關(guān)卡前的選擇

陳凱

源起

迷思，是一個很有意思的詞語，它的意義，遠不止于字面上的“迷惑的思考”，據(jù)說它來源于希臘語單詞Μ?θο?（mythos），是英語單詞Myth的音譯，大致是指與現(xiàn)實事物有所對應(yīng)，能帶給人思索，但卻未必有答案的神話、傳說和虛構(gòu)的故事。列維-斯特勞斯認(rèn)為，人們遇到?jīng)]有辦法完全解決的矛盾時，就會編造出一些故事來作為“迷思”。似乎有這樣一種感覺，創(chuàng)造這些迷思，其意圖不是為那些矛盾找出解決方案，而是為了找出讓矛盾繼續(xù)存在的恰當(dāng)?shù)睦碛伞?/p>

筆者也創(chuàng)造了一個虛構(gòu)的故事，故事中的主角是一位探索謎之路徑的學(xué)徒，他在自己的行程中，遇見一處難以通行的關(guān)卡，為了打開關(guān)卡大門，需要解答一個謎題。但請注意，到現(xiàn)在為止，無論是謎題還是故事本身，它們暫時還不是“迷思”。

謎題是這樣的：在關(guān)卡的門前擺放著五個大小不一的箱子，必須將它們從小到大擺放整齊，門才會被打開。然而，這不是一個簡單的排序問題，因為學(xué)徒可做的動作是被嚴(yán)格限定的，他要么可以執(zhí)行L動作，即交換身邊的兩個箱子，然后，再和左面的箱子換位，要么執(zhí)行R動作，將自己右側(cè)的箱子扔到箱子隊列的最右面，然后再和自己右側(cè)的箱子（可能已經(jīng)不是剛才在身邊的箱子了）換位。兩種動作由圖形展示出來，能更容易清楚其中的要求：初始時的狀態(tài)，如圖1所示;執(zhí)行動作L后，如圖2所示;執(zhí)行動作R后，如圖3所示;需要到達的最后目標(biāo)可能是如圖4所示的樣子。

最后的結(jié)果，只要箱子是從小到大排列就可以了，箱子按要求排列好后，至于學(xué)徒可能會在哪個位置，可以沒有關(guān)系。當(dāng)然，也可以特別規(guī)定學(xué)徒所在的位置，這會使得挑戰(zhàn)更具難度。大概是因為智商不夠，筆者自己在玩這個游戲的時候，沒過多久就被攪得七葷八素，對這個明明就是自己想出來的題目嘆氣。顯然，這就是人工智能應(yīng)該登場的時候了。

解答

在早期的人工智能研究中，比較容易的突破點，就是各種與邏輯推理有關(guān)的智力游戲。針對上述任務(wù)，可以將各個箱子分別編碼為數(shù)字1、2、3、4、5，將人編碼為數(shù)字-1，然后存入列表。無論是L動作還是R動作，都可以很容易地用列表操作來完成。由于每次動作非L即R，所以只要在執(zhí)行L或R動作之后，記錄下箱子和人位置的狀態(tài)，然后再以此狀態(tài)為基礎(chǔ)，繼續(xù)執(zhí)行L或R狀態(tài)，可以看出，每個狀態(tài)通往新的狀態(tài)時，都面臨著一個有著兩條路徑的分叉。當(dāng)某個狀態(tài)的箱子的擺放符合要求時，則可宣告解鎖完成。比起純粹隨機亂走，借助二叉樹來對左右兩個動作逐項展開比對，就不會遺漏最快的解答方法。

但要讓計算機完成任務(wù)，需要涉及不同的技能，以Python解答這個搬箱解鎖的謎題的過程為例，在數(shù)據(jù)匹配環(huán)節(jié)中需要用到二叉樹，而為了使用二叉樹，就不得不涉及更多不同的知識技能，它們之間的關(guān)系大致如圖5所示。

這張圖大致展現(xiàn)出：如果要借助二叉樹來解決搬箱解鎖的謎題，那么還需要很多其他知識技能的支撐，將這些支撐關(guān)系用概念圖繪制出來，可能呈現(xiàn)出樹狀結(jié)構(gòu)，甚至更復(fù)雜一些，呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，任何一個節(jié)點的缺失，都會使得任務(wù)無法達成。下面，分別對搬箱解鎖謎題解答過程中的幾段重要的Python代碼進行說明。

1.二叉樹的建立和使用

建立二叉樹的用途，是為了不遺漏所有的動作路徑，如圖6所示。

建立二叉樹的代碼如下頁圖7所示。

代碼中使用到了“anytree”庫，利用這個已封裝好的樹結(jié)構(gòu)對象，可以輕松地建立起二叉樹（也可以從底層開始自行建立二叉樹對象），由于事先不可能知道二叉樹究竟可能有多深，所以無法預(yù)先給樹的每個節(jié)點命名，這里就用到了動態(tài)命名的方法：

names['x%s' % int（（i-1）/2）].name.copy（）

這句語句不僅實現(xiàn)了動態(tài)的樹節(jié)點命名，同時還通過取整函數(shù)，將左右兩個子節(jié)點指定給上一層的某一個父節(jié)點。

