Tiểu luận MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG BIỂU DIỄN TRI THỨC VỚI LOGIC MỆNH ĐỀ VÀ VỊ TỪ

Trong phạm vi của đề tài em xin trình bày sơ lược một số khái niệm về biểudiễn tri thức , biểu diễn tri thức với logic mệnh đề và vị từ.. Khái niệm về tri thức và biểu diễn tri thức 1.kh

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU 2

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ BIỂU DIỄN TRI THỨC 3

I Khái niệm về tri thức và biểu diễn tri thức 3

1.khái niệm tri thức 3

2 Khái niệm về biểu diễn tri thức 3

3 Các dạng tri thức: 4

II Các phương pháp biểu diễn tri thức: 4

1 Biểu diễn dựa trên logic hình thức 4

2 Hệ luật dẫn 5

3 Mạng ngữ nghĩa 5

4 Các khung (frame) 5

III Suy diễn tự động 6

1 Khái niệm suy diễn tự động 6

2 Hợp giải trong tri thức dạng logic 6

3 Suy diễn tiến 6

4 Suy diễn lùi 7

5 Suy diễn hỗn hợp 7

CHƯƠNG II: BIỂU DIỄN TRI THỨC VỚI LOGIC MỆNH ĐỀ VÀ VỊ TỪ 7

I khái quát về biểu diễn tri thức với logic mệnh đề và vị từ 7

II Biểu diễn tri với với logic mện đề và vị từ 8

1 Phép tính mệnh đề 8

2 Phép tính vị từ 10

3 Biểu diễn: isa và instance 14

4 Các hàm và vị từ khả tính toán 15

5 Luật phân giải 16

6 Đưa về clause form 18

CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH DEMO 20

1 Mô hình cây gia phả 20

2 Module của chương trình 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

GI I THI U ỚI THIỆU ỆU

Trong Thế kỷ thứ 21, xã hội con người thực hiện cuộc cách mạng về thông tin,sau cách mạng xanh và cách mạng cơ khí Tri thức được đánh giá như là quyền lực vàtiền bạc Xã hội cũng dần chuyển sang xã hội tri thức, tức các sản phẩm quốc dân cóhàm lượng tri thức cao Từ năm 1964, người ta đã dự đoán xu thế ứng dụng tri thứctrong các ngành Kinh tế quốc dân.Công nghệ thông tin đáp ứng nhu cầu xử lý dữ liệu

và tri thức Bên cạnh công nghệ phần mềm là công nghệ tri thức Công nghệ tri thứcđược nghiên cứu nhằm tích lũy tri thức của chuyên gia, làm máy tính thực hiện nhữngchức năng thông minh như người, đồng thời làm con người cũng tự nâng cao bản thân.các lĩnh vực Trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia, dịch tự động… đều liên quan đến tri thức.Nhiều ứng dụng về Công nghệ thông tin đã và đang sử dụng tri thức như dữ liệu meta,điều khiển quá trình xử lý dữ liệu Việc lập luận trên các dữ liệu và tri thức đã và đangmang lại cho con người những thành công ngày càng tăng trong việc xử lý dữ liệu Môhình cơ sở dữ liệu định nghĩa cái gọi là những quy tắc suy diễn được dùng để tự độngsuy luận những thực tế mới (gọi là những thực tế được suy luận) Suy luận những thực

tế đã được trở nên sẵn có đối với những người sử dụng thông qua một giao diện hợpnhất Những người sử dụng giao tiếp với một cơ chế suy diễn đã thực hiện những mụcđích kiểm tra thông tin, tìm kiếm thông tin và thực hiện các thông tin: kiểm tra thôngtin là một vị từ mà có thể xác định bởi 02 kết quả Đúng hoặc Sai, tìm kiếm thông tin làmột hàm logic định nghĩa với ít nhất một biến tự do

Trong phạm vi của đề tài em xin trình bày sơ lược một số khái niệm về biểudiễn tri thức , biểu diễn tri thức với logic mệnh đề và vị từ Phần cuối của tiểu luận làchương trình ứng dụng lập trình logic vào trong biểu diễn tri thức

