Với mong muốn tạo ra một phần mềm giúp các em học sinh có thể tiếp thu tốt hơn các bài tập Vật lý về mạch điện 1 chiều không đổi, giúp các em có một công cụ để dễ dàng kiểm tra kết quả mình làm và đưa ra lời giải một cách ngắn gọn, xúc tích và đúng đắn nhất , giúp các phụ huynh có thể kiểm tra bài tập của con em mình mà không nhất thiết phải hiểu bài của các em… Nhóm thực hiện đồ án chúng em đã đi vào tìm hiểu, nghiên cứu Các Hệ Cơ sở Tri thức – Mạng tính toán để xây dựng nên phần mềm : Giải các bài tập Vật lý 11 Mạch điện 1 chiều không đổi.
BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÁC HỆ CƠ SỞ TRI THỨC Xây dựng chương trình : GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ MẠCH ĐIỆN CHIỀU MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 THỰC TRẠNG 1.2 MỤC TIÊU 1.3 ĐỐI TƯỢNG 1.4 PHẠM VI 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Các tri thức mạch điện chiều không đổi chương trình Vật lý 11 10 2.2 Cơ sở tri thức – Knowledge Base (KB) 10 2.3 Hệ sở tri thức - Knowledge Base System 12 2.4 Hệ chuyên gia – Expert System 14 2.7 Mạng tính tốn Mạng đối tượng tính tốn (COKB) 15 2.7.1 Mạng tính tốn - Computational Network 15 2.7.2 Mạng đối tượng tính tốn - COKB 20 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CƠ SỞ TRI THỨC 22 3.1 MƠ HÌNH TRI THỨC CỦA ỨNG DỤNG 22 3.2 TỔ CHỨC LƯU TRỮ TRÊN MÁY TÍNH 26 CHƯƠNG : THIẾT KẾ BỘ SUY DIỄN 34 4.1 SUY DIỄN TIẾN 34 4.2 SUY DIỄN LÙI 37 CHƯƠNG : ỨNG DỤNG 38 5.1 MỤC TIÊU CỦA ỨNG DỤNG 38 5.2 YÊU CẦU 38 5.3 CHỨC NĂNG 38 5.4 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 38 5.5 NỀN TẢNG CÔNG NGHỆ 39 5.6 CÀI ĐẶT – MỘT SỐ HÀM QUAN TRỌNG 40 5.6.1 Hàm xử lý kiện đầu vào 40 5.6.2 Xác định loại mạch load tri thức dựa vào đề 40 5.6.3 Xác định yêu cầu đề – Kết luận 44 5.6.4 Bộ suy diễn – Suy diễn tiến 47 5.6.5 Bộ suy diễn – Suy diễn lùi 48 5.6.6 Bộ suy diễn – Hàm tính tốn 49 5.7 GIAO DIỆN 52 5.8 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THỬ NGHIỆM 53 5.8.1 Hướng dẫn sử dụng 53 5.8.2 Hướng dẫn nhập đề 53 5.8.3 Chạy thử 56 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN , ĐÁNH GIÁ 61 6.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 61 6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 61 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 6.4 ĐÁNH GIÁ NỘI BỘ 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2.1 : Các phương pháp biểu diễn tri thức Hình 2.3.1 Mỗi quan hệ Cơ sở tri thức động suy diễn Hình 2.3.2 Mỗi quan hệ Cơ sở tri thức động suy diễn HCSTT Hình 2.4.1 Cấu trúc hệ chuyên gia Chương – THIẾT KẾ CƠ SỞ TRI THỨC Hình 3.1 : Sơ đồ Mơ hình tri thức ứng dụng Hình 3.2.1: Mạch điện R Hình 3.2.2 : Mạch điện chiều R1 nối tiếp R2 Hình 3.2.4 : Mạch điện chiều R1 ,R2,R3 mắc nối tiếp Hình 3.2.5 : Mạch điện chiều R1 ,R2,R3 mắc song song Hình 3.2.6 : Mạch điện chiều ( R1 nối tiếp R2 )rồi mắc song song với R3 Hình 3.2.7 : Mạch điện chiều ( R1 nối tiếp R3 )rồi mắc song song với R2 Hình 3.2.8 : Mạch điện chiều ( R2 nối tiếp R3 )rồi mắc song song với R1 Hình 3.2.9 : Mạch điện chiều ( R1 song song R2 )rồi mắc với nối tiếp R3 Hình 3.2.10 : Mạch điện chiều ( R1 song song R3 )rồi mắc với nối tiếp R2 Hình 3.2.11 : Mạch điện chiều ( R2 song song R3 )rồi mắc với nối tiếp R1 Chương – THIẾT KẾ BỘ SUY DIỄN Hình 4.1 : Sơ đồ khối thuật giải suy diễn tiếp áp dụng cho chương trình DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt, thuật ngữ Giải thích CNTT Cơng nghệ thơng tin CSDL Cơ sở liệu HĐH Hệ điều hành GT Giả thiết KL Kết luận CSTT Cơ sở tri thức HCSTT Hệ sở tri thức SGK Sách giáo khoa SK Sự kiện MTT Mạng tính tốn COKB Computational Objects Knowledge Base : Mạng đối tượng tính tốn MỞ ĐẦU Chúng ta sống thời đại bùng nổ công nghệ - thông tin Việc áp dụng biện pháp CNTT vào việc dạy vào học bước tiến vượt bậc giúp việc dạy học hiệu hơn, không bị nhàm chán , nhanh gọn xác Với mong muốn tạo phần mềm giúp em học sinh tiếp thu tốt tập Vật lý mạch điện chiều không đổi, giúp em có cơng cụ để dễ dàng kiểm tra kết làm đưa lời giải cách ngắn gọn, xúc tích đắn , giúp phụ huynh kiểm tra tập em mà khơng thiết phải hiểu em… Nhóm thực đồ án chúng em vào tìm hiểu, nghiên cứu Các Hệ Cơ sở Tri thức – Mạng tính toán để xây dựng nên phần mềm : Giải tập Vật lý 11- Mạch điện chiều không đổi Ban đầu chương trình cịn đơn giản, độ xác tin cậy chưa cao, hy vọng lần cập nhật sau, chương trình cải thiện vấn đề Nội dung báo cáo đồ án mơn học trình bày chương, bao gồm: Chương – Tổng quan đề tài : Chương giới thiệu tổng quan đề tài bao gồm : thực trạng cần thiết đề tài, mục đích, đối tượng mà đề tài hướng đến, phạm vi – giới hạn nghiên cứu đề tài phương pháp nghiên cứu thực đề tài Chương – Cơ sở lý thuyết : Tri thức , HCSTT, HCG, Mạng tính tốn, COKB… Chương – Thiết kế sở tri thức : Thiết kế mơ hình tri thức, tổ chức lưu trữ tri thức máy tính Chương – Thiết kế suy diễn : Các phương pháp suy diễn tiến, suy diễn lùi Chương – Cài đặt ứng dụng : Xây dựng ứng dụng thử nghiệm phần mềm giải tập vật lý mạch điện chiều lớp 11 Chương – Kết luận: Tổng kết kết đạt được, tóm tắt lại vấn đề đặt báo cáo cách giải quyết, đóng góp đề xuất số hướng phát triển đề tài tương lai Cuối danh mục tài liệu tham khảo phần phụ lục CHƯƠNG : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 THỰC TRẠNG Ngành công nghiệp sản suất phần mềm giáo dục nước ta nói riêng giới nói chung cịn hạn chế, chưa có nhiều thành tựa đột phá Các phần mềm liên quan hệ hệ giải toán vật lý giới điển : + PhysicsTutor® Excalibur Physics Software Reviews: phần mềm hỗ trợ tổ chức tối ưu hóa hiệu nghiên cứu vật lý + Physics Problems Solver Software: ứng dụng đơn giản dành cho học sinh học tập khoa học vật lý với khái niệm nội dung giao diện dễ dùng bắt mắt + Phần mềm mô giải tốn lắc đơn: chức mơ tả chuyển động lắc phần mềm giải tốn thơng dụng với đại lượng gia tốc trọng trường, chiều dài lắc, li độ góc, biên độ góc, vận tốc , vận tốc cực đại, gia tốc… + Physics Simulations: công cụ giúp mô tượng Vật lý, đồng thời công cụ giúp tính nhanh đại lượng biết đại lượng liên quan, chẳng hạn: tính hiệu điện định luật Ohm, tính chu kỳ, tần số dao động v.v nhiều phần mềm hữu dụng khác Tuy ngành công nghiệp sản suất phần mềm giáo dục nước ta chưa phát triển đem lại lợi ích cho người dùng người sản suất Các vướng mắc chính: Phần mềm khơng thể đến tận tay người tiêu dùng cần thiết nơi xa xôi đất nước chưa phổ cập máy tỉnh nhà gia đình, giáo dục việc nam sách đóng vai