Nghiên cứu những vấn đề tri thức trong hệ cơ sở tri thức

S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đại học thái nguyên Tr-ờng đại học CÔNG NGHệ THÔNG TIN Và TRUYềN THÔNG NG TH THO NGHIấN CU NHNG VN TRI THC TRONG H C S TRI THC LUN VN THC S KHOA HC MY TNH thái nguyên - năm 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ®¹i häc th¸i nguyªn Tr-êng ®¹i häc C¤NG NGHÖ TH¤NG TIN Vµ TRUYÒN TH¤NG ĐẶNG THỊ THẢO [ NGHIÊN CỨU NHỮNG VẤN ĐỀ TRI THỨC TRONG HỆ CƠ SỞ TRI THỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60.48.01 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ BÁ DŨNG Thái Nguyên, 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Đặng Thị Thảo Lớp: Cao học K11G Khóa học: 2012 - 2014 Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số chuyên ngành: 60 48 01 Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Bá Dũng Cơ quan công tác: Viện công nghệ thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu những vấn đề tri thức trong hệ cơ sở tri thức” này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 28 tháng 8 năm 2014 Học viên Đặng Thị Thảo ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo Viện công nghệ thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy cũng như tạo mọi điều kiện để tôi học tập và nghiên cứu trong 2 năm học cao học. Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Lê Bá Dũng đã cho tôi nhiều sự chỉ bảo quý báu, đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi các thiếu sót, rất mong tiếp tục nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, các cô giáo, các bạn đồng nghiệp đối với đề tài nghiên cứu của tôi để đề tài được hoàn thiện hơn. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 28 tháng 8 năm 2014 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRI THỨC 3 1.1. Khái niệm về tri thức 3 1.1.1. Thông tin, dữ liệu và tri thức 3 1.1.2. Phân loại tri thức 4 1.2. Công nghệ xử lý của tri thức 5 1.2.1. Thu thập tri thức (Kiến thức kế thừa từ các nguồn khác nhau) 7 1.2.2. Biểu diễn tri thức 8 1.3. Một số phương pháp biểu diễn tri thức 9 1.3.1. Biểu diễn tri thức sử dụng luật dẫn xuất (luật sinh) 9 1.3.2. Biểu diễn tri thức nhờ mệnh đề logic 13 1.3.3. Biểu diễn tri thức nhờ mạng ngữ nghĩa 14 1.3.4. Biểu diễn tri thức nhờ các khung 16 1.4. Suy diễn và suy luận 17 1.4.1. Phương pháp suy diễn tiến 17 1.4.2. Phương pháp suy diễn lùi 18 1.5. Kết luận chương 19 CHƯƠNG 2: THẨM ĐỊNH ĐÁNH GIÁ HỆ CƠ SỞ TRI THỨC 20 2.1. Hệ cơ sở tri thức (Knowledge Base System - KBS) 20 2.1.1. Hệ cơ sở tri thức là gì? 20 2.1.2. Thành phần cơ bản hệ cơ sở tri thức 21 2.2. Các vấn đề tri thức 23 2.2.1. Sự mâu thuẫn trong cơ sở tri thức 24 2.2.2. Tri thức dư thừa 24 2.2.3. Tri thức gộp 24 2.2.4. Tri thức mâu thuẫn 24 iv 2.3 Tổng quan về tri thức mờ 24 2.4. Đánh giá xác minh một cơ sở tri thức 36 2.4.1. Luật dư thừa 38 2.4.2. Luật xung đột 39 2.4.3. Luật gộp 39 2.4.4. Luật tạo ra hình vòng 39 2.4.5. Phần điều kiện không cần thiết 40 2.4.6. Luật cụt 40 2.4.7. Thiếu luật 40 2.4.8. Luật không đạt 41 2.5. Thẩm định, đánh giá hệ cơ sở tri thức cho luật mờ 41 2.5.1. Khái nhiệm cơ bản 41 2.5.2. Tính