Đang tải... (xem toàn văn)
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Thông Tin
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công Nghệ Thông Tin -🙞🙞🙞🙞🙞 - Báo Cáo Môn: Trí Tuệ Nhân Tạo Đề Tài: Tìm hiểu logic mệnh đề ứng dụng vào toán điều chế chất hóa học -Hà Nội, Tháng năm 2023- Lời nói đầu Với xu cách mạng 4.0, trí tuệ nhân tạo ngày trở nên phổ biến ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống, nhà khoa học máy tính người Mỹ John McCarthy nhắc đến lần vào năm 1950 ngày nay, từ trí tuệ nhân tạo thực rộng rãi biết đến phát triển “ông lớn” làng công nghệ AI có khả tự thích nghi, học hỏi phát triển, lập luận để giải vấn đề, giao tiếp người… Tất AI cài đặt sở liệu lớn, chương trình sở liệu đó, sở liệu lập trình lại sở liệu tạo Cũng giống vậy, cấu trúc trí tuệ nhân tạo ln thay đổi thích ứng với điều kiện hồn cảnh Trí tuệ nhân tạo người tạo nhằm mục đích xử lí phân tích liệu Nó coi ngành trọng yếu tin học Trí tuệ nhân tạo liên quan đến cách cư xử, học hỏi khả thích ứng thơng minh máy móc Bởi vậy, trở thành mơn học với mục đích cung cấp lởi giải cho vấn đề sống thực tế Ngày dùng nhiều kinh tế, y dược, ngành kỹ thuật quân phần mềm máy tính thơng dụng gia đình hay trị chơi điện tử Trong tập lớn chúng em tìm hiểu logic mệnh đề, thuật toàn suy diễn tiến logic mệnh đề ứng dụng vào toán điều chế hóa chất Đây chương trình nhỏ chưa hồn thiện quan trọng giúp người hiểu vai trị việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo sống Mặc dù cố gắng để hồn thành cơng việc, xong thời gian có hạn kiến thức chưa nhiều nên việc chương trình cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung Vì chúng em mong nhận đóng góp thầy bạn bè để chương trình ngày hồn thiện giúp ích nhiều Xin chân thành cảm ơn! Mục lục Lời nói đầu Chương 1: Tổng quan biểu diễn xử lý tri thức logic .3 1.1 Biểu diễn tri thức .3 1.1.1 Biểu diễn tri thức logic mệnh đề .3 1.1.2 Biểu diễn tri thức hệ luật sản xuất 1.1.3 Suy diễn tiến logic mệnh đề 1.1.4 Suy diễn lùi logic mệnh đề 1.1.5 Thuật giải Vương Hạo – Wang Hao ‘s Algoriths 11 1.1.6 Thuật giải Robinson 12 Chương 2: Ứng dụng logic mệnh đề vào tốn điều chế chất hóa học .13 2.1 Mơ tả tốn 13 2.2 Phân tích cài đặt tốn ngôn ngữ C# 13 KẾT LUẬN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 Chương 1: Tổng quan biểu diễn xử lý tri thức logic 1.1 Biểu diễn tri thức Biểu diễn tri thức chủ đề khoa học nhận thức (cognitive science) trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence) mơ hình hóa tri thức (knowledge modeling) Khoa học nhận thức tập trung vào vấn đề cách người lưu trữ xử lý thơng tin Trong trí tuệ nhân tạo (AI) mơ hình hóa tri thức (KM) cách thức để lưu trữ tri thức chương trình xử lý sử dụng cho ví dụ để hỗ trợ thiết kế máy tính cạnh tranh với trí tuệ nhân tạo Cách nhà nghiên cứu trí tuệ nhân tạo mượn lý thuyết biểu diễn từ khoa học nhận thức Các phương pháp biểu diễn tri thức 1.1.1 Biểu diễn tri thức Logic mệnh đề Dạng biểu diễn tri thức cổ điển máy tính logic, với hai dạng phổ biến logic mệnh đề logic vị từ Cả hai kỹ thuật dùng ký hiệu để thể tri thức toán tử áp lên ký hiệu để suy luận logic Logic cung cấp cho nhà nghiên cứu cơng cụ hình thức để biểu diễn suy luận tri thức Phép toán AND OR NOT Kéo theo Tương đương Kí hiệu ,, ,, , , ↔ Bảng 1.1 Các phép toán logic ký hiệu sử dụng Logic mệnh đề biểu diễn lập luận với mệnh đề toán học Mệnh đề câu nhận giá trị hoặc sai Giá trị gọi chân trị mệnh đề Logic mệnh đề gán biến ký hiệu vào mệnh đề, ví dụ A = "Xe khởi động" Khi cần kiểm tra trị chân trị câu toán sử dụng logic mệnh đề, người ta kiểm tra giá trị A Nhiều toán sử dụng logic mệnh đề để thể tri thức giải vấn đề Bài toán loại đưa toán xử lý luật, phần giả thiết kết luận luất có nhiều mệnh đề Ví dụ: IF Xe khơng khởi động A AND Khoảng cách từ nhà đến chỗ làm xa B THEN Sẽ trễ làm C Luật biểu diễn lại sau: A B C Các phép toán quen thuộc mệnh đề cho bảng 2.2 A T F T F B T T F F A F T F T A B T F F F A B T T T F A B T T F T A↔ B T F F T Bảng 1.2 Bảng chân trị, với giá trị Đúng (T), Sai (F) 1.1.2 Biểu diễn tri thức hệ luật sản xuất Đây phương pháp biểu diễn tri thức có cấu trúc Ý tưởng tri thức cấu trúc hóa cặp điều kiện - hành động (if- then) nghĩa điều kiện xảy hành động thi hành - Phần điều kiện quy luật xác định quy luật áp dụng với vấn đề nêu - Phần hành động định nghĩa giải vấn đề liên quan Luật sản xuất có dạng sau: Nếu: Điều kiện (giả thiết 1) Điều kiện (giả thiết 2) … Điều kiện m (giả thiết m) Thì: Hành động (kết luận 1) Hành động (kết luận 2) … Hành động n (kết luận n) Ưu điểm hệ sản xuất: - Hệ sản xuất đưa khung làm việc tổng qt cho việc thực tìm kiếm nhờ đơn giản nó, tính thay đổi được, tính mềm dẻo việc áp dụng tri thức giải vấn đề Hệ sản xuất chứng minh công cụ quan trọng việc xây dựng hệ chuyên gia ứng dụng trí tuệ nhân tạo - Ưu điểm hệ sản xuất cho trí tuệ nhân tạo phân tách tri thức điều khiển Hệ sản xuất mơ hình phân tách tri thức điều khiển chương trình máy tính Điều kiển cung cấp chu kỳ nhận thức- hành động vòng lặp hệ sản xuất tri thức giải vấn đề mã hóa luật Ưu điểm chia tách bao gồm thoải mái thay đổi sở tri thức mà không yêu cầu thay đổi mã hóa cho điều khiển chương trình, cách ngược lại, khả để thay đổi mã hóa cho điều khiển chương trình mà khơng cần thay đổi tập luật sản xuất Suy diễn trình suy luận dựa vào quy luật cho, thiết lập thông tin từ thông tin biết Suy diễn sử dụng tập kiện làm tiên đề Các phương pháp suy diễn chuyển từ giả thiết kết luận cách thêm vào giả thiết kiện khẳng định đúng, dựa phương thức: - Modus ponens: A, A⇒B| B nghĩa A A⇒B B - Modus tollens ←B, A⇒B |←A nghĩa B sai biết A⇒B A sai Trong trình suy diễn, ta cần quan tâm đến vấn đề sau: - Xây dựng tập luật, câu hỏi chọn để người sử dụng trả lời - Chọn trình tìm kiếm - Thơng tin nhận có ảnh hưởng đến q trình tìm kiếm khơng Q trình suy diễn hệ luật sản xuất bao gồm phương pháp bản: suy diễn tiến suy diễn lùi 1.1.3 Suy diễn tiến logic mệnh đề (Tư tưởng suy diễn tiến áp dụng luật suy diễn Modus Ponens tổng quát) Là trình suy diễn tập kiện biết, rút kiện có kiện cần chứng minh khơng có luật sinh kiện (tập kiện cực đại) - Phương pháp Dữ liệu vào: Tập mệnh đề Gt= {gt1, gt2…gtm} Tập luật R= {r1,r2,…rm } với ri: P1 P2 P3 … Pn qi , i=1 m Tập kết luận = {q1, q2,… qk} Dữ liệu ra: Thông báo thành công qi suy từ Gt tập R GtTG1TG2… TGn KL Sử dụng tập TG (trung