Tổng quan về biểu diễn tri thức và ứng dụng mô phỏng tìm các yếu tố chưa biết trong tam giác

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG ________________ BÁO CÁO THU HOẠCH MÔN HỌC BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Đề tài: Tổng quan về biểu diễn tri thức và ứng dụng mô phỏng tìm các yếu tố chưa biết trong tam giác Giảng viên : PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn Sinh viên thực hiện: Tăng Chí Tâm MSSV : CH1101130 TP. HCM, NĂM 2013 Lời mở đầu Ngày nay, sự phát triễn của khoa học - kỹ thuật đã mang đến cho chúng ta một khối lượng thông tin khổng lồ, con người khó có thể xử lý khối lượng thông tin này để tìm ra các thông tin hữu ích phục vụ cho nhu cầu của mình. Chính vì lý do này mà các phương pháp biểu diễn tri thức đã ra đời. Bài viết này nhằm giới thiệu một cách nhìn tổng quát về vấn đề biểu diễn tri thức và viết ứng dụng mô phỏng tìm các các yếu tố chưa biết trong tam giác (cho phép người dùng nhập vào đề bài bằng ngôn ngữ gần với tự nhiên-Tiếng Việt, có dấu,thỏa một số qui ước kèm theo). Hy vọng ứng dụng này có thể làm cơ sở để phát triễn thành một chương trình giải bài toán tam giác hoàn chỉnh trong tương lai. Nội dung bài viết gồm: • Chương 1: Tổng quan về biểu diễn tri thức: Chương này giới thiệu những thông tin cần thiết để chúng ta có cái nhìn tổng quát về vấn đề biểu diễn tri thức. • Chương 2: Ứng dụng mô phỏng tìm các các yếu tố chưa biết trong tam giác: trình bày các bước biểu diễn tri thức cho bài toán và một số phương pháp giải quyết vấn đề như: o Áp dụng thuật toán suy diễn tiến để tìm lời giải. o Rút gọn lời giải bằng cách loại bỏ các luật thừa. o Tính giá trị cụ thể của các biểu thức bằng ký pháp nghịch đảo BaLan mở rộng với các hàm “sqrt, sin, cos, …” Trong quá trình thực hiện chắc chắn còn nhiều vấn đề thiếu sót, mong nhận được ý kiến đóng góp của Thầy và bạn đọc qua các địa chỉ email sau: tangchitam@yahoo.com hoặc tamtc@uef.edu.vn Cảm ơn Thầy và các anh chị đã cung cấp những tài liệu liên quan đến đề tài. Mục Lục CHƯƠNG 1 : Tổng quan về biểu diễn tri thức 1.1.Tri thức là gì? Tri thức là những thông tin liên quan đến một vấn đề nào đó được tổ chức để có thể giải quyết được vấn đề. 1.2.Cơ sở tri thức(CSTT, Knowledge Base) Là tập hợp các tri thức liên quan đến một vấn đề được sử dụng trong một hệ thống trí tuệ nhân tạo. Nó không chỉ bao gồm các sự kiện mà còn chứa các luật suy diễn và nó có thể được sắp xếp lại khi có thêm một tri thức mới làm thay đổi mối liên hệ giữa chúng. Hệ chuyên gia (Expert system) là một hệ cơ sở tri thức (Knowledge- based system) được xây dựng từ tri thức của các chuyên gia trong một lĩnh vực nào đó. 5 1.3.Động cơ suy diễn Các CSTT đều có động cơ suy diễn để tiến hành các suy diễn nhằm tạo ra các tri thức mới dựa trên các sự kiện, tri thức cung cấp từ ngoài vào và tri thức có sẵn trong hệ CSTT. Động cơ suy diễn thay đổi theo độ phức tạp của CSTT. Hai kiểu suy diễn chính trong động cơ suy diễn là suy diễn tiến và suy diễn lùi. 1.4.Một số đặc trưng của tri thức Tự giải thích nội dung Tri thức tự giải thích nội dung còn dữ liệu không tự giải thích được. Chỉ có người lập trình mới hiểu được nội dung, ý nghĩa các dữ liệu. Ví dụ: Dữ liệu là số 5 Tri thức là số 5: là số lẻ, là số nguyên tố, là số dương, … Tính cấu trúc Một trong những đặc trưng cơ bản của hoạt động nhận thức của con người đối với thế giới xung quanh là khả năng phân tích cấu trúc các đối tượng ở mức độ đơn giản như là một bộ phận của toàn thể, là một giống của một loài nào đó… Tri thức đưa vào máy cũng cần có khả năng tạo được phân cấp giữa các khái niệm và quan hệ giữa chúng. Tính liên hệ Ngoài các quan hệ về cấu trúc của mỗi tri thức (khái niệm, quá trình, sự kiện, hiện tượng,…) giữa các đơn vị tri thức còn có nhiều mối quan hệ khác (không gian, thời gian, nhân-quả, …) 6 Ví dụ: các khái niệm:chó, sủa, động vật, bốn chân, đuôi có các liên hệ sau: Tính chủ động Dữ liệu hoàn toàn bị động do con người khai thác còn tri thức thì có tính chủ động. Khi hoạt động bất kỳ ở đâu trong lĩnh vực nào, con người cũng bị điều khiển bởi tri thức của mình. Các tri thức biểu diễn trong máy tính cũng vậy, chúng chủ động hướng người dùng biết cách khai thác dữ liệu. 1.5.Các loại tri thức Dựa vào cách thức con người giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu đã xây dựng các kỹ thuật để biểu diễn các dạng tri thức khác nhau trên máy tính. Mặc dù vậy, không một kỹ thuật riêng lẻ nào có thể giải thích đầy đủ cơ chế tổ chức tri thức trong các chương trình máy tính. Để giải quyết vấn đề, chúng ta chỉ chọn dạng biễu diễn nào thích hợp nhất. Sau đây là các dạng biểu diễn tri thức thường gặp. Tri thức thủ tục mô tả cách thức giải quyết một vấn đề. Loại tri thức này đưa ra giải pháp để thực hiện một công việc nào đó. Các 7 dạng tri thức thủ tục tiêu biểu thường là các luật, chiến lược, lịch trình, và thủ tục. Tri thức khai báo cho biết một vấn đề được thấy như thế nào. Loại tri thức này bao gồm các phát biểu đơn giản, dưới dạng các khẳng định logic đúng hoặc sai. Tri thức khai báo cũng có thề là một danh sách các khẳng định nhằm mô tả đầy đủ hơn về đối tượng hay một khái niệm khái niệm nào đó. Siêu tri thức mô tả tri thức về tri thức. Loại tri thức này giúp lựa chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề. Các chuyên gia sử dụng tri thức này để điều chỉnh hiệu quả giải quyết vấn đề bằng cách hướng các lập luận về miền tri thức có khả năng hơn cả. Tri thức heuristic mô tả các "mẹo" để dẫn dắt tiến trình lập luận. Tri thức heuristic còn được gọi là tri thức nông cạn do không bảm đảm hoàn toàn chính xác về kết quả giải quyết vấn đề. Các chuyên thường dùng các tri thức khoa học như sự kiện, luật, … sau đó chuyển chúng thành các tri thức heuristic để thuận tiện hơn trong việc giải quyết một số bài toán. Tri thức có cấu trúc mô tả tri thức theo cấu trúc. Loại tri thức này mô tả mô hình tổng quan hệ thống theo quan điểm của chuyên gia, bao gồm khái niệm, khái niệm con, và các đối tượng; diễn tả chức năng và mối liên hệ giữa các tri thức dựa theo cấu trúc xác định. 8 1.6.Các phương pháp biểu diễn tri thức Phần này trình bày các kỹ thuật phổ biến nhất để biểu diễn tri thức, bao gồm: Bộ ba: Đối tượng-Thuộc tính-Giá trị Logic Các luật dẫn Mạng ngữ nghĩa Frames Script Bộ ba: Đối tượng-Thuộc tính-Giá trị Cơ chế tổ chức nhận thức của con người thường được xây dựng dựa trên các sự kiện (fact), xem như các đơn vị cơ bản nhất. Một sự kiện là một dạng tri thức khai báo. Nó cung cấp một số hiểu biết về một biến cố hay một vấn đề nào đó. Một sự kiện có thể được dùng để xác nhận giá trị của một thuộc tính xác định của một vài đối tượng. Ví dụ, mệnh đề "quả bóng màu đỏ" xác nhận "đỏ" là giá trị thuộc tính "màu" của đối tượng "quả bóng". Kiểu sự kiện này được gọi là bộ ba Đối tượng-Thuộc tính-Giá trị (O-A-V – Object-Attribute-Value). Biểu diễn tri thức theo bộ ba O-A-V Một O-A-V là một loại mệnh đề phức tạp. Nó chia một phát biểu cho trước thành ba phần riêng biệt: đối tượng, thuộc tính, giá trị thuộc tính. Hình 0.1 minh họa cấu trúc bộ ba O-A-V. Trong các sự kiện O-A-V, một đối tượng có thể có nhiều thuộc tính với các kiểu giá trị khác nhau. Hơn nữa một thuộc tính cũng có thể có một hay nhiều giá trị. Chúng được gọi là các sự kiện đơn trị (single-valued) hoặc đa trị (multi-valued). Điều này cho phép các hệ tri thức linh động trong việc biểu diễn các tri thức cần thiết. 9 Các sự kiện không phải lúc nào cũng bảo đảm là đúng hay sai với độ chắc chắn hoàn toàn. Ví thế, khi xem xét các sự kiện, người ta còn sử dụng thêm một khái niệm là độ tin cậy. Phương pháp truyền thống để quản lý thông tin không chắc chắn là sử dụng nhân tố chắc chắn CF (certainly factor). Khái niệm này bắt đầu từ hệ thống MYCIN (khoảng năm 1975), dùng để trả lời cho các thông tin suy luận. Khi đó, trong sự kiện O-A-V sẽ có thêm một giá trị xác định độ tin cậy của nó là CF. Ngoài ra, khi các sự kiện mang tính "nhập nhằng", việc biểu diễn tri thức cần dựa vào một kỹ thuật, gọi là logic mờ (do Zadeh đưa ra năm 1965). Các thuật ngữ nhập nhằng được thể hiện, lượng hoá trong tập mờ. Logic Dạng biểu diễn tri thức cổ điển nhất trong máy tính là logic, với hai dạng phổ biến là logic mệnh đề và logic vị từ. Cả hai kỹ thuật này đều dùng ký hiệu để thể hiện tri thức và các toán tử áp lên các ký hiệu để suy luận logic. Logic đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu một công cụ hình thức để biểu diễn và suy luận tri thức. Phép toán AND OR NOT Kéo theo Tương đương Kí hiệu ∧ , & , ∩ ∨ , ∪ , + ¬ , ∼ ⊃ , → ≡ Các phép toán logic và các ký hiệu sử dụng Logic mệnh đề Logic mệnh đề biểu diễn và lập luận với các mệnh đề toán học. Mệnh đề là một câu nhận giá trị hoặc đúng hoặc sai. Giá trị này gọi là chân trị của mệnh đề. Logic mệnh đề gán một biến ký hiệu vào một mệnh đề, ví dụ A = "Xe sẽ khởi động". Khi cần kiểm tra trị chân trị của câu trên trong bài toán sử dụng logic mệnh đề, người ta kiểm tra giá trị của A. 10 [...]... CHƯƠNG 2 : Ứng dụng mô phỏng tìm các yếu tố trong tam giác (dữ liệu nhập vào mô phỏng theo ngôn ngữ tự nhiên) 2.1.Phát biểu bài toán Cho tam giác ABC, cho trước một tập các yếu tố (có giá trị là số thực hoặc tham số không trùng với các ký hiệu theo qui ước về các yếu tố trong tam giác và thỏa các điều kiện tạo thành tam giác, yếu tố “góc” được tính bằng “độ”) Yêu cầu tính một hoặc một số yếu tố mục tiêu... dùng nhập vào một số yếu tố đã biết của tam giác (thỏa điểu kiện cơ bản của tam giác như các luật về cạnh, góc…) và yêu cầu tìm một số yếu tố chưa biết Máy sẽ cho biết làm thế nào để tìm ra yếu tố chưa biết, in ra các bước thực hiện, đáp số (nếu có) hoặc thông báo