tiểu luận các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO THU HOẠCH PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC CÁC THỦ THUẬT (NGUYÊN TẮC) SÁNG TẠO ĐƯỢC ÁP DỤNG VÀO BÀI TOÁN KHÁM PHÁ DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CỘNG TÁC Giảng viên: GS.TSKH. HOÀNG KIẾM Lớp : CAO HỌC – HTTT - K22 Học Viên: NGÔ THÙY HƯƠNG – 12 12 016 TP. Hồ Chí Minh, 25 tháng 11 năm 2012 NgôThù yHương– 12 12 016 2 L ỜI CẢM ƠN Sau quá trình tìm hiểu và thực hiện, bài thu hoạch “Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác” (được viết dựa trên khóa luận tốt nghiệp đại học của em) trên cơ bản đã hoàn thành. Để đạt được kết quả như hôm nay em đã cố gắng rất nhiều và cũng được sự giúp đỡ, sự ủng hộ của gia đình, các thầy cô và bạn bè. Trước hết, chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TpHCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện tốt bài thu hoạch này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Trần Minh Thư đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Con xin chân thành cảm ơn Ông Bà, Cha Mẹ đã chăm sóc, nuôi dạy chúng con thành người. Xin chân thành cám ơn thầy GS.TSKH Hoàng Kiếm đã tận tình giảng dạy và truyền lửa giúp em và các bạn trong lớp có thêm niềm đam mê và động lực để tiếp tục nghiên cứu khoa học. Em xin cảm ơn các các thầy cô, các anh chị và các bạn đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên em trong thời gian học tập và nghiên cứu. Bài thu hoạch đã hoàn thành với một số kết quả nhất định, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi sai sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Sinh viên thực hiện Ngô Thùy Hương 12 - 2012 NgôThù yHương– 12 12 016 3 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 7 TỔNG QUAN 8 CHƯƠNG 1: I. Giới thiệu chung 8 1.1. Giới thiệu 8 1.2. Hướng tiếp cận 9 1.3. Nội dung đề tài 9 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO CÁC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 11 CHƯƠNG 2: I. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 11 1.1. Khái niệm 11 1.2. Phân loại 11 1.3. Các tình huống vấn đề 11 1.4. Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học 12 1.5. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế 12 II. 40 NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 14 2.1. Nguyên tắc phân nhỏ 14 2.2. Nguyên tắc “tách khỏi” 14 2.3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ 14 2.4. Nguyên tắc phản đối xứng 15 2.5. Nguyên tắc kết hợp 15 2.6. Nguyên tắc vạn năng 15 2.7. Nguyên tắc “chứa trong” 15 2.8. Nguyên tắc phản trọng lượng 15 2.9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ 15 2.10. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 15 2.11. Nguyên tắc dự phòng 16 2.12. Nguyên tắc đẳng thế 16 NgôThù yHương– 12 12 016 4 2.13. Nguyên tắc đảo ngược 16 2.14. Nguyên tắc cầu (tròn) hoá 16 2.15. Nguyên tắc linh động 16 2.16. Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa” 16 2.17. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác 16 2.18. Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học 17 2.19. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ 17 2.20. Nguyên tắc liên tục tác động có ích 17 2.21. Nguyên tắc “vượt nhanh” 17 2.22. Nguyên tắc biến hại thành lợi 18 2.23. Nguyên tắc quan hệ phản hồi 18 2.24. Nguyên tắc sử dụng trung gian 18 2.25. Nguyên tắc tự phục vụ 18 2.26. Nguyên tắc sao chép (copy) 18 2.27. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” 18 2.28. Thay thế sơ đồ cơ học 19 2.29. Sử dụng các kết cấu khí và lỏng 19 2.30. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng 19 2.31. Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ 19 2.32. Nguyên tắc thay đổi màu sắc 19 2.33. Nguyên tắc đồng nhất 20 2.34. Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần 20 2.35. Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng 20 2.36. Sử dụng chuyển pha 20 2.37. Sử dụng sự nở nhiệt 20 2.38. Sử dụng các chất oxy hoá mạnh 20 2.39. Thay đổi độ trơ 21 2.40. Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite) 21 NgôThù yHương– 12 12 016 5 PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT KHÁM PHÁ DỮ LIỆU & VIỆC ỨNG CHƯƠNG 3: DỤNG CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO KHOA HỌC TRONG ĐÓ 22 I. GIỚI THIỆU 22 1.1. Giới thiệu 22 1.2. Kỹ thuật khám phá dữ liệu trong kiến trúc COCA 22 1.3. Kỹ thuật khám phá dữ liệu trong kiến trúc COOP 24 1.4. Kỹ thuật khám phá dữ liệu trong mô hình cộng tác nhóm theo vùng CC (Cluster Cooperative Caching) 25 1.5. Kỹ thuật khám phá dữ liệu trong cách tiệp cận khác cho cộng tác bộ nhớ PROACTIVE (Proactive Approach Caching) 28 II. PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO KHOA HỌC ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG CÁC KỸ THUẬT KHÁM PHÁ DỮ LIỆU 30 2.1. Nguyên lý phân nhỏ 30 2.2. Nguyên tắc kết hợp 31 2.3. Nguyên tắc vạn năng 31 2.4. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 32 2.5. Nguyên tắc dự phòng 32 2.6. Nguyên tắc linh động 32 2.7. Nguyên tắc biến hại thành lợi 32 ỨNG DỤNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀO CHƯƠNG 4: CÔNG VIỆC NGHIÊN CỨU THỰC TIỄN CỦA BẢN THÂN 33 I. GIỚI THIỆU 33 1.1. Giới thiệu 33 1.2. Kiến trúc MIXGROUP 33 1.3. Nguyên lý tìm kiếm dữ liệu của MIXGROUP 34 II. ÁP DỤNG CÁC NGUYÊN LÝ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 35 2.1. Nguyên lý phân nhỏ 35 2.2. Nguyên lý kết hợp 36 NgôThù yHương– 12 12 016 6 2.3. Nguyên lý linh động 36 2.4. Nguyên lý hoạt động theo chu kỳ 38 2.5. Nguyên lý sử dụng trung gian 39 III. ĐỀ XUẤT VÀ KẾT LUẬN 41 3.1. Đề Xuất 41 3.2. Kết luận 41 NgôThù yHương– 12 12 016 7 LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển lịch sử xã hội loài người gắn liền với quá trình sáng tạo lâu dài và liên tục, từ việc chế tạo ra các công cụ thô sơ cho tới công cụ hiện đại hơn sử dụng nhiệt năng và tới sự phát minh ra điện đã đánh dấu một bước phát triển nhảy vọt trong sáng tạo, các máy tính khổng lồ cho tới các máy tính cá nhân nhỏ gọn lần lượt xuất hiện. Cùng với sự sáng tạo, con người ngày càng đạt được những thành tựu vượt bậc trong khoa học công nghệ làm thay đổi thế giới, thay đổi hoàn toàn cách thức làm việc và suy nghĩ của con người. Tuy nhiên, ngày nay do nhu cầu cải tiến sáng tạo trong công nghệ phục vụ cho cuộc sống ngày càng cao đòi hỏi phải có một môn khoa học chuyên nguyên cứu về phương pháp sáng tạo giúp cho việc sáng tạo được dễ dàng và có cơ sở lý thuyết rõ ràng hơn. Vì thế các phương pháp luận sáng tạo ra đời với mục đích trang bị cho người học hệ thống các phương pháp, các kỹ năng thực hành về suy nghĩ để giải quyết các vấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo, về lâu dài, tiến tới điều khiển được tư duy. Và trong đó 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản được Alshuller G.S tổng hợp lại trở thành những nguyên tắc thủ thuật cơ bản thiết thực nhất. Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TSKH. Hoàng Kiếm đã giảng dạy và hướng dẫn tận tình giúp em có cái nhìn tổng quan hơn trong sáng tạo và tầm quan trọng của sự sáng tạo nhất là trong khoa học nghiên cứu và ứng dụng sáng tạo trong thực tế. Để đúc kết lại kiến thức mà em thu nhận được em xin trình bày bài thu hoạch về: “Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác ”. Bài thu hoạch được phân tích dựa trên khóa luận tốt nghiệp của em [13]. NgôThù yHương– 12 12 016 8 TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: I. Giới thiệu chung 1.1. Giới thiệu Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng không dây, các thiết bị di động hiện đại như laptop, PDA, điện thoại di động, ra đời và mang lại rất nhiều ứng dụng tiện ích cho con người trong việc trao đổi, cập nhật thông tin hiệu quả. Với những thiết bị di động con người có thể trao đổi thông tin ở bất cứ nơi đâu, bất cứ lúc nào mà không cần phụ thuộc vào các kiến trúc cơ sở hạ tầng. Tuy nhiên, việc giao tiếp thông tin giữa các thiết bị trong môi trường mạng di động vẫn còn một số hạn chế như: giới hạn về băng thông, quyền chia sẻ tài nguyên, dung lượng ít, khả năng kết nối yếu, Vì vậy, cần có kỹ thuật quản lý và lưu trữ dữ liệu phù hợp để giúp hệ thống hoạt động, trao đổi dữ liệu hiệu quả hơn. Kỹ thuật lưu trữ lại dữ liệu (caching method) là một trong những kỹ thuật quan trọng giúp các máy khách lưu trữ lại dữ liệu tại bộ nhớ cục bộ của nó để phục vụ cho các yêu cầu dữ liệu sau đó trong trường hợp không kết nối được tới máy chủ hoặc hạn chế việc truy cập quá nhiều đến máy chủ. Kỹ thuật lưu trữ lại dữ liệu quan tâm tới bốn vấn đề chính đó là: khám phá dữ liệu (Cache Discovery), thu nạp dữ liệu (Cache Admission), thay thế dữ liệu (Cache Replacement), nhất quán dữ liệu (Cache Consistency). Tuy nhiên, trong mục tiêu và giới hạn của bài thu hoạch em chỉ đề cập tới vấn đề đó là khám phá dữ liệu (Cache Discovery). Với các ứng dụng trong mạng không dây, thì kho lưu trữ cục bộ của các thiết bị di động rất hạn chế về mặt kích thước lưu trữ, do đó vấn đề đặt ra là phải tận dụng được không gian lưu trữ sao cho hiệu quả. Chính vì thế, chúng ta cần quan tâm tới việc khám phá và thu nạp mục dữ liệu như thế nào, để đảm bảo việc sử dụng tối ưu kho lưu trữ cục bộ. Các kỹ thuật khám phá dữ liệu sẽ đề cập tới việc làm sao có thể tối ưu hóa chi phí khi tìm kiếm một hạng mục dữ liệu trong hệ thống, giúp giảm thiểu số lần truy vấn tới máy NgôThù yHương– 12 12 016 9 chủ (hay còn gọi là BS (Base Station), Server, Data Source), rút ngắn thời gian phản hồi truy vấn dữ liệu tại mỗi máy khách (hay còn gọi là Client, nút di động). Tuy nhiên, việc tìm kiếm mục dữ liệu yêu cầu, và việc thêm vào một hạng mục dữ liệu không phải lúc nào cũng thuận lợi vì quyết định sai có thể làm giảm tính sẵn sàng của dữ liệu. Chính vì thế mục tiêu của bài thu hoạch “Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác” là