Báo cáo phương pháp luận nghiên cứu khoa học

Trang 1

Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Page 1

Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU

KHOA HỌC

Khoa : Khoa học máy tính

Lớp : CNTN01 GVHD : GS-TSKH Hoàng Văn Kiếm Sinh Viên : Hồ Long Vân

MSSV : 06520558

HCM, 2009

Trang 2

Lời Cảm Ơn

Để có thể hoàn thành tốt bài báo cáo, trước tiên tôi gởi lời chân thành cảm ơn đến GS-TSKH Hoàng Văn Kiếm đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ trong thời gian thực hiện báo cáo

Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, cảm ơn các anh chị, bạn bè, những người luôn sát cánh, động viên tôi trên bước đường học tập cũng như trong cuộc sống Xin chân thành biết ơn sự tận tình dạy dỗ và sự giúp đỡ của tất cả quý thầy cô tại trường Đại học Công Nghệ Thông Tin, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Khoa học máy tính, cảm ơn thầy Trịnh Quốc Sơn đã tạo điều kiện thuận lợi về mặt tinh thần, cung cấp tài liệu trong quá trình học tập môn học Tất cả các kiến thức mà nhà trường và quý thầy cô đã truyền đạt là hành trang to lớn để tôi mang theo trên con đường học tập, làm việc và nghiên cứu cũng như trong quá trình hoàn thiện nhân cách của mình

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2009

Sinh viên

Hồ Long Vân

Trang 3

Mục lục

I Khoa học và nghiên cứu khoa học 5

I.1 Khái niệm khoa học 5

I.2 Nghiên cứu khoa học 5

I.3 Đề tài nghiên cứu khoa học 6

I.3.1 Khái niệm đề tài… 6

I.3.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 6

I.3.3 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 6

II Phương pháp luận sáng tạo và đổi mới trong khoa học 7

II.1 Khái niệm 7

II.2 Ý nghĩa 7

III Nội dung chính trong Phương Pháp Luận Sáng Tạo Và Đổi Mới trong Tin học 8

III.1 Vấn đề khoa học 8

III.1.1 Khái niệm 8

III.1.2 Phân loại 8

III.1.3 Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học 8

III.2 Phương pháp giải quyết vấn đề khoa học về phát minh, sáng chế 8

III.2.1 Có 5 phương pháp 8

III.2.2 Có 40 thủ thuật 9

III.3 Các phương pháp giải quyết vấn đề tổng quát 10

III.3.1 Các phương pháp phân tích vấn đề 10

III.3.2 Các phương pháp tổng hợp vấn đề 10

III.4 Các phương pháp giải quyết vấn đề trong tin học 10

IV Sử dụng nguyên tắc phân nhỏ và kết hợp giải quyết bài toán trong tin học 11

IV.1 Xây dựng “Mô hình mạng tính toán” theo nguyên tắc phân nhỏ 11

IV.1.1 Nhắc lại nguyên tắc phân nhỏ 11

Trang 4

IV.1.2 Các vấn đề trong mạng tính toán 11

IV.1.2.1 Các quan hệ trong mạng tính toán 12

IV.1.2.2 Mạng tính toán và các kí hiệu 12

IV.1.2.3 Bài toán trên mạng tính toán 12

IV.1.2.4 Lời giải của bài toán 13

IV.1.2.5 Ví dụ và nhận xét 15

IV.2 Xây dựng “Mô hình mạng các đối tượng tính toán” theo nguyên tắc kết hợp 16 IV.2.1 Nhắc lại nguyên tắc kết hợp 16