chất đầy đủ (Completeness) của hệ cơ sở tri thức mờ 42 2.5.3. Tính nhất quán của hệ cơ sở tri thức mờ 43 2.5.4. Tính chính xác của hệ cơ sở tri thức mờ 45 2.6. Kết luận chương 45 CHƯƠNG 3: THẨM ĐỊNH ĐÁNH GIÁ HỆ CƠ SỞ TRI THỨC CHO HỆ LUẬT MỜ CỦA BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 46 3.1. Giới thiệu bài toán 46 3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ 49 3.2.1. Hệ luật điều khiển 49 3.2.2. Tập mờ của các biến vào – ra 51 3.2.3. Cấu trúc hệ thống 52 3.3. Tối giản hệ luật 53 3.3.1. Đặt vấn đề 53 3.3.2. Đánh giá và rút gọn hệ luật 53 3.4. Kết quả mô phỏng 57 3.5. Đánh giá 59 3.6. Kết luận chương 60 KẾT LUẬN 61 1. Kết quả thu được 61 2. Hướng nghiên cứu tiếp theo 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng minh họa vị từ 13 Bảng 3.1 Bảng cơ sở luật 50 Bảng 3.2 Hệ luật mới 57 Bảng 3.3 Giá trị đặt khi thực hiện mô phỏng hệ thống 58 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Định nghĩa hẹp quy trình của công nghệ xử lý tri thức 6 Hình 1.2 định nghĩa rộng của quá trình công nghệ xử lý tri thức 7 Hình 1.3 Nền tảng của công nghệ hệ chuyên gia dựa trên luật hiện đại 17 Hình 2.1 Các thành phần của hệ cơ sở tri thức 21 Hình 2.2 Sự mâu thuẫn cú pháp trong luật cơ sở 38 Hình 2.3 Hiệu đầu vào của hệ tri thức mờ 42 Hình 3.1 Tổng quan chung của quá tình xử lý nước thải dùng bùn hoạt tính [12] 47 Hình 3.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển DO 48 Hình 3.3 Hàm thuộc của các tập mờ đối với biến e, ce 51 Hình 3.4 Hàm thuộc của các tập mờ đối với biến u 51 Hình 3.5 Mặt quan hệ vào ra tương ứng với hệ luật 52 Hình 3.6 Mặt quan hệ vào ra tương ứng với hệ luật mới 57 Hình 3.7 Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển DO 58 Hình 3.8 Đáp ứng của hệ thống với các bộ điều khiển 59 Hình 3.9 Đáp ứng hệ thống với giá trị tham chiếu = 2 59 Hình 3.10 Đáp ứng hệ thống với giá trị tham chiếu = 1 59 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo KBS Knowledge-Based Systems Hệ cơ sở tri thức TSK Takagi – Sugeno – Kang Mô hình Takagi - Sugeno ES Hệ chuyên gia SRP Similarity of rule premise Tính tương tự của phần điều kiện SRC Similarity of rule conclusions Tính tương tự của phần kết luận NB Negative Big Cực âm lớn N Negative Cực âm NS Negative Small Cực âm nhỏ ZE Zero PS Positive Small Cực dương nhỏ P Positive Cực dương PB Positive Big Cực dương lớn MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, chúng ta đang sống trong một thế giới ngập tràn tri thức. Nhiều ngành vẫn có các máy móc trợ giúp công việc và càng ngày máy móc càng khẳng định vị trí và vai trò của mình trong việc tăng năng xuất lao động. Những điều này đã được khẳng định trong lịch sử phát triển của loài người. Khi con người càng có trí tuệ thì càng đòi hỏi các thiết bị phải tự động hơn và thông minh hơn. Do đó máy móc phải có khả năng xử lý tình huống và thu thập tri thức tự động giống như con người. Vì thế các công cụ và công nghệ thu thập tri thức tự động đang được quan tâm xây dựng và phát triển. Các công cụ và công nghệ này được xây dựng và phát triển nhằm mục đích hỗ trợ cho hệ chuyên gia thu thập tri thức để giúp cho