trị quan trọng hoạt động giáo dục đề thực sách Ý thức sử dụng phần mềm người dùng việt kém: đa phần sử dụng Crack lậu để sử dụng Free, làm cho công ty sản suất thua lỗ phát triển sản suất thị trường Chính ngành cơng nghiệp sản suất phần mềm giáo dục đặc biệt vật lý nhiều hứa hẹn triển vọng tương lai, cần phát huy pháp triển để đem lại lợi ích cho tác động mạnh mẽ đến giáo dục thời cịn chưa đại hóa nước ta 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu đồ án: - Giải số dạng tập vật lý mạch điện chiều không đổi - Giúp học sinh giáo viên tra cứu giải để đối chiếu kết làm tham khảo giải chưa tìm hướng cho tốn - Là giải pháp hiệu giúp học sinh tự kiểm tra bổ sung kiến thức thiếu trình sử dụng phần mềm - Nâng cáo kỹ sử dụng phần mềm giáo dục, học cách nhập toán theo quy ước phần mềm, cách thêm tri thức cập nhật cách giải hay cho phần mềm - Tiện lợi cho việc lại học tập không cần đâu để hỏi tham khảo nghiên cứu thời gian dài mà khơng tìm hướng giải quyết, cần ngồi vào máy nhập tốn vào, tiết kiệm chi phí lại cơng sức bỏ mà có lời giải hay để học tốt - Phần mềm ban đầu đơn giản , nhiều điểm yếu hy vọng tiền đề để tiếp tục phát triển thành công Ứng dụng: Ứng dụng phần mềm lĩnh vực giáo dục trung học phổ thông cụ thể học tập giảng dậy môn lý lớp 11, đặc biệt phần mạch điện, điện tích điện trường 1.3 ĐỐI TƯỢNG - Học sinh, sinh viên - Giáo viên - Phụ huynh - Người dùng tự 1.4 PHẠM VI - Phạm vi kiến thức: Chương trình vật lý lớp 11 cụ thể tập vật lý Mạch điện chiều có dịng điện khơng đổi có tối đa điện trở mắc với - Phạm vi phần mềm: Hệ giải toán (hệ giải tốn vật lý) 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu mạng tính tốn , phương pháp suy diễn mạng tính tốn : suy diễn tiến, suy diễn lùi - Thu thập tri thức : đối tượng, định lý, công thức… mạch điện chiều không đổi - Chọn lọc , phân loại ,xử lý tri thức thu thập - Biểu diễn ,lưu trữ miền tri thức thu thập để sử dụng chương trình - Xác định tiến hành cài đặt phương pháp suy diễn tốn để từ miền tri thức nhập vào tìm lời giải cho tốn định CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các tri thức mạch điện chiều không đổi chương trình Vật lý 11 … 2.2 Cơ sở tri thức – Knowledge Base (KB) Khái niệm : Tập hợp tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải tạo thành sở tri thức Cách tiếp cận khoa học công nghệ tri thức : - Trước hoạt động liên quan đến việc hình thành tri thức trình suy luận tri thức thuộc chức đặc biệt não người - Sự đời máy tính điện tử -> số cơng việc cần sử dụng trí óc thay thực máy tính - Thành tựu bước đầu: Tự động hóa chứng minh logic, chơi cờ, phiên dịch,… - Con người tìm hiểu sâu chất hoạt động nhận thức , hệ thống tri thức tích lũy được, thuộc tính tri thức, đòi hỏi tri thức - Nghiên cứu đề xuất phương pháp khoa học giải pháp công nghệ để + Biểu diễn tri thức + Thu thập tìm kiếm tri thức + Xử lý tri thức +Quản trị tri thức 10 5.6.6 Bộ suy diễn – Hàm tính tốn //Lấy giá trị từ đề private void getValue() { listValue = new List(); for (int i = 0; i < num_arg; i++) { listValue.Add(-1); } listValue[0] = mainForm.Ktr_U(); listValue[1] = mainForm.Ktr_R(); listValue[2] = mainForm.Ktr_I(); listValue[3] = mainForm.Ktr_U1(); listValue[4] = mainForm.Ktr_R1(); listValue[5] = mainForm.Ktr_I1(); listValue[6] = mainForm.Ktr_U2(); listValue[7] = mainForm.Ktr_R2(); listValue[8] = mainForm.Ktr_I2(); listValue[9] = mainForm.Ktr_Q(); listValue[10] = mainForm.Ktr_A(); listValue[11] = mainForm.Ktr_t(); listValue[12] = mainForm.Ktr_A1(); listValue[13] = mainForm.Ktr_Q1(); listValue[14] = mainForm.Ktr_A2(); listValue[15] = mainForm.Ktr_Q2(); listValue[16] = mainForm.Ktr_U3(); listValue[17] = mainForm.Ktr_R3(); listValue[18] = mainForm.Ktr_I3(); listValue[19] = mainForm.Ktr_A3(); listValue[20] = mainForm.Ktr_Q3(); } //Xử lý tính tốn public void ProcessCaculate() { getValue();//lấy giá trị từ đề Stack _stack_value = new Stack(); for (int i = 0; i < listRulesUsed.Count; i++) { string _postfixFomular = convertExpression(listRulesUsed[i]); int _pos = 0; for (int j = 0; j < _postfixFomular.Length; j++) { string _temp_str = ""; double _temp1, _temp2; if (_postfixFomular[j] == ' ') { _temp_str = _postfixFomular.Substring(_pos, j - _pos); _pos = j + 1; switch (_temp_str) { 49 case "U": _stack_value.Push(listValue[0]); break; case "R": _stack_value.Push(listValue[1]); break; case "I": _stack_value.Push(listValue[2]); break; case "U1": _stack_value.Push(listValue[3]); break; case "R1": _stack_value.Push(listValue[4]); break; case "I1": _stack_value.Push(listValue[5]); break; case "U2": _stack_value.Push(listValue[6]); break; case "R2": _stack_value.Push(listValue[7]); break; case "I2": _stack_value.Push(listValue[8]); break; case "Q": _stack_value.Push(listValue[9]); break; case "A": _stack_value.Push(listValue[10]); break; case "t": _stack_value.Push(listValue[11]); break; case "A1": _stack_value.Push(listValue[12]); break; case "Q1": _stack_value.Push(listValue[13]); break; case "A2": _stack_value.Push(listValue[14]); break; case "Q2": _stack_value.Push(listValue[15]); break; case "U3": _stack_value.Push(listValue[16]); break; case "R3": _stack_value.Push(listValue[17]); break; case "I3": _stack_value.Push(listValue[18]); break; case "A3": _stack_value.Push(listValue[19]); break; case "Q3": _stack_value.Push(listValue[20]); 50 break; case "A12": _stack_value.Push(listValue[21]); break; case "Q12": _stack_value.Push(listValue[22]); break; case "1": _stack_value.Push(1); break; case "+": _temp2 = _stack_value.Pop(); _temp1 = _stack_value.Pop(); _stack_value.Push(_temp1 + _temp2); break; case "-": _temp2 = _stack_value.Pop(); _temp1 = _stack_value.Pop(); _stack_value.Push(_temp1 - _temp2); break; case "*": _temp2 = _stack_value.Pop(); _temp1 = _stack_value.Pop(); _stack_value.Push(_temp1 * _temp2); break; case "/": _temp2 = _stack_value.Pop(); _temp1 = _stack_value.Pop(); _stack_value.Push(_temp1 / _temp2); break; case "sqrt": _temp2 = _stack_value.Pop(); _stack_value.Push(Math.Sqrt(_temp2)); break; } } } for (int j = 0; j < num_arg; j++ ) { if (listRules[listRulesUsed[i]][j] == 1) { //listValue[j] = Math.Round(_stack_value.Pop(), 2); listValue[j]=_stack_value.Pop(); break; } } } } 51 5.7 GIAO DIỆN 52 5.8 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THỬ NGHIỆM 5.8.1 Hướng dẫn sử dụng - Nhập đề - Click button "Giải" để xem lời giải - Muốn lưu lời giải click button "Lưu lời giải" để lưu - Khi cần tính tốn chọn button "Làm mới" -Click X để thoát chương trình 5.8.2 Hướng dẫn nhập đề Quy định nhập tốn: Chú ý: Chương trình áp dụng cho mạch có tối đa điện trở Đề gồm có dịng : - Dịng 1: + Nhập loại mạch , sử dụng kí hiệu sau để mơ tả toán: nt : nối tiếp ss : song song : gom cụm mạch điện + Kết thúc dịng dấu ":" ";" Ví dụ đề : " R1 nối tiếp với R2 tất mắc song song với R3" 53 nhập " ss R3;" Ngồi cịn có loại mạch: +Mạch R ( mạch có điện trở R) + R1 nt R2 ( điện trở R1 mắc nối tiếp với điện trở R2) + R1 ss R2 ( điện trở R1 mắc song song với điện trở R2) + R1 nt R2 nt R3 ( điện trở mắc nối tiếp với nhau) + R1 ss R2 ss R3 ( điện trở mắc song song với nhau) + ss R3 ( điện trở R1 mắc nối tiếp với điện trở R2 tất mắc song song với điện trở R3) + R1 nt ( điện trở R2 mắc song song với điện trở R3 tất mắc nối tiếp với điện trở R1) + nt R3 ( điện trở R1 mắc song song với điện trở R2 tất mắc nối tiếp với điện trở R3) + R1 ss ( điện trở R2 mắc nối tiếp với điện trở R3 tất mắc song song với điện trở R1) + ss R2 ( điện trở R1 mắc nối tiếp với điện trở R3 tất mắc song song với điện trở R2) + nt R2 ( điện trở R1 mắc song song với điện trở R3 tất mắc nối tiếp với điện trở R3) + -Dòng 2: 54 + Nhập giá tri cho yếu tố yếu tố dấu phẩy ( ",") + Kết thúc dịng dấu phẩy "," Ví dụ: "U = 2, R1 = 4, U2 = 3," -Dịng 3: + Nhập yếu tố cần tính theo mẫu: " Tính: X" , X yếu tố cần tính + Kết thúc dịng dấu chấm "." Ví dụ: "Tính: A " -Ví dụ: Mạch R; R=5,I=10, Tính:U R1ntR2; R1=5,R2=10,I=2, Tính:U 55 5.8.3 Chạy thử 5.8.3.1 Mở chương trình 5.8.3.2 Nhập đề 56 5.8.3.3 Giải 5.8.3.4 Lưu lời giải 57 5.8.3.5 Làm 58 5.8.3.6 Xem hướng dẫn nhập đề 5.8.3.7 Xem hướng dẫn sử dụng 59 5.8.3.8 Form Giới thiệu 60 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN , ĐÁNH GIÁ 6.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Chương trình chạy tốt, giải hầu hết tốn mạch điện chiều có tối đa điện trở - Độ xác cao - Đưa đáp án lời giải gần gũi với giải thực tế học sinh - Phần nhập đề gần gũi với cách đưa đề giáo viên SGK 6.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI - Thỉnh thoảng chạy chương bị lỗi - Đối với số liệu khơng chuẩn (ví dụ mA- miliAmpe ) người dùng phải tự đổi liệu chuẩn ( ví dụ A – Ampe) trước nhập vào chương trình - Miền tri thức chương trình cịn hạn hẹp - Cách cài đặt chương trình khó để phát triển, mở rộng quy mơ chương trình sau - Cách nhập đề chương trình cịn khó học sinh ( cần phải đọc hướng dẫn sử dụng trước dùng ) 61 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Cài đặt lại chương trình cách tổng qt hóa để dễ dàng nâng cấp , mở rộng tương lai - Mở rộng phạm vi tri thức chương trình – đặc biệt vấn đề cần suy diễn dựa công thức mà không cần suy diễn trừu tượng mà kết Ví dụ : Điện tích, điện trường… - Đơn giản hóa mức tối đa cách nhập đề - Làm đẹp giao diện để thân thiệt người dùng – tạo cảm giác lý thú , tránh nhàm chán 6.4 ĐÁNH GIÁ NỘI BỘ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình vật lý 11 Xây dựng Hệ tính tốn thơng minh - Xây dựng phát triển mơ hình biểu diễn tri thức cho hệ giải toán tự động – ĐỖ VĂN NHƠN Slide Các HCSTT – Vũ Hồng Sơn Mơ hình tri thức đối tượng tính tốn – Hồng Kiếm, Đỗ Văn Nhơn MẠNG INTERNET 63