IV.2.2 Các vấn đề trong mạng đối tượng tính toán 17

IV.2.2.1 Định nghĩa mạng đối tượng tính toán 18

IV.2.2.2 Quan hệ giữa các đối tượng trong mạng tính toán… 18

IV.2.2.3 Các kí hiệu trong mạng tính toán 18

IV.2.2.4 Bài toán trên mạng các đối tượng tính toán 20

IV.2.2.5 Lời giải của bài toán 20

IV.2.2.6 Ví dụ và nhận xét 22

V Ứng dụng mô hình Mạng Tính Toán cài đặt bài toán Giải Tam Giác 24

VI Hướng Phát Triển 25

VII Suy nghĩ bản thân về môn học 25

VIII TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

Trang 5

PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU SÁNG TẠO

TRONG KHOA HỌC

I Khoa học và nghiên cứu khoa học

I.1 Khái niệm khoa học

Khoa học là quá trình nghiên cứu nhằm khám phá ra những kiến thức mới, học

thuyết mới … về tự nhiên và xã hội Những kiến thức hay học thuyết mới này tốt hơn có thể thay thế dần những cái cũ không còn phù hợp Thí dụ: Quan niệm thực vật là vật thể không có cảm giác được thay thế bằng quan niệm thực vật có cảm nhận

Như vậy, khoa học bao gồm một hệ thống tri thức về qui luật của vật chất và sự vận động của vật chất, những quy luật của tự nhiên, xã hội và tư duy Hệ thống tri thức có thể chia ra làm 2 loại: tri thức kinh nghiệm và tri thức khoa học

* Tri thức kinh nghiệm: là những hiểu biết được tích lũy qua hoạt động sống hàng

ngày trong mối quan hệ giữa người với người và giữa con người với thiên nhiên Tuy nhiên, tri thức kinh nghiệm chưa thật sự đi sâu vào bản chất, chưa thấy được hết các thuộc tính của sự vật và mối quan hệ bên trong giữa sự vật và con người Vì vậy, tri thức kinh nghiệm chỉ phát triển đến một hiểu biết giới hạn nhất định, nhưng tri thức kinh nghiệm là cơ sở cho sự hình thành tri thức khoa học

* Tri thức khoa học: là những hiểu biết được tích lũy một cách có hệ thống nhờ

hoạt động nghiên cứu khoa học, các họat động này có mục tiêu xác định và sử dụng

phương pháp khoa học Không giống như tri thức kinh nghiệm, tri thức khoa học dựa trên kết quả quan sát, thu thập được qua những thí nghiệm và qua các sự kiện xảy ra ngẫu nhiên trong hoạt động xã hội, trong tự nhiên Tri thức khoa học được tổ chức trong khuôn khổ các ngành và bộ môn khoa học như: triết học, sử học, kinh tế học, toán học, sinh học,…

I.2 Nghiên cứu khoa học

Nghiên cứu khoa học là hoạt động tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc thử nghiệm

Dựa trên những số liệu, tài liệu, kiến thức… đạt được từ các thí nghiệm nghiên cứu khoa

học để phát hiện ra những cái mới về bản chất sự vật, về thế giới tự nhiên, xã hội và để

sáng tạo phương pháp và phương tiện kĩ thuật mới cao hơn, giá trị hơn

Trang 6

I.3 Đề tài nghiên cứu khoa học

I.3.1 Khái niệm đề tài

Đề tài là một hình thức tổ chức nghiên cứu khoa học do một người hoặc một nhóm

người thực hiện Thực hiện đề tài là để trả lời những câu hỏi mang tính học thuật, có thể chưa để ý đến việc ứng dụng trong hoạt động thực tế

I.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu: là bản chất của sự vật hay hiện tượng cần xem xét và làm

rõ trong nhiệm vụ nghiên cứu

* Phạm vi nghiên cứu: đối tượng nghiên cứu được khảo sát trong trong phạm vi

nhất định về mặt thời gian, không gian và lĩnh vực nghiên cứu

I.3.3 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

Khi viết đề cương nghiên cứu, một điều rất quan trọng là làm sao thể hiện được mục tiêu và mục đích nghiên cứu mà không có sự trùng lấp lẫn nhau Vì vậy, cần thiết để phân biệt sự khác nhau giữa mục đích và mục tiêu

