XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH COKB GIẢI BÀI TOÁN HÌNH HỌC TAM GIÁC

Đại Học Quốc Gia TP.HCM Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin BÀI THU HOẠCH MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH COKB GIẢI BÀI TOÁN HÌNH HỌC TAM GIÁC GVHD: PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn Người thực hiện: Bùi Chí Cường Mã số: CH1101007 Lớp: Cao học khóa 6 TP.HCM – 2013 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến Ban Chủ nhiệm trường Đại học công nghệ thông tin TP HCM đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận với bộ môn Biểu diễn tri thức và ứng dụng. Em xin cảm ơn thầy PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn đã tận tình truyền đạt kiến thức cho chúng em cũng những gì thầy đã giúp đỡ, hướng dẫn để em thực hiện bài tiểu luận. Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô trong Khoa Công nghệ Thông tin cùng các bạn bè thân hữu đã nhiệt tình đóng góp ý kiến, cũng như động viên để em hoàn thiện hơn đề tài của mình. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm, em mong thầy cô và bạn bè cho ý kiến để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Tp. HCM, 1 tháng 1 năm 2013 Bùi Chí Cường CH1101007 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH v 1 CHƯƠNG I - MỞ ĐẦU 6 1.1 Giới thiệu chung 6 1.2 Hoạt động nghiên cứu 7 2 CHƯƠNG II - TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH COKB VÀ MỘT SỐ CẢI TIẾN 8 2.1 Mô hình COKB 8 2.1.1 Định nghĩa đối tượng tính toán (C-Object): 8 2.1.2 Mô hình cho một C-Object 8 Attrs là tập hợp các thuộc tính của đối tượng 8 F là tập hợp các quan hệ suy diễn tính toán 8 Facts là tập hợp các tính chất hay sự kiện vốn có của đối tượng 8 Rules là tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các thuộc tính cũng như liên quan đến bản thân đối tượng 9 2.1.3 Mô hình tri thức các đối tượng tính toán (COKB) 9 2.2 Một số cải tiến mới 11 2.2.1 Mở rộng kiểu thuộc tính của C-Object 11 2.2.2 Quan hệ tính toán phụ thuộc 14 2.2.3 Tập 10 sự kiện 16 3 CHƯƠNG III – XÂY DỰNG VÀ CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG BIỂU DIỄU TRI THỨC HÌNH HỌC TAM GIÁC 20 3.1 Tổng quan bài toán 20 3.2 Cấu trúc dữ liệu 20 3.3 Giải thuật 20 3.4 Hướng dẫn cài đặt và sử dụng chương trình 21 3.4.1 Yêu cầu 21 3.4.2 Cài đặt và sử dụng chương trình 21 3.4.3 Thử nghiệm 25 4 CHƯƠNG IV - KẾT LUẬN 26 4.1 Tóm tắt kết quả đạt được 26 4.2 Hướng phát triển 26 4.3 Tài liệu tham khảo 26 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 - Ví dụ về sơ đồ mạch điện 13 Hình 2 - Giao diện biểu diễn tri thức 22 Hình 3 - Giao diện tính toán 23 Hình 4 - Giao diện thông tin học viên 24 6 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 1 CHƯƠNG I - MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung. Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại bắt đầu giữa những năm 40 thế kỉ 20. Những phát minh trong khoa học - kĩ thuật cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ 20 là tiền đề của cuộc CMKH - KT hiện đại. Cuộc cách mạng trong giai đoạn này chủ yếu về công nghệ với sự ra đời của máy tính điện tử thế hệ mới được sử dụng trong mọi hoạt động kinh tế và đời sống xã hội, về vật liệu mới, về những dạng năng lượng mới và công nghệ sinh học, về phát triển tin học. Ngày nay, chúng ta có thể thấy được sự xuất hiện của từ “Robot” ngày càng nhiều, điểm đặc biệt của Robot không phải là hình dáng bên ngoài, hay là những chuyển động của nó mà chính là bộ não của Robot. Bộ não của Robot là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của nó như là: điều khiển hoạt động, cảm xúc và khả năng đưa ra nhiều sự lựa chọn để giải quyết vấn đề. Làm thế nào từ những khối sắt nặng nề, mà con người có thể chế tạo ra được những chú Robot linh hoạt và thông minh, có những tri thức của con người kỳ diệu đến vậy. Ngày nay, việc thể hiện tri thức của con người dưới dạng một ngôn ngữ hệ thống gọi là trí tuệ nhân tạo đã không còn xa lạ nữa mà thậm chí nó đang đi đến sự phát triển vượt bậc. Nhìn những chú Robot phát triển theo từng giai đoạn, thì chúng ta cũng biết khoa học kỹ thuật đang thăng hoa. Khoa học kỹ thuật đã giúp cho chúng ta khám phá và chạm đến những điều kỳ diệu của cuộc sống, để có được những phát minh khoa học, các nhà khoa học vĩ đại cũng trải nghiệm qua rất nhiều phương pháp nghiên cứu để tiếp cận vấn đề, và từ đó họ đút kết và đưa ra được nhiều định lý, định nghĩa, công trình khoa học tồn tại vĩnh viễn theo thời gian. 7 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 1.2 Hoạt động nghiên cứu. Đề tài khóa luận này sẽ nghiên cứu phát triển mô hình COKB, ứng dụng vào biểu diễn tri thức và hệ tự động giải 1 số bài tập hình học về Tam Giác trong chương trình Phổ thông. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu mở rộng mô hình COKB nhằm phục vụ cho việc xây dựng mô hình cơ sở tri thức hình học Tam giác để có thể lưu trữ và xử lý suy luận giải bài tập trên máy tính; cùng với phát triển 1 ứng dụng demo hỗ trợ giải bài toán hình học Tam giác thỏa mãn các yêu cầu sau: • Có cơ sở tri thức về hình học Tam giác lưu trữ riêng trên máy tính với cấu trúc đơn giản để người sử dụng dễ thay đổi, chỉnh sửa khi cần thiết. • Cho phép nhập bài toán bằng ngôn ngữ đơn giản gần với ngôn ngữ tự nhiên. • Tìm ra lời giải gần với cách giải của con người, trình bày đẩy đủ, dễ hiểu. • Giao diện phần mềm trực quan, sinh động, dễ thao tác Phạm vi của đề tài này sẽ tập trung mở rộng mô hình COKB, cụ thể là tập thuộc tính và quan hệ tính toán của C-Object để áp dụng vào biểu diễn tri thức hình học Tam giác, xây dựng mô hình bài toán cùng thuật giải để giải quyết 1 số lớp bài toán hình học Tam giác phổ biến trong chương trình sách giáo khoa THPT cũng như trong đề thi Tốt nghiệp THPT, đề thi Đại học khối A, B hằng năm. 8 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 2 CHƯƠNG II - TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH COKB VÀ MỘT SỐ CẢI TIẾN 2.1 Mô hình COKB 2.1.1 Định nghĩa đối tượng tính toán (C-Object): Ta gọi một đối tượng tính toán (C-object) là một đối tượng O có cấu trúc bao gồm: (1) Một danh sách các thuộc tính Attrs = {x 1 , x 2 , , x n } trong đó mỗi thuộc tính lấy giá trị trong một miền xác định nhất định, và giữa các thuộc tính ta có các quan hệ thể hiện qua các sự kiện, các luật suy diễn hay các công thức tính toán. (2) Các hành vi liên quan đến sự suy diễn và tính toán trên các thuộc tính của đối tượng hay trên các sự kiện như:  Xác định bao đóng của một tập hợp thuộc tính A ⊂ Attr(O), tức là đối tượng O có khả năng cho ta biết tập thuộc tính lớn nhất có thể được suy ra từ A trong đối tượng O.  Xác định tính giải được của bài toán suy diễn tính toán có dạng A → B với A ⊂ Attr(O) và B ⊂ Attr(O). Nói một cách khác, đối tượng có khả năng trả lời câu hỏi rằng có thể suy ra được các thuộc tính trong B từ các thuộc tính trong A không.  Thực hiện các tính toán  Thực hiện việc gợi ý bổ sung giả thiết cho bài toán  Xem xét tính xác định của đối tượng, hay của một sự kiện. 2.1.2 Mô hình cho một C-Object Một C-Object có thể được mô hình hoá bởi một bộ (Attrs,F,Fact,Rules) Trong đó: - Attrs là tập hợp các thuộc tính của đối tượng - F là tập hợp các quan hệ suy diễn tính toán - Facts là tập hợp các tính chất hay sự kiện vốn có của đối tượng 9 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 - Rules là tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các thuộc tính cũng như liên quan đến bản thân đối tượng 2.1.3 Mô hình tri thức các đối tượng tính toán (COKB) (C, H, R, Ops, Rules) [1] Một tập hơp C các khái niệm về các C-Object Mỗi khái niệm là một lớp C-Object có cấu trúc và được phân cấp theo sự thiết lập của cấu trúc đối tượng: • [1] Các biến thực. • [2] Các đối tượng cơ bản có cấu trúc rỗng hoặc có cấu trúc gồm một số thuộc tính thuộc kiểu thực (ví dụ như DIEM không có