tìm hiểu và phân tích những nguyên lý sáng tạo đã được áp dụng vào các kỹ thuật khám phá dữ liệu.Từ kết quả phân tích có thể giúp cho những nhà nghiên cứu liên quan có lựa chọn đúng đắn đến việc sử dụng kỹ thuật khám phá vào trong mỗi hệ thống đặc thù của mình. 1.2. Hướng tiếp cận Với mục tiêu đề tài đưa ra, hướng tiếp cận và giải quyết bài toán là sẽ tìm hiểu lần lượt các kỹ thuật khám phá dữ liệu trong môi trường hệ thống thông tin di động từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước. Đồng thời sẽ tiến hành phân loại các trường hợp của kỹ thuật khám phá dữ liệu đã tìm hiểu. Sau đó đánh giá và so sánh các ưu khuyết điểm của các kỹ thuật phám phá dữ liệu. Và cuối cùng là đề xuất và thử nghiệm một số kỹ thuật khám phá dữ liệu để kiểm tra tính hiệu quả của từng giải pháp. 1.3. Nội dung đề tài Với mục tiêu, hướng tiếp cận, và cách giải quyết của bài thu hoạch “Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác”. Nội dung bài thu hoạch được trình bày theo cấu trúc như sau:  Chương 1: Tổng quan Giới thiệu về bối cảnh, mục tiêu, hướng tiếp cận và nội dung của đề tài.  Chương 2: Cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu khoa học NgôThù yHương– 12 12 016 10 Trong chương này, em sẽ trình bày về cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu khoa học và 40 nguyên lý sáng tạo trong khoa học.  Chương 3: Phân tích các kỹ thuật khám phá dữ liệu và việc áp dụng nguyên lý sáng tạo trong đó Trong chương này, em sẽ trình bày về kỹ thuật khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác, đồng thời phân tích những nguyên lý sáng tạo được áp dụng trong từng kiến trúc.  Chương 4 : Ứng dụng cơ sở lý thuyết nghiên cứu khoa học vào công việc nghiên cứu thực tiễn của bản thân Trong chương này, em sẽ trình bày những nguyên lý sáng tạo mà em đã áp dụng vào đề tài của mình. [...]... tìm hiểu em sẽ trình bày tổng quan về các kỹ thuật khám phá dữ liệu, đồng thời phân tích các nguyên lý sáng tạo được áp dụng trong các kiến trúc hệ thống thông tin di động cộng tác 1.2 Kỹ thuật khám phá dữ liệu trong kiến trúc COCA Trong phần 1.2 này, em xin trình bày một mô hình cộng tác kho lưu trữ dữ liệu cục bộ, gọi là COCA (COoperative CAching) [5][6] của nhóm tác giả Chi-Yin Chow, Hong Va Leong... truyền nhận thông điệp, tăng cường sự sẵn có dữ liệu trong vùng Ngô Thù y Hương – 12 12 016 32 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀO CÔNG VIỆC NGHIÊN CỨU THỰC TIỄN CỦA BẢN THÂN I GIỚI THIỆU Tên đề tài: Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác 1.1 Giới thiệu MIXGROUP [1][1] là một mô hình cộng tác kho... nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite) Hay nói chung sử dụng các vật liệu mới Ngô Thù y Hương – 12 12 016 21 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT KHÁM PHÁ DỮ LIỆU & VIỆC ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO KHOA HỌC TRONG ĐÓ I GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu Với mục tiêu tìm hiểu và nghiên cứu các kỹ thuật khám phá dữ liệu lưu trong hệ thống thông tin di động cộng tác Trong phần này, với mỗi kiến... trình tìm hiểu về các kỹ thuật khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động, dựa trên ý kiến đề xuất của cô Minh Thư, em thực hiện hóa kỹ thuật khám phá dữ liệu dựa trên việc tính khoảng cách giữa các MHs vào trong kiến trúc MIXGROUP: kỹ thuật tính khoảng cách dựa trên bước nhảy (được gọi là MIXGROUP - Distance By Hops) và kỹ thuật tính khoảng cách theo Ơ-clit (được gọi là MIXGROUP - Distance By Euclide)... mục dữ liệu, CCS sẽ cập nhật lại CSN CSN hoạt động như CCS chủ để lưu trữ các thông tin về các mục dữ liệu được lưu bởi MH trong nhóm, và được bổ sung trong quá trình tìm kiếm, kiểm soát thu nạp và thay thế dữ liệu  Quá trình khám phá dữ liệu Trong CC, khi một MH tìm dữ liệu đầu tiên nó sẽ tìm trong bộ nhớ địa phương, nếu không có, nó sẽ yêu cầu tìm kiếm mục dữ liệu từ các MH khác trong cụm bằng cách... BS và gửi dữ liệu về cho MH yêu cầu (Hình A - 3) Hình A - 3: Gửi yêu cầu dữ liệu lên BS Đồng thời, trong quá trình tìm kiếm dữ liệu, khi đã nhận được dữ liệu từ vùng hay BS thì MH yêu cầu sẽ “broadcast” dữ liệu nó vừa lưu, và dữ liệu nào đã xóa khi thay thế để cho các MH láng giềng cập nhật lại bảng CIT II PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO KHOA HỌC ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG CÁC KỸ THUẬT KHÁM PHÁ DỮ LIỆU 2.1... nhóm trong hệ thống thông tin di động Kiến trúc này đã được cô Nguyễn Trần Minh Thư đề xuất và thử nghiệm dựa trên một số độ đo như: số thông điệp trung bình, thời gian hồi áp dữ liệu, tỷ lệ tìm thấy dữ liệu Tuy nhiên, điểm khó khăn trong các kiến trúc cộng tác dữ liệu nói chung cũng như kiến trúc MIXGROUP nói riêng là tìm ra một kỹ thuật khám phá dữ liệu ngoài vùng so với MH nguồn hiệu quả Thông. .. trúc hệ thống  Server: nơi quản lý toàn bộ dữ liệu cho của hệ thống, cung cấp dữ liệu cho các BS  BS: là nơi lưu trữ và cung cấp dữ liệu cho các MH trong phạm vi của nó thông qua mạng vô tuyến Dữ liệu của BS được cung cấp bởi máy chủ thông qua mạng hữu tuyến  Máy khách (hay còn gọi là MH, MU): là các thiết bị di động có khả năng xử lý thông tin như PDA, laptop, … Các máy có thể truy xuất dữ liệu. .. thấy dữ liệu, yêu cầu được giải quyết  Bước 3: Nếu không, MH nguồn sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến BS để giải quyết yêu cầu dữ liệu Trên đường đi đến BS, MH sẽ đi qua các MH trung gian, nếu tồn tại MH trung gian nào chứa dữ liệu yêu cầu, MH trung gian đó sẽ gửi dữ liệu về cho MH yêu cầu dữ liệu ban đầu, yêu cầu dữ liệu được giải quyết, quá trình gửi dữ liệu đến BS kết thúc 1.4 Kỹ thuật khám phá dữ liệu trong. .. tắc dự phòng Áp dụng nguyên lý dự phòng, trong quá trình gửi thông điệp trực tuyến thường lượng dữ liệu thông tin tại máy khách rất lớn, do vậy tại các máy khách sẽ có thực hiện việc sao lưu lại các thông tin đó một cách định kì nhằm đảm bảo dữ liệu cục bộ không bị mất khi có sự cố xảy ra 2.6 Nguyên tắc linh động Áp dụng nguyên lý linh động, trong các kiến trúc, khi dữ liệu yêu cầu không được tìm thấy . cận, và cách giải quyết của bài thu hoạch Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác . Nội dung bài thu hoạch được. sẵn sàng của dữ liệu. Chính vì thế mục tiêu của bài thu hoạch Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác là tìm. và thực hiện, bài thu hoạch Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo được áp dụng vào bài toán khám phá dữ liệu trong hệ thống thông tin di động cộng tác (được viết dựa trên khóa luận tốt nghiệp