* Mục đích: là hướng đến một điều gì hay một công việc nào đó trong nghiên cứu

mà người nghiên cứu mong muốn để hoàn thành, nhưng thường thì mục đích khó có thể

đo lường hay định lượng Mục đích trả lời câu hỏi “nhằm vào việc gì?”, hoặc “để phục

vụ cho điều gì?” và mang ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu, nhắm đến đối tượng phục vụ

sản xuất, nghiên cứu

* Mục tiêu: là thực hiện hoạt động nào đó cụ thể, rõ ràng mà người nghiên cứu sẽ hoàn thành theo kế hoạch đã đặt ra trong nghiên cứu Mục tiêu có thể đo lường hay định

lượng được Nói cách khác, mục tiêu là nền tảng hoạt động của đề tài và làm cơ sở cho

việc đánh giá kế hoạch nghiên cứu đã đưa ra và là điều mà kết quả phải đạt được Mục

tiêu trả lời câu hỏi “làm cái gì?”

Thí dụ: phân biệt mục đích và mục tiêu của đề tài sau đây

Đề tài: “Phương pháp gom cụm tài liệu theo ngữ nghĩa trong ứng dụng tin học”

- Mục đích của đề tài: giúp cho người dùng quản lý tốt tài liệu cá nhân trong máy

tính

- Mục tiêu của đề tài:

+ Tìm ra được phương pháp cho phép gom cụm tài liệu theo ngữ nghĩa

+ Hiện thực được phương pháp nêu ra bằng 1 ứng dụng cụ thể

Trang 7

II Phương pháp luận sáng tạo và đổi mới trong khoa học

II.1 Khái niệm

Phương pháp luận sáng tạo và đổi mới là phần ứng dụng của Khoa học về sáng tạo, bao gồm hệ thống các phương pháp và các kĩ năng cụ thể giúp nâng cao năng suất và hiệu quả, về lâu dài tiến tới điều khiển tư duy sáng tạo của người sử dụng

II.2 Ý nghĩa

Suốt cuộc đời, mỗi người chúng ta dùng suy nghĩ rất nhiều (có thể nói là hằng

ngày) Từ việc trả lời những câu hỏi bình thường như “Hôm nay ăn gì? Mặc gì? Làm gì?

Mua gì? Xem gì? Đi đâu? ” đến làm các bài tập trên trường lớp, hoặc chọn ngành nghề

đào tạo, lo sức khỏe, việc làm, thu nhập, hôn nhân, nhà ở, giải quyết các vấn đề nảy sinh trong công việc, trong quan hệ xã hội, gia đình, nuôi dạy con cái… tất tần tật đều đòi hỏi phải suy nghĩ và chắc chắn rằng ai cũng muốn suy nghĩ tốt, ra những quyết định đúng để

“đời là bể khổ” trở thành “bể sướng”

Chúng ta tuy được đào tạo và làm những ngành nghề khác nhau nhưng có lẽ có một nghề chung, giữ nguyên suốt cuộc đời và là cần thiết cho tất cả mọi người Đó là

“nghề” suy nghĩ và hành động giải quyết các vấn đề gặp phải trong suốt cuộc đời nhằm

thỏa mãn các nhu cầu chính đáng của cá nhân mình, đồng thời thỏa mãn các nhu cầu để

xã hội tồn tại và phát triển Nhìn dưới góc độ này, Phương Pháp Luận Sáng Tạo Và Đổi