2.執(zhí)行L動作和R動作

代碼中的doleft函數(shù)，作用就是執(zhí)行L動作，其中涉及的都是列表操作，另外doright函數(shù)執(zhí)行的是R動作，同樣是列表操作，如下頁圖8所示。

3.執(zhí)行檢驗動作

檢驗函數(shù)的代碼很簡單，就是將“人”從列表中去除，然后看剩下的箱子排列是不是“12345”即可，如下頁圖9所示。

程序運行后很快就可以獲得解謎的答案，如下頁圖10所示。

同時，程序還將二叉樹列出，限于篇幅，這里只列出樹的一部分，如下頁圖11所示。

程序代碼有四十多行，并且還完全沒有考慮解題時效率上可做的優(yōu)化，與許多迷題解答類的程序相比，已經(jīng)算是足夠簡單了。本文中要討論的問題，不限于程序代碼及謎題解答本身。

迷思

假設(shè)學(xué)徒A和B受困于關(guān)卡之前，他們發(fā)現(xiàn)自己的解謎能力有限，這時，解謎大師X和Y出現(xiàn)了。

學(xué)徒A遇見了大師X，大師X告訴A，有許多解謎大師曾經(jīng)針對不同的謎語，制造過不同的解謎法寶，自己身邊恰巧就帶著一個這樣的法寶，他稱之為搬箱解鎖函數(shù)，只要學(xué)習(xí)了函數(shù)的使用方法，便能成功解鎖，雖然稍微有些麻煩，但學(xué)徒A還是很快掌握了法寶的使用方法，他解鎖成功后，通過了關(guān)卡。

學(xué)徒B遇見了大師Y，大師Y的口袋里當(dāng)然有著各種法寶，包括那個叫做搬箱解鎖函數(shù)的法寶，但它卻要求學(xué)徒自己動手，親手把那個法寶給鍛造出來。當(dāng)然，這很花費時間，因為鍛造法寶的工具并不齊備，學(xué)徒需要探索通向當(dāng)前大道的多條小路，去尋找到所有制造法寶的工具。問題是，工具的擁有者可能宣稱，某個工具的制作過程本身也是一個謎題——可憐的學(xué)徒于是又要去試著解開新的謎語。

學(xué)徒A和學(xué)徒B，哪一個是幸運的？正如前文所說，迷思本身沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，或許即將出場的學(xué)生C才是最幸運的，因為他先后遇見了大師X和大師Y，也許他還遇見了大師Z，這位大師甚至沒有急著讓學(xué)徒自己打造神奇法寶，卻先是篤定地聊起那些謎題創(chuàng)造大師們的奇怪想法的來龍去脈，他又花了不少時間，講述那些工具鍛造師傅的手藝是怎樣練成的。

但若是存在以下兩個條件，學(xué)徒C的幸運就變成了困惑：第一，假設(shè)解開謎題通過關(guān)卡這件事本身，并不是學(xué)徒的最終任務(wù)，這一次通關(guān)僅僅是一種訓(xùn)練，他的真正目標(biāo)，是將來能夠自主通過各種有著奇怪謎題的關(guān)卡;第二，他和導(dǎo)師相處的時間是受到限制的。那么，這三位導(dǎo)師應(yīng)該怎樣安排好和學(xué)徒C的每一次見面呢？

筆者創(chuàng)作這個迷思，其實就是為了映射當(dāng)前基礎(chǔ)教育階段中人工智能教學(xué)的困難：面對某個具體的人工智能問題，如果是直接給予學(xué)習(xí)者一個封裝好的函數(shù)，那么學(xué)習(xí)者是無法體會到人工智能的具體實現(xiàn)過程的;但若是要講述清楚達成某個人工智能任務(wù)的各種細節(jié)，卻又受到學(xué)習(xí)者當(dāng)前知識技能水平和教學(xué)時間的限制。

既然給出了迷思，筆者自己也努力嘗試著給出一種回答：大師X展現(xiàn)出了神奇法寶，他謎一般地通過關(guān)卡后消失了，比起關(guān)卡自身的謎題，大師X神奇法寶的由來和制造方法，則已經(jīng)成了更加需要解答的謎題。大師X的行為無疑引來大師Z的一番引經(jīng)據(jù)典的評述，對于大師Z云里霧里一樣的高深言論，學(xué)徒并不能一下子聽明白，這時候大師Y出場了，他找來了用以制造法寶的零件和工具，然后，他帶領(lǐng)著學(xué)徒，一起經(jīng)歷了用這些零件和工具鍛造出神奇法寶過程中重要的一步或者幾步，有了實際的經(jīng)驗，大師Z的言語或許就不那么難懂了。

雖然大師們的時間很有限，但他們不會忘記還存在著許多缺失的工具和零件，他們畫出了一幅用以進一步探索的解謎地圖。最后，他們還會囑咐道：其實，還有許多道路沒有被開拓出來，畢竟，路是人走出來的。