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ BIỂU DIỄN TRI THỨC

I Khái niệm về tri thức và biểu diễn tri thức

1.khái niệm tri thức

Tri thức (knowledge) là sự hiểu biết về một lĩnh vực của chủ đề trong đó lĩnhvực là miền chủ đề được chú trọng Tri thức thuờng bao gồm các khái niệm, cácloại sự kiện, các luật,

2 Khái niệm về biểu diễn tri thức

Biểu diễn tri thức (Knowledge Representation) là sự diễn đạt và thể hiện củatri thức dưới những dạng thích hợp để có thể tổ chức một cơ sở tri thức của hệthống Biểu diễn tri thức giúp có thể tổ chức và cài đặt một cơ sở tri thức chocác hệ chuyên gia, các hệ cở sở tri thức và các hệ giải bài toán dựa trên tri thức

Công cụ cho biểu diễn tri thức:

- Các cấu trúc dữ liệu cơ bản: dãy, danh sách, tập hợp, mẫu,

- Các cấu trúc dữ liệu trừu tượng: ngăn xếp, hàng đợi

- Các mô hình toán học: đồ thị, cây

- Các mô hình đối tượng

- Các ngôn ngữ đặc tả tri thức

Ví dụ:

Kiến thức về một tam giác cần thiết cho việc giải bài toán tam giác có thểđược biểu diễn gồm: Một tập hợp các biến thực, mỗi biến đại diện cho một

yếu tố của tam giác Một tập hợp các công thức liên hệ tính toán trên các yếu

tố của tam giác

Tập các biến trong tam giác:

a, b, c : 3 cạnh của tam giác

, ,  : 3 góc đối diện với 3 cạnh tương ứng trong tam giác

ha, hb, hc : 3 đường cao tương ứng với 3 cạnh của tam giác

S : diện tích tam giác

p : nửa chu vi của tam giác

R : bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác

Tập các công thức trong tam giác:

f1 :  +  +  =  (radian)

f2 : a2 = b2 + c2 - 2.b.c.cos f3 : b2 = a2 + c2 - 2.a.c.cos f4 : c2 = a2 + b2 - 2.a.b.cos f5 : a / sin  = b / sin 

3 Các dạng tri thức:

Tri thức được thể hiện dưới các dạng:

- Tri thức mô tả: các khái niệm, các đối tượng cơ bản

- Tri thức cấu trúc: các khái niệm cấu trúc, các quan hệ, các đối tượng phứchợp…

- Tri thức thủ tục: các luật dẫn, các thủ tục xử lý, các chiến lược, …

- Tri thức Meta: tri thức về các dạng tri thức khác và cách sử dụng chúng

II Các phương pháp biểu diễn tri thức:

1 Biểu diễn dựa trên logic hình thức

Sử dụng các biểu thức logic hình thức trong một hệ thống logic để diễn đạtcác sự kiện và các luật trong cơ sở tri thức Phép tính logic vị từ cấp 1 được sửdụng phổ biến nhất và có cả một ngôn ngữ lập trình hỗ trợ cho phương pháp

này Đó là ngôn ngữ lập trình PROLOG.Trong ngôn ngữ PROLOG, chỉ cầnkhai báo các sự kiện và các luật Hệ thống sẽ thức hiện giải quyết vấn đề đượcyêu cầu dựa trên tri thức được khai báo.

2 Hệ luật dẫn

Mỗi luật dẫn được phát biểu dưới dạng:

if <giả thiết> then <kết luận>

Mô hình: Một cách hình thức, hệ luật dẫn gồm

1) Tập ký hiệu đại diện cho các sự kiện

2) tập luật dẫn trong đó <giả thiết> và <kết luận>

- Các nút thể hiện các khái niệm, các đối tượng

- Các cung thể hiện các quan hệ giữa các đối tượng

Dựa trên mạng ngữ nghĩa ta nhận biết tri thức một cách trực quan giúp thiết

kế các xử lý như: thêm/bớt các khái niệm hay các đối tượng, tìm kiếm thông tin.Nhận xét: Mô hình khá trừu tượng và khái quát, trong áp dụng phải phát triểncác mô hình tri thức cụ thể hơn

4 Các khung (frame)

Các khung (frame) thể hiện các khái niệm dưới dạng cấu trúc mẫu tin và

có hình thức như một bảng mẫu

Khung cơ bản gồm các thành phần cơ bản sau:

- Tên đối tượng (loại khung)

- Các thuộc tính.