gian) tập kiện thời điểm xét SAT tập luật có vế trái thuộc TG (SAT tập luật có dạng P1 P2 P3 … Pn q , cho pi thuộc TG) - Giải thuật Void SDT() { TG=Gt SAT=Loc {R, TG} While KL TG and SAT ≠ { rget (SAT) // lấy luật r SAT TG= TG{q}// bổ sung vế phải vào TG R= R\ {r} SAT= Loc(R,TG)// tính lại SAT } IF KL TG dừng “Thành Cơng”Else “ Khơng thành cơng” } Ví dụ Tập luật R={r1, r2 , r3, r4, r5, r6 } GT= {a,b}; KL= {g} r1:a→c r2: b→d r3: a→e r4: a d→e r5: b c→f r6: e f→g Ban đầu TG=GT= {a,b}; SAT= {r1,r2,r3 } // a,b thuộc TG KL chưa thuộc TG SAT khác Rỗng Lấy r1 áp dụng ta có TG= {a,b,c}; R= {r2 , r3, r4, r5, r6 } SAT={r2,r3, r5 }// b,c thuộc TG thêm r5 KL chưa thuộc TG SAT khác Rỗng Lấy r3 áp dụng TG= {a,b,c,e}; R= {r2, r4, r5, r6 }; SAT={r2, r5 } KL chưa thuộc TG SAT khác Rỗng Lấy r2 áp dụng TG= {a,b,c,e,d}; R={ r4, r5, r6 }; SAT={r4, r5 }// a,d thuộc TG KL chưa thuộc TG SAT khác Rỗng Lấy r5 áp dụng ta có TG= {a,b,c,d,e,f}; R= {r4, r6 }; SAT={r4, r6 } KL chưa thuộc TG SAT khác Rỗng Lấy r6 áp dụng ta có TG= {a,b,c,d,e,f,g}; R={ r4 }; SAT={r4 } KL = {g} thuộc TG Thơng báo thành cơng Ví dụ Cho trước tập kiện GT={a,b}, KL={g} Sử dụng luật: r1: a c r2: b d r3: c e r4: a d e r5: b c f r6: e fg r TG SAT R r1 r2 r3 r4 r5 r6 a, b a, b, c a, b, c, d a, b, c, d, e a, b, c, d, e a, b, c, d, e, f a b, c, d, e, f, g r1, r2, r3 r1, r2, r3, r4, r5, r6 r2, r3, r5 r2, r6 r3, r4, r5 r3, , r6 r4, r4, r5 r5 r5, r6 r5, r6 r6 r6 g T nên toán chứng minh (g: true) Chú ý - Quá trình suy diễn tiến trình xem xét luật, với luật ta xét phần điều kiện (ở vế trái) tới phần kết luận (ở vế phải) mà tất điều kiện luật thỗ mãn ta suy kiện phần kết luận Chính lẽ mà có tên suy diễn tiến - Trong bước thủ tục, người ta xét luật tập luật So sánh điều kiện (ở vế trái) tập luật với kiện sở kiện, tất điều kiện luật thỗ mãn kiện phần kết luận xem kiện suy Nếu kiện kiện (khơng có nhớ làm việc) đưa vào nhớ làm việc Quá trình lặp lại khơng có luật sinh kiện - Q trình suy diễn tiến khơng định hướng tới giải vấn đề cả, không hướng tới tìm câu trả lời cho câu hỏi Suy diễn tiến trình suy kiện từ kiện có nhớ làm việc Nhận xét suy diễn tiến: Ưu điểm: - Làm việc tốt toán có chất thu thập thơng tin thấy điều cần suy diễn - Cho khối lượng lớn thông tin từ số thông tin ban đầu Nó sinh nhiều thơng tin - Suy diễn tiến tiếp cận lý tưởng loại toán cần giải nhiệm vụ lập kế hoạch, điều hành, điều khiển diễn dịch Nhược điểm: - Không cảm nhận cần vài thông tin quan trọng Hệ thống hỏi câu hỏi hỏi mà khơng biết câu đến kết luận - Hệ thống hỏi câu hỏi khơng liên quan Có thể câu trả lời quan trọng làm người dùng lúng túng phải trả lời câu chẳng dính đến chủ đề 1.1.4 Suy diễn lùi logic mệnh đề Là trình suy luận ngược xuất phát từ số kiện ban đầu, ta tìm kiếm kiện "sinh" kiện Nói cách khác q trình xuất phát từ kiện cần chứng minh thay vào kiện vế trái luật có vế phải kiện cần chứng minh Quá trình thực đưa kiện tập kiện tập kiện giả thiết Nghĩa là: để đưa kết luận b, ta thử tìm tất luật có dạng: a1 an b, để có b, phải đưa kết luận a1, ,an Quá trình xác định tương tự b, đến lúc phát có khơng dẫn xuất từ giả thiết quay lui sang luật sản xuất khác sinh b có dạng b1 bm b Ngược