thuộc tính giá trị thực trong hình học phẳng). Các đối tượng loại nầy làm nền cho các đối tượng cấp cao hơn. • [3] Các đối tượng C-Object cấp 1. Loại đối tượng nầy có một thuộc tính loại <real> và có thể được thiết lập từ một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Ví dụ: DOAN[A,B] và GOC[A,B,C] trong đó A, B, C là các đối tượng cơ bản loại DIEM. • [4] Các đối tượng C-Object cấp 2. Loại đối tượng nầy có các thuộc tính loại real và các thuộc tính thuộc loại đối tượng cấp 1, và đối tượng có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Ví dụ: TAM_GIAC[A,B,C] và TU_GIAC[A,B,C,D], trong đó A, B, C, D là các đối tượng cơ bản loại DIEM. Cấu trúc bên trong của mỗi lớp đối tượng gồm: • Tập các thuộc tính của đối tượng Attrs: trong đó mỗi thuộc tính lấy giá trị trong 1 miền xác định. • Tập các sự Cùng với cấu trúc trên, đối tượng còn được trang bị các hành vi cơ bản trong việc giải quyết các bài toán suy diễn và tính toán trên các thuộc tính của đối tượng, bản thân đối tượng hay các đối tượng liên quan được thiết lập trên nền của đối tượng (nếu đối 10 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 tượng được thiết lập trên một danh sách các đối tượng nền nào đó). Các hành vi cơ bản nầy của đối tượng C-Object sẽ được xem xét chi tiết hơn trong các mục sau. [2] Một tập hơp H các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng. Trên tập hợp C ta có một quan hệ phân cấp theo đó có thể có một số khái niệm là sự đặc biệt hóa của các khái niệm khác, chẳng hạn như một tam giác cân cũng là một tam giác, một hình bình hành cũng là một tứ giác. Có thể nói rằng H là một biểu đồ Hasse khi xem quan hệ phân cấp trên là một quan hệ thứ tự trên C. [3] Một tập hơp R các khái niệm về các loại quan hệ trên các C-Object. Mỗi quan hệ được xác định bởi <tên quan hệ> và các loại đối tượng của quan hệ, và quan hệ có thể có một số tính chất trong các tính chất sau đây: tính chất phản xạ, tính chất đối xứng, tính chất phản xứng và tính chất bắc cầu. Ví dụ: Quan hệ cùng phương trên 2 đoạn thẳng có các tính chất phản xạ, đối xứng và bắc cầu. [4] Một tập hơp Ops các toán tử Các toán tử cho ta một số phép toán trên các biến thực cũng như trên các đối tượng, chẳng hạn các phép toán số học và tính toán trên các đối tượng đoạn và góc tương tự như đối với các biến thực. [5] Một tập hơp Rules gồm các luật được phân lớp Các luật thể hiện các tri thức mang tính phổ quát trên các khái niệm và các loại sự kiện khác nhau. Mỗi luật cho ta một qui tắc suy luận để đi đến các sự kiện mới từ các sự kiện nào đó, và về mặt cấu trúc nó gồm 2 thành phần chính là: phần giả thiết của luật và phần kết luận của luật. Phần giả thiết và phần kết luận đều là các tập hợp sự kiện trên các đối tượng nhất định. Như vậy, một luật r có thể được mô hình dưới dạng: r : {sk1, sk2, , skn} -> { sk1, sk2, , skm } Để mô hình luật dẫn trên có hiệu lực trong cơ sở tri thức và để có thể khảo sát các thuật giải để giải quyết các bài toán, ta cần định nghĩa các dạng sự kiện khác nhau [...]... CNTTQM - K6 CHƯƠNG III – XÂY DỰNG VÀ CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG BIỂU DIỄU TRI THỨC HÌNH HỌC TAM GIÁC 3.1 Tổng quan bài toán Ứng dụng mô hình biểu diễn tri thức COKB trong 1 đối tượng tam giác Mục đích: - Trình bày phương pháp lưu trữ và giải thuật của mô hình - Xác định giá trị 1 tham số với những giả thiết đã cho Lưu ý: giả định các giá trị truyền vào giả thiết là hợp lệ đối với tam giác (Ví dụ: GocA+GocB+GocC=Pi,... kế các mô un truy cập cơ sở tri thức, tiện lợi cho việc thiết kế các mô đun giải bài toán tự động, thích hợp cho việc định ra một ngôn ngữ khai báo bài toán và đặc tả bài toán một cách tự nhiên Các mô hình và thuật giải được đề xuất có thể làm công cụ cho việc xây dựng các hệ giải bài toán dựa trên tri thức, các hệ cơ sở tri thức, và các phần mềm dạy học với sự hỗ trợ giải toán thông minh Ứng dụng đã... kiện khác nhau được xem xét trong mô