quá trình tạo quyết định và tổ chức tri thức cho hệ chuyên gia.Tuy rằng có nhiều quan điểm khác nhau về vai trò của con người và máy móc nhưng chúng ta không thể phủ nhận vai trò của máy móc đối với cuộc sống của con người hiện đại hôm nay, đặc biệt là các máy thông minh hay các hệ chuyên gia. Vì vậy theo thời gian nhu cầu của con người về các hệ thống này càng ngày càng cấp thiết. Do đó, các công cụ và công nghệ thu thập tri thức cho các hệ chuyên gia hoạt động và tạo quyết định là một vấn đề then chốt để xây dựng một hệ chuyên gia hoàn chỉnh và có thể hoạt động như một chuyên gia. Một yêu cầu cần thiết khi xây dựng các hệ thống thông minh sử dụng công cụ của tính toán mềm [1, 2], hay các công cụ của trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia ….cần phải thu thập tri thức. Các tri thức thu thập được thực hiện từ các nguồn khác nhau như: tri thức từ các chuyên gia, từ tài liệu sách vở [4, 5], từ thực nghiệm, … Hoặc có thể thu thập tri thức từ các phương pháp tự động như sử dụng công cụ của tính toán mềm [2, 6, 7, 8]. Thực tế khi xây dựng các hệ thống thông minh thì các tri thức thu thập được chưa thể chính xác, hoàn hảo và đầy đủ. Do vậy các nhà thiết kế các hệ xử lý thông minh cần phải thực hiện các phương pháp tiếp theo để có thể có được một hệ thống thông minh đáp ứng được yêu cầu đề ra. Việc ra các quyết định tham khảo các tiêu chí thoả mãn các chuẩn đề ra, theo các tri thức của các chuyên gia là một điều cần thiết, vì vậy được sự gợi ý của thầy hướng dẫn em chọn đề tài. “Nghiên cứu những vấn đề tri thức trong hệ cơ sở tri thức”. [...]...2 Nghiên cứu những vấn đề tri thức trong hệ cơ sở tri thức Giúp cho các hệ tri thức hoạt động đảm bảo hơn có ý nghĩa khoa học và thực tế hơn Những nội dung nghiên cứu chính của luận văn bao gồm: Giới thiệu Chương 1: Tổng quan về tri thức Chương 2: Thẩm định đánh giá hệ cơ sở tri thức Chương 3: Thẩm định đánh giá hệ cơ sở tri thức cho hệ luât mờ của bài toán điều khiển Kết luận và hướng phát tri n... Công nghệ xử lý tri thức, bao gồm quá trình thu thập, các phương pháp biểu diễn và sử dụng tri thức Biểu diễn tri thức với các các hình thức như: tri thức dạng luật, tri thức dạng luật ngữ nghĩa, tri thức nhờ cây khung Khai thác và sử dụng tri thức thông qua các phép suy diễn 20 CHƯƠNG 2: THẨM ĐỊNH ĐÁNH GIÁ HỆ CƠ SỞ TRI THỨC 2.1 Hệ cơ sở tri thức (Knowledge Base System - KBS) 2.1.1 Hệ cơ sở tri thức. .. của hệ SCTT như đồng nhất với hệ thống chuyên gia Hệ cơ sở tri thức đã được phát tri n đầu tiên vào giữa những năm 1960 bởi cộng đồng trí tuệ nhân tạo Trong những năm 1980 hệ cơ sở tri thức là một khái niệm học tập Điều này nhanh chóng thay đổi trong những năm 1990 trong lĩnh vực 21 được gọi là hệ thống chuyên gia (hoặc cách khác như hệ cơ sở tri thức) Hệ cơ sở tri thức một cách nhanh chóng phát tri n... cơ sở tri thức và động cơ suy diễn: - Cơ sở tri thức: Chứa các tri thức chuyên sâu về lĩnh vực như chuyên gia Cơ sở tri thức bao gồm: các sự kiện, các luật, các khái niệm và các quan hệ Động cơ suy diễn: Bộ xử lý tri thưc mô hình hóa theo cách lập luận của hệ chuyên gia Động cơ hoạt động dựa trên thông tinh