lại, dẫn xuất giả thiết trình dẫn xuất b đúngDỪNG Giải thuật T tập kiện cần chứng minh thời điểm xét (khởi tạo T= Tập kết luận) S(p) ={riR / right(ri) = p} ( tập luật R cho vế phải chứa p) p kiện cần chứng minh r: luật lấy từ S(p) Ví dụ Cho tập kiện Gt={p, r}, Tập luật R: r1: p q r2:q r s Chứng minh s p s q r T s q, r r, p r2 r1 Ví dụ 2: Cho tập luật sau, vẽ đồ thị AND, OR mô tả suy diễn lùi (R1): A E (R2): B D (R3): H A (R4): E G C (R5): E K B (R6): D E K C (R7): G K F A Giải: S(p) r2 r Nhận xét suy diễn lùi: Ưu điểm: - Phù hợp với toán đưa giả thuyết liệu giả thuyết có hay khơng? - Tập trung vào đích cho Nó tạo loạt câu hỏi liên quan đến vấn đề xét, thuận tiện người dùng - Khi suy diễn điều từ thơng tin biết , tìm phần sở tri thức thích đáng tốn xét - Suy diễn lùi đánh giá cao toán chẩn đốn, dự đốn tìm lỗi Nhược điểm: - Nhược điểm loại suy diễn thường dịng suy diễn thay phải dừng mà sang nhánh khác Kết luận biểu diễn tri thức luật Biểu diễn tri thức luật đặc biệt hữu hiệu tình hệ thống cần đưa hành động dựa vào kiện quan sát Nó có ưu điểm yếu sau đây: • Các luật dễ hiểu nên dễ dàng dùng để trao đổi với người dùng (vì dạng tự nhiên ngôn ngữ) • Có thể dễ dàng xây dựng chế suy luận giải thích từ luật • Việc hiệu chỉnh bảo trì hệ thống tương đối dễ dàng • Có thể cải tiến dễ dàng để tích hợp luật mờ 1.1.5 Thuật giải Vương Hạo – Wang Hao ‘s Algoriths Bước 1: Viết lại GT KL vấn đề theo dạng chuẩn: gt1, gt2, , gtn kl1, kl2, , klm; gti klj chứa phép toán , , 10 Ví dụ: (ab)(cd) (ab) c(d) (ab)(cd) Bước 2: Chuyển vế gti klj dạng phủ định Ví dụ: 1) abc, d, ee, d abc, d, ed 2) pq, (rs), ps, r pq, rrs, p, s Bước 3: Nếu gti có thay dấu “,”; klj có thay dấu “,”: Ví dụ: 1) ab, r(pq)s, r ab, r, pqs, r ab, r, pq, s 2) (a b)(cd) cdab c, da, b Bước 4: Nếu gti có tách thành dịng; klj có tách thành dịng Ví dụ: 1) ab, p, q r tách thành dòng dòng 1: a, p, qr dòng 2: b, p, qr 2) a, pbc tách thành dòng dòng 1: a, pb dòng 2: a, pc Bước 5: Một dòng chứng minh tồn chung mệnh đề hai vế Ví dụ: 1) 2) p, q q chứng minh ab, a, aq ab, aq, a chứng minh Bước 6: a) Một dịng khơng chứng minh khơng có tuyển () vế trái, phép hội () vế phải, đồng thời hai vế biến mệnh đề chung Ví dụ: a, b, c d b) Một toán chứng minh tất dòng chứng minh Chú ý: Từ bước đến không thiết thực theo trình tự 1.1.5 Thuật giải Robinson Đây phương pháp chứng minh phản chứng Để chứng minh ab với a Ta giả sử b sai, từ a b đúng, suy mâu thuẫn Bước 1: Viết lại GT KL vấn đề theo dạng chuẩn: gt1, gt2, , gtn kl1, kl2, , klm; gti klj chứa phép tốn , , 11 Ví dụ: (ab)(cd) (ab)(cd) (ab)(cd) Bước 2: Nếu gti có thay dấu “,”; klj có thay dấu “,”: Ví dụ: 1) ab, r(pq) s, r ab, r, pqs, rab, r, pq, sr (ab)(cd) cdab c, da,b Bước 3: Phủ định lại kết luận, viết lại GT, KL dạng: {gt1, gt2, , gtn, kl1, kl2, , klm} Bước 4: Nếu câu bước xuất hai MĐ đối ngẫu (a a gọi MĐ đối ngẫu) tốn CM Ngược lại thực bước Bước 5: Xây dựng câu cách tuyển cặp câu danh sách câu bước Nếu câu có biến đối ngẫu biến bị loại bỏ Ví dụ: a b c d b Hai MĐ b, b đối ngẫu nên loại bỏ a c d Bước 6: Bổ sung thêm câu vừa tuyển vào danh sách Ví dụ: {a b, c d b, wc, db} {a b, c d b, a c d, wc, db} Bước 7: Nếu không xây dựng câu khơng có cặp MĐ đối ngẫu tốn khơng chứng minh Ví dụ: { a, b, c, d} : Bài tốn khơng CM Chương II Ứng dụng logic mệnh đề vào toán điều chế chất hóa học 2.1 Mơ tả tốn Bài tốn điều chế hóa chất điển hình ứng dụng logic mệnh đề Ý tưởng chương trình xem hóa chất giả thiết, cịn phương trình luật Để điều chế hóa chất, ta từ đỉnh chứa hóa chất đầu vào, “men” theo phương trình thích hợp, gặp hóa chất đầu Danh sách phương trình có 12 sẵn sở liệu, mở rộng tùy ý, danh sách hóa chất đầu vào đầu người dùng nhập vào Giả sử có tốn điều chế chất X, hợp chất hóa học, từ hợp chất khác A B q trình hóa học Chúng ta cần xác định bước điều kiện để thực trình Mệnh đề khởi đầu: A B có sẵn Mệnh đề tiên quyết: Để điều chế X, chất A phải trải qua phản ứng hoá học với chất B Mệnh đề phản ứng hóa học: Phản ứng A B tạo sản phẩm X số sản phẩm phụ Y 2.2 Phân tích cài đặt tốn ngôn ngữ C# a) Tạo danh sách luật (Các phương trình hóa học) b) Hàm kiểm tra xem chuỗi có tạo thành từ phần tử list hay không 13 Hàm dựa vào danh sách phần tử chuỗi đầu vào để kiểm tra xem chuỗi đầu vào tạo thành từ phần tử danh sách không Cách tiếp cận phụ thuộc vào việc xếp danh sách phần tử theo độ dài để tránh xác định phần tử trước c) Hàm tách lưu lại phần trái phải phương trình hóa học danh sách tương ứng 14 d) Hàm suy diễn tiến 15 e) Kết 16 KẾT LUẬN Trí tuệ nhân tạo cơng nghệ biến đổi có triển vọng mang lại lợi ích to lớn cho kinh tế xã hội TTNT có khả cách mạng hóa cách thức sống, làm việc, học hỏi, khám phá giao tiếp Nghiên cứu TTNT tiếp tục ưu tiên quốc, bao gồm nâng cao thịnh vượng kinh tế, cải thiện hội giáo dục chất lượng sống, tăng cường an ninh quốc gia Với ý tưởng áp dụng trí tuệ nhân tạo vào nhu cầu đời sống, nhằm giải phóng sức lao động người với công việc đơn giản góp phần xây dựng cách mạng cơng nghiệp 4.0, nhóm chúng em thực đề tài “Tìm hiểu logic mệnh đề ứng dụng vào tốn điều chế chất hóa học.” hồn thành mục tiêu sau: Ở chương một, báo cáo trình bày sử biểu thức dạng logic để biểu diễn sở tri thức, luật suy diễn thủ tục chứng minh áp dụng tri thức để giải toán Ở chương hai, vận dụng kiến thức logic mệnh để giải tốn điều chế chất hóa học Qua báo cáo tập lớn này, nhóm chúng em hiểu rõ học phần trí tuệ nhân tạo nói chung logic mệnh đề, rút nhiều kinh nghiệm qua tập thực hành Mặt khác tập lớn giúp chúng em cải thiện nhiều kỹ mềm việc khai thác thông tin từ Internet, tra cứu, kỹ làm việc nhóm sử dụng thông tin viết tiếng Anh Trong q trình thực tập lớn nhóm chúng em cịn thiếu nhiều kiến thức ngơn ngữ lập trình C#,… nên có nhiều lỗi sai thiếu sót mong thầy bỏ qua cho Nhóm chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để học thêm nhiều kinh nghiệm cho tập sau Nhóm sinh viên thực hiện! 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Giáo trình trí tuệ nhân tạo - Sách, tài liệu tham khảo: [2] Nguyễn Thanh Thuỷ, Trí tuệ nhân tạo, NXB Thống kê, 1999 [3] Slide trí tuệ nhân tạo - Lê Thị Thủy [4] Ứng dụng lập trình C# -Visual Studio 2022 [5] Trí tuệ nhân tạo Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội - NXB Giáo dục Việt Nam, 2012 [6] Trí tuệ nhân tạo Đinh Mạnh Tường - NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 18