hình 2.2 2.2.1 Một số cải tiến mới Mở rộng kiểu thuộc tính của C-Object Đối tượng tính toán C-Object được giới thiệu từ năm 1997 là cơ sở cho sự hình thành các mô hình biểu diễn tri thức sau nay như mô hình mạng các đối tượng tính toán COKB, mô hình mạng tính toán mở rộng ECOKB cùng với rất nhiều bài báo khoa học, nghiên cứu ứng dụng đã được xuất bản Dù được phát... vọng có thể mở rộng ra giải quyết nhiều hơn các bài toán về hình học hơn nữa 4.3 Tài liệu tham khảo [1] Đỗ Văn Nhơn; Hoàng Kiếm Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán Báo cáo toàn văn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM, 2001 26 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 [2] Đỗ Văn Nhơn Mạng tính toán và ứng dụng Luận văn cao học, đại học Khoa học tự nhiên HCM, 1995 [3] Do Van Nhon An ontology... ứng dụng cũng chỉ có thể biểu diễn các tri thức cơ bản, đơn giản chưa giải quyết định hết các khái niệm của một tam giác, tập luật dẫn chưa đầy đủ và chưa giải quyết được các bài toán phức tạp trong tam giác, nhưng nó cũng cho chúng ta thấy được khả năng đưa tri thức của con người vào lưu trữ trong hệ thống là hoàn toàn có thể Trong thời gian tới hy vọng có thể mở rộng ra giải quyết nhiều hơn các bài. .. đầu vào và v(f) là tập biến đầu ra của quan hệ Ví dụ như trong tam giác ta có các quan hệ tính toán sau: - A+B+C = Pi // quan hệ giữa 3 góc trong tam giác S= ½*a*b*sin(C) // quan hệ tính diện tích tam giác Tuy nhiên, khi mở rộng kiểu thuộc tính trong đối tượng tính toán, ngoài việc sử dụng lại quan hệ tính toán cũ cho kiểu thuộc tính cũ, ta cũng cần phải mở rộng thêm loại quan hệ tính toán mới để áp dụng. .. Cài đặt và sử dụng chương trình Chương trình được đóng gói thành tập tin COKBHinhHocTamGiac.msi Người dùng có thể click setup và theo hướng dẫn cài đặt cho đến khi hoàn tất Sau khi kết thúc cài đặt, hãy khởi động chương trình bằng cách double click vào biểu tượng hình mặt cười trên desktop 21 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 LỚP CH CNTTQM - K6 Giao diện màn hình giao diện lúc chạy ứng dụng sẽ hiển thị Hình 2... công trong việc biểu diễn các khái niệm của tam giác, các luật dẫn để tính tham số của tam giác như: tính diện tích, tính cạnh khi biết góc, hay biết một cạnh nào đó Hiện trên thế giới đã có rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và thành công rất nhiều trong việc biểu diễn tri thức của con người, và thành công này đã giúp cho chúng ta rất nhiều trong ứng dụng xã hội, kinh doanh, giáo dục… đưa con người... sẵn để tính toán 3.4.3 Thử nghiệm Chương trình đã tính toán được các kết quả dựa trên các tham số và luật suy diễn đã định nghĩa ban đầu 25 BÙI CHÍ CƯỜNG - CH1101007 4 LỚP CH CNTTQM - K6 CHƯƠNG IV - KẾT LUẬN 4.1 Tóm tắt kết quả đạt được Mô hình COKB được xây dựng có các ưu điểm sau: thích hợp cho việc thiết kế một cớ sở tri thức với các khái niệm có thể được biểu diễn bởi các đối tượng tính toán, Cấu... 1 cách khác, quan hệ tính toán là 1 biểu thức tính toán giữa các thuộc tính bên trong đối tượng Quan hệ tính toán có 2 loại: - Quan hệ tính toán đối xứng có hạng (rank) bằng 1 số nguyên dương k, đó là quan hệ mà ta có thể tính được giá trị của k thuộc tính bất kì từ n-k thuộc tính đã - biết (n là số lượng thuộc tính) Quan hệ tính toán không đối xứng là 1 quan hệ tính toán toán có dạng 1 ánh xạ u(f) . Đại Học Quốc Gia TP.HCM Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin BÀI THU HOẠCH MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH COKB GIẢI BÀI TOÁN HÌNH HỌC TAM GIÁC GVHD:. thuộc tính và quan hệ tính toán của C-Object để áp dụng vào biểu diễn tri thức hình học Tam giác, xây dựng mô hình bài toán cùng thuật giải để giải quyết 1 số lớp bài toán hình học Tam giác phổ. việc xây dựng mô hình cơ sở tri thức hình học Tam giác để có thể lưu trữ và xử lý suy luận giải bài tập trên máy tính; cùng với phát triển 1 ứng dụng demo hỗ trợ giải bài toán hình học Tam giác