
11.5.2 最差人類窗口匹配解決方案 141
11.6 最佳機(jī)器解決方案 143
11.7 可體驗(yàn)程序 144
11.8 參考文獻(xiàn) 144
第12章 囚徒困境問題 146
12.1 傳統(tǒng)問題 146
12.2 重復(fù)的囚徒困境 148
12.3 在不同領(lǐng)域的應(yīng)用 148
12.4 相關(guān)問題 150
12.5 參考文獻(xiàn) 150
PART II 需要計(jì)算機(jī)求解的問題 151
第13章 數(shù)獨(dú) 152
13.1 背景 152
13.2 數(shù)學(xué)分析 153
13.3 問題解決技術(shù)和策略 157
13.4 真實(shí)生活實(shí)驗(yàn) 160
13.5 計(jì)算機(jī)解決方案算法 163
13.6 人類窗口分析解決方案 164
13.6.1 最佳人類窗口匹配解決方案 165
13.6.2 最差人類窗口匹配解決方案 170
13.7 在線可體驗(yàn)程序 171
13.8 參考文獻(xiàn) 171
第14章 圖畫著色和色塊數(shù) 173
14.1 背景 173
14.2 說明定理 174
14.3 早期嘗試證明 176
14.4 事件導(dǎo)致的四色問題的定義和
解決方案概述 177
14.5 樣本代碼的證明 179
14.6 參考文獻(xiàn) 180
第15章 密碼學(xué) 181
15.1 背景 181
15.2 對稱加密 182
15.3 公鑰加密 184
15.4 RSA加密 185
15.5 關(guān)于RSA加密系統(tǒng)的問題 186
15.5.1 RSA實(shí)現(xiàn)實(shí)例 187
15.5.2 RSA的安全性和攻擊 187
15.6 參考文獻(xiàn) 188
第16章 圖的隨機(jī)游動與蒙特卡羅方法 190
16.1 簡介 190
16.2 推理應(yīng)用程序 192
16.3 在圖上的隨機(jī)游動 193
16.4 馬爾可夫鏈和蒙特卡羅方法 194
16.5 參考文獻(xiàn) 195
PART III 各種各樣的小問題及導(dǎo)出理論 197
第17章 各種各樣的問題 198
17.1 暗處的紙牌/硬幣 198
17.1.1 暗處的紙牌 198
17.1.2 硬幣版的問題 200
17.1.3 參考文獻(xiàn) 200
17.2 十大海盜和他們的黃金 200
17.3 霍爾姆斯握手問題 203
17.4 隨機(jī)的航空座位問題 208
17.5 生日問題 210
17.6 新的人工智能技術(shù) 211
17.6.1 深層學(xué)習(xí) 211
17.6.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 212
17.6.3 深度信念網(wǎng)絡(luò) 213
17.6.4 參考文獻(xiàn) 214
第18章 結(jié)論：導(dǎo)出解決問題的理論 217
18.1 人類窗口研究 217
18.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 217
18.2.1 傳教士和野人問題 218
18.2.2 12硬幣問題 219
18.2.3 密碼算術(shù)問題 219
18.2.4 紅驢拼圖問題 220
18.2.5 15拼圖問題 220
18.2.6 騎士旅行問題 220
18.2.7 神機(jī)妙算問題 220
18.2.8 蒙提霍爾問題 221
18.2.9 魔方問題 221
18.2.10 囚徒困境問題 221
18.2.11 各種各樣的問題 221
18.3 回顧、結(jié)論和未來的工作 221
18.4 參考文獻(xiàn) 222
18.5 復(fù)合性網(wǎng)站的問題 224

1. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
2. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
3. 人工智能基礎(chǔ) [主編 余平 張春陽]
4. 人工智能導(dǎo)論 [主編 王飛 潘立武]
5. 人工智能算法與實(shí)踐 [主編　梁琨　張翼英]
6. 人工智能概論（第二版） [張廣淵　周風(fēng)余　朱振方　著]
7. 多智能體系統(tǒng)建模、仿真及應(yīng)用 [趙春曉　魏楚元　著]
8. 人工智能導(dǎo)論 [主編　張翼英　張茜　張傳雷]
9. 人工智能概論 [主編　任云暉　丁紅　徐迎春]
10. 人工智能概論 [張廣淵 周風(fēng)余 著]
11. 人工智能改變世界：走向社會的機(jī)器人 [劉進(jìn)長　雷瑾亮　著]