về vấn đề đang xét, so sánh với tri thức đang lưu trong cơ sở tri thức rồi rút ra kết luận Hệ. .. R7: G ∧ K ∧ F → A Vấn đề tối ưu luật Tập các luật trong một cơ sở tri thức rất có khả năng thừa, trùng lặp hoặc mâu thuẫn Dĩ nhiên là hệ thống có thể đổ lỗi cho người dùng về việc đưa vào hệ thống những tri thức như vậy Tuy việc tối ưu một cơ sở tri thức về mặt tổng quát là một thao tác khó (vì giữa các tri thức thường có quan hệ không tường minh), nhưng trong giới hạn cơ sở tri thức dưới dạng luật,... vấn 1.2.2 Biểu diễn tri thức a Khái niệm về biểu diễn tri thức Biểu diễn tri thức (Knowledge Representation) là sự diễn đạt và thể hiện của tri thức dưới những dạng thích hợp để có thể tổ chức một hệ cơ sở tri thức của hệ thống Trong tin học biểu diển tri thức là một phương pháp mã hóa tri thức sao cho máy tính có thể xử lí được chúng Cũng như dữ liệu có nhiều cách khác nhau để biểu diễn tri thức trong. .. Một lợi thế của kiến trúc hệ cơ sở tri thức là thành phần cơ sở tri thức ngoại lệ có thể là miền độc lập.Vỏ ngoài hệ chuyên gia có thể tái sử dụng để phát tri n thành một hệ thống mới.Vỏ của một hệ chuyên gia điển hình có các chức năng phương pháp suy luận, giao diện người dùng, chỉ có cơ sở tri thức cần cho việc phát tri n [7.8] Máy suy diễn Cơ sở tri thức Kiến thức chuyên môn Cơ chế giải thích Giao... engineers) dùng để xây dựng những hệ thống thông minh như: hệ chuyên gia, hệ cơ sở tri thức, hệ hổ trợ quyết định [7] Nó có thể được nhìn từ một góc độ hẹp và rộng Theo quan điểm hẹp, công nghệ xử lý của tri thức được giới hạn trong các bước cần thiết để xây dựng các hệ cơ sở tri thức (tức là kiến thức mua lại, biểu diễn tri thức, kiến thức xác nhận, suy luận, giải thích và biện minh ở trong hình 1.1 Quan... thành phần của hệ cơ sở tri thức Cơ sở tri thức Mục đích của cơ sở tri thức là đại diện và lưu trữ tất cả thông tin liên quan, sự kiện, quy định, các trường hợp, và mối quan hệ được sử dụng bởi các hệ CSTT Kiến thức của nhiều chuyên gia con người có thể được kết hợp và đại diện trong cơ sở tri thức 22 Máy suy diễn Như được chỉ ra trong hình 2.1 Bộ não (trung tâm điều khiển) của một hệ chuyên gia là... vào cơ sở tri thức của hệ chuyên gia Nghĩa là người kỹ sư xử lý tri thức xây dựng cơ sở tri thức cùng với chức năng giải thích cùng một lúc 2.2 Các vấn đề tri thức Các hệ thống khai phá tri thức dựa trên cơ sở dữ liệu để cung cấp dữ liệu thô cho đầu vào và đề xuất các vấn đề này trong cơ sở dữ liệu động, không đầy đủ, nhiễu, và lớn Các vấn đề như giới hạn thông tin, mất mát giá trị, và các thuộc tính . HỆ CƠ SỞ TRI THỨC 20 2.1. Hệ cơ sở tri thức (Knowledge Base System - KBS) 20 2.1.1. Hệ cơ sở tri thức là gì? 20 2.1.2. Thành phần cơ bản hệ cơ sở tri thức 21 2.2. Các vấn đề tri thức 23 2.2.1 thức . 2 Nghiên cứu những vấn đề tri thức trong hệ cơ sở tri thức Giúp cho các hệ tri thức hoạt động đảm bảo hơn có ý nghĩa khoa học và thực tế hơn. Những nội dung nghiên cứu chính của. thuẫn trong cơ sở tri thức 24 2.2.2. Tri thức dư thừa 24 2.2.3. Tri thức gộp 24 2.2.4. Tri thức mâu thuẫn 24 iv 2.3 Tổng quan về tri thức mờ 24 2.4. Đánh giá xác minh một cơ sở tri thức