- Giá trị của các thuộc tính

Khung lớp: thể hiện các tính chất tổng quát của một lớp các đối tượng,với những quan hệ kế thừa và cấu trúc phân cấp

III Suy diễn tự động.

1 Khái niệm suy diễn tự động

Suy diễn tự động là suy diễn nhằm vận dụng kiến thức đã biết trong quátrính lập luận giải quyết vấn đề trong đó quan trọng nhất là các chiến lược điềukhiển giúp phát sinh những sự kiện mới từ các sự kiện đã có

Suy diễn tự động: Quá trình suy diễn được thuật giải hóa và có thể cài đặt thànhchương trình máy tính

Các kỹ thuật suy diễn cơ bản:

- Suy diễn tiến

- Suy diễn lùi

2 Hợp giải trong tri thức dạng logic

Hợp giải trong tri thức dạng logic là phương pháp thực hiện quá trìnhphát sinh sự kiện mới bằng cách sử dụng các luật suy diễn cơ bản trên các biểuthức logic như: Modus Ponens, Modus Tollens, tam đoạn luận Trong logic vịtừ: Quá trình hợp giải có thể được cài đặt dựa trên kỹ thuật hợp nhất(unification) và quay lui (backtracking) PROLOG là một ngôn ngữ lập trìnhđược thiết kế với chức năng suy diễn theo phương pháp này

3 Suy diễn tiến

Suy diễn tiến là phương pháp suy dẫn từ giả thiết đi đến kết luận Chiếnlược này được bắt đầu bằng tập sự kiện đã biết, rút ra các sự kiện mới nhờ dùngcác luật mà phần giả thiết khớp với sự kiện đã biết, và tiếp tục quá trình này chođến khi thấy trạng thái đích, hoặc cho đến khi không còn luật nào khớp được

các sự kiện đã biết hay được sự kiện suy luận Trong áp dụng cụ thể phươngpháp thường sử dụng kết hợp với các qui tắc heuristic trong việc chọn luật.

4 Suy diễn lùi

Suy diễn lùi là phương pháp truy ngược từ kết luận trở về giả thiết.Phương pháp này được tiến hành bằng cách truy ngược từ mục tiêu cần đạtđược trở về phần giả thiết của bài toán bằng cách áp dụng các luật trong cơ sởtri thức Quá trình suy diễn lùi này sẽ phát sinh một sơ đồ cây mục tiêu kèmtheo một cơ chế quay lui và lời giải sẽ được tìm thấy khi tất cả các mục tiêu ởcác nút lá của cây mục tiêu đều thuộc về những sự kiện đã biết Trong áp dụng

cụ thể phương pháp thường sử dụng kết hợp với các qui tắc heuristic trong việcchọn luật

5 Suy diễn hỗn hợp

Suy diễn hỗn hợp là phương pháp kết hợp 2 quá trình suy diễn tiến vàsuy diễn lùi nhằm khắc phục khuyết điểm của mỗi phương pháp và nâng caohiệu quả của quá trình suy diễn trong áp dụng cụ thể Nhược điểm của suy diễntiến: Không cảm nhận được sự gần tới đích Nhược điểm của suy diễn lùi:thường dẫn tới sự phân nhánh lớn và không cảm nhận được sự cần chuyểnhướng dòng suy nghĩ

CHƯƠNG II: BIỂU DIỄN TRI THỨC VỚI LOGIC MỆNH ĐỀ VÀ VỊ TỪ

I khái quát về biểu diễn tri thức với logic mệnh đề và vị từ.

Tri thức được thể hiện dưới dạng lớp của các biểu thức logic và cơ sở tri thứcgiải bài toán được thiết lập trên cơ sở lớp của các biểu thức logic này Luật suy diễn vàthủ tục chứng minh tri thức được lập luận trên cơ sở toán học logic với các yêu cầu đặt

ra của bài toán Với phương pháp biểu diễn này cung cấp ý tưởng để tiếp cận với ngônngữ lập trình Prolog trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo Hai cách biểu diễn này đều dùng kíhiệu để biễu diễn tri thức và các toán tử áp lên các ký hiệu để suy luận logic, và đã

cung cấp cho các nhà nghiên cứu những công cụ hình thức để biểu diễn và suy luận trithức Hay còn được gọi là một ngôn ngữ biểu diễn dùng để mã hóa tri thức dưới dạngsao cho dễ lập trình với ngôn ngữ lập trình Prolog.