không đủ điều kiện để tìm các yếu tố này 2.3.Quá trình giải quyết bài toán (1)Thu thập tri thức và xác định các vấn đề: Tri thức gồm :các khái... Tri thức gồm :các khái niệm về các yếu tố trong tam giác, các định lý, tính chất, công thức Nhận xét: có các luật dạng phương trình, các luật dạng bất phương trình, các luật dạng luật dẫn Trong phạm vi bài viết,em sẽ làm việc với các luật dạng phương trình và dạng luật dẫn 23 (2 )Mô hình biểu diễn tri thức: 2 thành phần -Các khái niệm về các yếu tố của tam giác, mỗi yếu tố biểu diễn bởi một biến số thực... … 26 Đối tượng lập class CongThuc { trình private String TenLuat; private String VePhai; // các yếu tố đã biết private String VeTrai; // yếu tố suy ra từ các yếu tố ở VePhai private String CongThuc; // Công thức để tính private String GiaTri; } 2.4.Thiết kế thuật giải Quá trình xử lý -Xử lý đề bài : lấy ra giả thiết (các yếu tố đã biết) và kết luận( các yếu tố cần tìm) -Tìm các. .. thiết và kết luận + Lọc các yếu tố tam giác trong mỗi phần để sinh ra 2 danh sách chứa các yếu tố: List giathiet List ketluan -Tìm các luật có thể suy ra từ tập giả thiết với mục tiêu là các yếu tố nằm trong tập kết luận: Áp dụng thuật giải suy diễn tiến để tìm các yếu tố suy ra từ giả thiết Ý tưởng thuật giải: B1: 27 loigiai = []; // tập các công thức ct dabiet = giathiet ; // tập các yếu. .. vực trong một tập và lưu chúng trong cơ sở tri thức của hệ thống Hệ thống dùng các luật này cùng với các thông tin trong bộ nhớ để giải bài toán Việc xử lý các luật trong hệ thống dựa trên các luật được quản lý bằng một module gọi là bộ suy diễn 13 Các dạng luật cơ bản Các luật thể hiện tri thức có thể được phân loại theo loại tri thức Và như vậy, có các lớp luật tương ứng với dạng tri thức như quan. .. qui ước chuẩn về các yếu tố trong tam giác Ký hiệu các yếu trong tam giác :   cạnh: a,b,c   góc: A,B,C   đường cao: ha,hb,hc   nữa chu vi: p   diện tích: S   đường trung tuyến: ma,mb,mc   đường phân giác trong: pa,pb,pc   bán kính đường tròn ngoại tiếp: R   bán kính đường tròn nội tiếp: r -Các luật liên hệ trên các yếu tố của tam giác: Các luật dạng phương trình, Các luật dạng luật dẫn, Các luật dạng... cài đặt -Phát tri n thêm đầu vào là các điểm A(),B(),C(), chứng minh các yếu tố nhập vào có đủ điều kiện tạo thành tam giác hay không ? -Thêm thuộc tính “đẳng thức , ký hiệu “=”, “>” , “>=”, “ dễ dàng bổ sung thêm các công thức để giải quyết được nhiều bài toán hơn 2.8.Hướng phát tri n -Vì thời gian thực hiện bài thu hoạch rất hạn chế nên em không thể thực hiện bài giải hoàn chỉnh cho bài toán giải tam giác Do đó em chỉ . MẠNG ________________ BÁO CÁO THU HOẠCH MÔN HỌC BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Đề tài: Tổng quan về biểu diễn tri thức và ứng dụng mô phỏng tìm các yếu tố chưa biết trong tam giác Giảng viên : PGS.TS các phương pháp biểu diễn tri thức đã ra đời. Bài viết này nhằm giới thiệu một cách nhìn tổng quát về vấn đề biểu diễn tri thức và viết ứng dụng mô phỏng tìm các các yếu tố chưa biết trong tam. tổng quát về vấn đề biểu diễn tri thức. • Chương 2: Ứng dụng mô phỏng tìm các các yếu tố chưa biết trong tam giác: trình bày các bước biểu diễn tri thức cho bài toán và một số phương pháp