Mới giúp trang bị loại nghề chung nói trên, góp phần bổ sung cho giáo dục, đào tạo hiện

nay, chủ yếu chỉ đào tạo các nhà chuyên môn Nhà chuyên môn có thể giải quyết tốt các vấn đề chuyên môn nhưng nhiều khi không giải quyết tốt các vấn đề ngoài chuyên môn,

do vậy không thực sự hạnh phúc như ý

Các nghiên cứu cho thấy, phần lớn mọi người thường suy nghĩ một cách tự nhiên như đi lại, ăn uống, hít thở mà ít khi suy nghĩ về chính suy nghĩ của mình xem nó hoạt động ra sao để cải tiến, làm suy nghĩ của mình trở nên tốt hơn như người ta thường cải tiến các dụng cụ, máy móc dùng trong sinh hoạt và công việc Cách suy nghĩ tự nhiên nói trên có năng suất, hiệu quả rất thấp và nhiều khi trả giá đắt cho các quyết định sai Tóm

lại, cách suy nghĩ tự nhiên ứng với việc lao động bằng xẻng thì Phương Pháp Luận Sáng

Tạo Và Đổi Mới là máy xúc với năng suất và hiệu quả cao hơn nhiều Nếu xem bộ não

của mỗi người là máy tính tinh xảo – đỉnh cao tiến hóa và phát triển của tự nhiên thì phần mềm (cách suy nghĩ) tự nhiên đi kèm với nó chỉ khai thác một phần rất nhỏ tiềm năng

của bộ não Phương Pháp Luận Sáng Tạo Và Đổi Mới là phần mềm tiên tiến giúp máy

Trang 8

tính – bộ não hoạt động tốt hơn nhiều Nếu như cần “học ăn, học nói, học gói, học mở” thì “học suy nghĩ” cũng cần thiết cho tất cả mọi người

Tóm lại, Phương Pháp Luận Sáng Tạo Và Đổi Mới đóng góp rất tích cực trong

việc biến thông tin thành tri thức, tri thức đã biết thành tri thức mới với các ích lợi toàn diện, không chỉ riêng về mặt kinh tế

III Những nội dung chính trong Phương Pháp Luận Sáng Tạo

Và Đổi Mới trong Tin học

III.1 Vấn đề khoa học

III.1.1 Khái niệm

Vấn đề khoa học (scientific problem) còn gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) là câu hỏi đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn

III.1.2 Phân loại

Nghiên cứu khoa học luôn tại 2 vấn đề:

3) Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường

4) Quan sát những vướng mắt trong thực tiễn

5) Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn

6) Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào đó

III.2 Phương pháp giải quyết vấn đề khoa học về phát minh, sáng chế

Trang 9

 Chia các đối tượng thành các thành phần độc lập

 Làm đối tượng thành các thành phần tháo ráp

 Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng

Ví dụ:

Trong kỹ thuật lập trình, ai cũng biết một nguyên tắc cơ bản là modul hóa, nghĩa là phân nhỏ chương trình thành nhiều modul độc lập gọi là các chương trình con, thể nhiên chúng là các hàm hoặc các procedure

 Nguyên tắc 2: Nguyên tắc tách khỏi

 Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chất năng khác nhau

 Mỗi phần của đối tượng phải có các chất năng khác nhau

Ví dụ:

Trong một đọan chương trình, cần phân biệt các phẩm chất cục bộ: ở đâu là lõi của phần chương trình, phần nào là những thao tác phụ Chẳng hạn, in tất cả các số nguyên trong phạm vi [2.10000] và yêu cầu in ra: mỗi hàng có 8 số nguyên tố, mỗi trang

có 20 hàng, tạm dừng Như vậy, lõi của chương trình là phần kiểm tra n có phải số nguyên tố không, nếu phải thì in ra

 Nguyên tắc 4: Nguyên tắc phản đối xứng

Trang 10

III.3 Các phương pháp giải quyết vấn đề tổng quát

Với thông tin ban đầu và cần giải quyết, ta có mô hình như sau:

Hình 1 Mô hình giải quyết vấn đề tổng quát III.3.1 Các phương pháp phân tích vấn đề

+ Phân chia vấn đề + Phân loại vấn đề + Phân công vấn đề + Phân cấp bài toán + Phân tích

III.3.2 Các phương pháp tổng hợp vấn đề

+ Tổ hợp + Đối hợp + Tích hợp + Kết hợp + Tổng hợp theo không gian và thời gian

III.4 Các phương pháp giải quyết vấn đề trong tin học

+ Phương pháp trực tiếp + Phương pháp gián tiếp

 Phương pháp Thử Sai

 Phương pháp Heuristic

 Phương pháp Trí Tuệ Nhân Tạo

Trang 11

IV Sử dụng nguyên tắc “phân nhỏ” và “kết hợp” giải quyết

bài toán trong tin học

IV.1 Xây dựng “Mô hình mạng tính toán” theo nguyên tắc phân nhỏ

Một trong những vấn đề “nóng hổi” đang được quan tâm trong “Trí Tuệ Nhân

Tạo” là nghiên cứu các phương pháp biểu diễn và xử lý tri thức Trên cơ sở đó có thể tạo

ra những chương trình “thông minh” ở một mức độ nào đó Trong nhiều lĩnh vực ta

thường gặp những vấn đề đặt ra dưới dạng như sau: thực hiện những tính toán hay suy diễn những yếu tố cần thiết từ một số yếu tố đã biết Để giải quyết vấn đề này người ta phải vận dụng một số hiểu biết (tri thức) nào đó về những liên hệ giữa các yếu tố đang được xem xét và nhờ những liên hệ này giúp ta có thể suy ra được một số yếu tố mới từ giả thiết đã biết

Để giải quyết vấn đề có dạng như trên, với việc áp dụng nguyên tắc phân nhỏ, Tiến Sĩ Đỗ Văn Nhơn đã đưa ra mô hình biểu diễn và xử lý tri thức “Mạng Tính Toán”

IV.1.1 Nhắc lại nguyên tắc phân nhỏ

Nội dung:

+ Chia đối tượng thành các phần độc lập

+ Làm đối tượng trở nên tháo lắp được

+ Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng

Nhận xét quan trọng:

+ Từ “đối tượng” trong nguyên tắc này cần hiểu theo nghĩa rộng Đó có thể là bất

kì cái gì có khả năng phân nhỏ được, không nhất thiết phải là đối tượng kĩ thuật

+ Từ “độc lập” cần được hiểu theo nghĩa tương đối với nhiều mức độ độc lập khác

nhau Không nên hiểu duy nhất một nghĩa là độc lập tuyệt đối là phần cho trước hoàn toàn không tương tác với các phần khác, các đối tượng khác

+ Thủ thuật này thường dùng trong những trường hợp khó làm “trọn gói”,

“nguyên khối”, “một lần” Nói cách khác, phân nhỏ ra cho vừa sức, cho dễ thực hiện, cho phù hợp với phương tiện hiện có

+ Phân nhỏ đặc biệt hay dùng trong những trường hợp có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn như trong các phản ứng hóa học, tạo sự cháy nổ, trao đổi nhiệt…

+ Sự thay đổi về lượng dẫn đến sự thay đổi về chất, cho nên phân nhỏ có thể làm đối tượng có thêm những tính chất mới, thậm chí ngược với những tính chất đã có

+ Nguyên tắc phân nhỏ hay dùng với các nguyên tắc: tách khỏi, phẩm chất cục bộ,

kết hợp, vạn năng, linh động…

IV.1.2 Các vấn đề trong mạng tính toán

Mô hình mạng tính toán được khái quát là một mạng ngữ nghĩa chứa các biến và những quan hệ có thể cài đặt và sử dụng được cho việc tính toán Một mạng tính toán bao gồm một tập hợp các biến cùng với một tập các quan hệ tính toán giữa các biến Trong ứng dụng cụ thể, mỗi biến và giá trị của nó thường gắn liền với một khái niệm cụ thể về

sự vật, mỗi quan hệ thể hiện một sự tri thức về sự vật

Trang 12

IV.1.2.1 Các quan hệ trong mạng tính toán

Cho M = {x1,x2,…,xm} là một tập hợp các biến có thể lấy giá trị trong các miền xác định tương ứng D1, D2,…, Dm Đối với mỗi quan hệ R  D1xD2x…xDm trên các tập hợp D1, D2,…, Dm ta nói rằng quan hệ này liên kết các biến x1, x2,…, xm và kí hiệu là R(x1, x2,…, xm) hay vắn tắt là R(x) (kí hiệu x dùng chỉ bộ biến < x1, x2,…, xm >) Ta có thể thấy rằng quan hệ R(x) có thể được biểu diễn bởi một ánh xạ fR,u,v với u  v = x và ta viết: fR,u,v: u v, hay vắn tắt là f: u v

Ví dụ: quan hệ giữa 3 góc A, B, C trong tam giác ABC cho bởi hệ thức:

IV.1.2.3 Bài toán trên mạng tính toán

Cho một mạng tính toán (M,F), M là tập các biến và F là tập các quan hệ Giả sử

có một tập biến A  M đã được xác định và B là một tập biến bất kỳ trong M

Các vấn đề đặt ra

1 Có thể xác định được tập B từ tập A nhờ các quan hệ trong F hay không?

2 Nếu có thể xác định được B từ A thì quá trình tính toán giá trị của các biến

thuộc B như thế nào?

3 Trong trường hợp không thể xác định được B, thì cần cho thêm điều kiện gì để

có thể xác định được B

Bài toán xác định B từ A trên mạng tính toán (M,F) được viết dưới dạng: A  B trong đó A được gọi là giả thiết, B được gọi là mục tiêu tính toán của bài toán

Định nghĩa 1

Bài toán A  B được gọi là giải được khi có thể tính toán được giá trị các biến

thuộc B xuất phát từ giả thiết A Ta nói rằng một dãy các quan hệ f1, f2, , fk  F là

một lời giải của bài toán A  B nếu như ta lần lượt áp dụng các quan hệ fi (i=1, ,k) xuất

Trang 13

phát từ giả thiết A thì sẽ tính được các biến thuộc B Lời giải f1, f2, , fk được gọi là lời

giải tốt nếu không thể bỏ bớt một số bước tính toán trong quá trình giải, tức là không thể

bỏ bớt một số quan hệ trong lời giải

Việc tìm lời giải cho bài toán là việc tìm ra một dãy quan hệ để có thể áp dụng suy

ra được B từ A Điều này cũng có nghĩa là tìm ra được một quá trình tính toán để giải bài toán

Định nghĩa 2

Cho D = f1, f2, , fk là một dãy quan hệ của mạng tính toán (M,F), A là một tập

con của M Ta nói dãy quan hệ D là áp dụng được trên tập A khi và chỉ khi ta có thể lần

lượt áp dụng được các quan hệ f1, f2, , fk xuất phát từ giả thiết A

IV.1.2.4 Lời giải của bài toán

Tiếp theo trình bày cách tìm ra lời giải cho bài toán A  B trên mạng tính toán (M,F)

Mệnh đề: dãy quan hệ D là một lời giải của bài toán A  B khi và chỉ khi D áp dụng được trên A và D(A)  B

Do mệnh đề trên, để tìm một lời giải ta có thể làm như sau: Xuất phát từ giả thiết

A, thử áp dụng các quan hệ để mở rộng dần tập các biến có giá trị được xác định, quá trình này tạo ra một sự lan truyền tính xác định trên tập các biến cho đến khi đạt đến tập biến B Dưới đây là thuật toán tìm một lời giải cho bài toán A  B trên mạng tính toán (M,F)

Thuật toán 1: Tìm một lời giải cho bài toán A B

Nhập:

+ Mạng tính toán (M,F) + Tập giả thiết A  M + Tập biến cần tính B  M

Xuất: Lời giải cho bài toán A  B

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	1,39 MB