II Biểu diễn tri với với logic mện đề và vị từ

1 Phép tính mệnh đề

Định nghĩa mệnh đề:

Mệnh đề là một phát biểu có thể khẳng định tính đúng hoặc sai Các ký

hiệu (symbol) của phép tính mệnh đề là các ký hiệu mệnh đề : P, Q, R, S, …(thông thường nó là các chữ cái in hoa nằm gần cuối bảng chữ cái tiếng Anh),các ký hiệu chân lý – chân trị (truth symbol) : true, false hay các phép toán kếtnối như : ∧, ∨, , ⇒, =

Các ký hiệu mệnh đề (propositional symbol) biểu thị các mệnh đề(proposition) hay các phát biểu về thế giới thực mà giá trị của chúng có thể làđúng hoặc sai

Mệnh đề đơn giản:

- Đồng l một kim loại => Đúng

- Gỗ l một kim loại => Sai

- Hơm nay l thứ Hai => Sai

- Ký hiệu trong phép tính mệnh đề:

- Ký hiệu mệnh đề: P, Q, R, S,

- Ký hiệu chân lý: true, false

- Các phép toán logic: ∧ (hội), ∨ (tuyển), ¬(phủ định), ⇒ (kéo theo) , =(tương đương)

Định nghĩa câu trong phép tính mệnh đề:

Câu trong phép tính mệnh đề được cấu tạo từ những ký hiệu sơ cấp (atomicsymbol) theo các luật sau đây :

- Tất cả các ký hiệu mệnh đề và ký hiệu chân lý đều là câu (sentences) :true, P, Q và R là các câu

- Phủ định của một câu là một câu :  P và  false là các câu

- Hội hay và của hai câu là một câu : P ∧  P là một câu

- Tuyển hay hoặc của hai câu là một câu : P ∨  P là một câu

- Kéo theo của một câu để có một câu khác là một câu : P ⇒ Q là một câu

- Tương đương của hai câu là một câu : P ∨ Q = R là một câu

- Các câu hợp lệ được gọi là các công thức dạng chuẩn (well-formedformula) hay WFF

Trong các câu phép tính mệnh đề, các ký hiệu ( ) và [ ] dùng để nhóm các kýhiệu vào các biểu thức con và nhờ đó kiểm soát được thứ tự của chúng trongviệc đánh giá biểu thức và diễn đạt Ví dụ (P ∨ Q) = R hoàn toàn khác với P ∨(Q = R)

Ví dụ: ( (P∧Q) ⇒ R) = ¬P ∨ ¬Q ∨ R

Định nghĩa biểu thức: là một câu hay công thức dạng chuẩn, của phép tính

mệnh đề khi và chỉ khi nó có thể được tạo từ những ký hiệu hợp lệ thông quamột dãy những luật này

Ví dụ: (( P ∧ Q) ⇒ R =  P ∨  Q ∨ R là một câu dạng chuẩn trong phép tínhmệnh đề vì : P, Q, R là các mệnh đề và do đó là các câu

P ∧ Q, hội của hai câu là một câu

(P ∧ Q) ⇒ R, kéo theo của một câu là một câu

 P và  Q, phủ định của các câu là câu

 P ∨  Q, tuyển của hai câu là câu

 P ∨  Q ∨ R, tuyển của hai câu là câu

(( P ∧ Q) ⇒ R =  P ∨  Q ∨ R, tương đương của hai câu là câu

Đây là câu xuất phát, nó đã được xây dựng thông qua một loạt các luật hợp lệ và

do đó nó có dạng chuẩn

Mệnh đề tương đương

Dạng hấp thụ:

Av B, ¬A ∴ BLuật tam đoạn luận giả thiết

A⇒ B,B⇒ C∴A⇒ C

2 Phép tính vị từ

Trong phép tính mệnh đề, mỗi ký hiệu câu sơ cấp P, Q, … biểu thị một mệnh đề

và chúng ta không thể tác động vào từng phần riêng lẻ của câu Phép tính vị từ(predicate calculus) cung cấp cho chúng ta khả năng này Chẳng hạn, đặt mệnh

đề với mọihôm qua trời mưavới mọilà P, từ đó chúng ta có thể tạo ra một vị từ

chỉ thời tiết mô tả quan hệ giữa một ngày và thời tiết trong ngày ấy: thời_tiết(hôm_qua, mưa) Thông qua các luật suy diễn, chúng ta sẽ có thể thao tác trêncác biểu thức phép tính mệnh đề, truy xuất và suy ra những câu mới.

Ký hiệu vị từ: là tập hợp gồm các chữ cái, chữ số, ký hiệu với mọi_với mọi, và

được bắt đầu bằng chữ cái.Ví dụ: X3, tom_and_jerry Ký hiệu chân lý: true,false

Hằng: dùng để chỉ một đối tượng / thuộc tính trong thế giới.

Hằng được ký hiệu bắt đầu bằng chữ thường: helen, yellow, rain, …

Biến: dùng để chỉ một lớp tổng quát các đối tượng/thuộc tính.

Biến được ký hiệu bắt đầu bằng chữ hoa: X, People, Students, …

Hàm: dùng để chỉ một hàm trên các đối tượng.

Hàm được ký hiệu bắt đầu bằng chữ thường: father, plus, …Mỗi ký hiệu hàm có một ngôi n, chỉ số lượng các đối số của hàm

Vịtừ: dùng để định nghĩa một mối quan hệ giữa không hoặc nhiều đối tượng.

Vị từ được ký hiệu bắt đầu bằng chữ thường: likes, equals, part_of, …

Biểu thức hàm: là một ký hiệu hàm theo sau bởi n đối số.

Ví dụ: father(david) price(bananas) like(tom, football)

Mục (term): là một hằng, một biến hay một biểu thức hàm

Câu sơ cấp: là một hằng vị từ với n ngôi theo sau bởi n thành phần nằm trong

cặp dấu ( ), cách nhau bởi dấu ‘,’, và kết thúc với dấu ‘.’

- Trị chân lý true, false là các câu sơ cấp

- Câu sơ cấp còn được gọi là: biểu thức nguyên tử, nguyên tử hay mệnh đề

Ký hiệu vị từ trong các câu này là friends, likes

Câu: được tạo ra bằng cách kết hợp các câu sơ cấp sử dụng:Các phép kết nối

logic: ⇒ , ,∨, ∧ , =

Các lượng tử biến:

+ Lượng tử phổ biến với mọi ∀: dùng để chỉ một câu là đúng với mọi giá trị củabiến lượng giá

Ví dụ: với mọiX likes(X, ice-cream).

+ Lượng tử tồn tại ∃: dùng để chỉ một câu là đúng với một số giá trị nào đó củabiến lượng giá

Ví dụ: ∃ Y friends(Y,tom)

Ngữ nghĩa - Phép tính vị từ

Tương tự như phép tính mệnh đề, ngữ nghĩa của phép tính vị từ cung cấpmột cơ sở để xác định chân trị của các biểu thức dạng chuẩn Chân trị của cácbiểu thức phụ thuộc vào ánh xạ từ các hằng, các biến, các vị từ và các hàm vàocác đối tượng và quan hệ trong lĩnh vực được đề cập

Sự thông dịch (cách diễn giải) của một tập hợp các câu phép tính vị từ: làmột sự gán các thực thể trong miền của vấn đề đang đề cập cho mỗi ký hiệuhằng, biến, vị từ và hàm

Giá trị chân lý của một câu sơ cấp được xác định qua sự thông dịch Đốivới các câu không nguyên tố, sử dụng bảng chân lý cho cho các phép nối kết,và:

+ Giá trị của câu với mọiX <câu> là true nếu <câu> là T cho tất cả cácphép gán có thể được cho X

+ Giá trị của câu $ X <câu> là true nếu tồn tại một phép gán cho X làmcho <câu> có giá trị T

Ví dụ:

Ta có thể suy luận: