KỸ THUẬT BIỂU DIỄN TRI THỨC & ỨNG DỤNG MẠNG NGỮ NGHĨA VÀO ĐIỀU CHẾ HÓA CHẤT

Biểu diễn tri thức là phương pháp mã hoá tri thức, nhằm thành lập cơ sở tri thức cho các hệ thống dựa trên tri thức.. Công nghệtri thức là các phương pháp, kỹ thuật được những kỹ sư tri

Bài thu hoạch môn học

CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG

Đề tài

KỸ THUẬT BIỂU DIỄN TRI THỨC

& ỨNG DỤNG MẠNG NGỮ NGHĨA VÀO ĐIỀU CHẾ HÓA CHẤT

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: GS HOÀNG

VĂN KIẾM HỌC VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN VĂN

KHOA LỚP: CAO HỌC CNTTQM KHÓA 6

MÃ SỐ HỌC VIÊN: CH1101016

TPHCM tháng 06/2012

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ tri thức có thể xem là một nhánh nghiên cứu của trí tuệ nhân tạo,phân tích tri thức lĩnh vực và chuyển nó thành những mô hình tính toán đưa vàomáy tính để phục vụ những nhu cầu cần thiết Trong công nghệ tri thức, biểu diễntri thức là một trong những kỹ thuật quan trọng để hiện thực hóa tri thức trongđời sống Biểu diễn tri thức là phương pháp mã hoá tri thức, nhằm thành lập cơ

sở tri thức cho các hệ thống dựa trên tri thức Từ đó, chúng ta rút ra nhiều thôngtin, tri thức có lợi từ hệ tri thức này

Trong khuôn khổ bài thu hoạch nhỏ này, tôi xin trình về công nghệ tri thức nóichung, sau đó tôi sẽ triển khai chi tiết về các kỹ thuật biểu diễn tri thức, đặc biệt,tôi sẽ chú trọng đến kỹ thuật biểu diễn tri thức bằng mạng ngữ nghĩa Cuối cùng,tôi xin trình bày về một ứng dụng nhỏ, sử dụng mạng ngữ nghĩa để giải quyếtvấn đề về điều chế hóa chất trong các trường phổ thông trung học

Qua đây, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến GS - TSKH Hoàng Văn Kiếm,người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản về môn học “Côngnghệ tri thức và ứng dụng”, để tôi có cơ sở kiến thức để có thể viết được bài thuhoạch này

Do kiến thức còn hạn hẹp, bài thu hoạch có thể có những sai sót nhất định,mong thầy và các bạn góp ý để bài thu hoạch ngày càng hoàn thiện hơn

Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu xa!

Học viên thực hiện đề tàiNguyễn Văn Khoa

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

1 TÌM HI U V C S TRI TH C ỂU VỀ CƠ SỞ TRI THỨC Ề CƠ SỞ TRI THỨC Ơ SỞ TRI THỨC Ở TRI THỨC ỨC 5

Công nghệ tri thức 5

Vai trò của công nghệ tri thức 5

Quản lý tri thức 6

Các hệ cơ sở tri thức 6

2 CÁC KỸ THU T BI U DI N TRI TH C ẬT BIỂU DIỄN TRI THỨC ỂU VỀ CƠ SỞ TRI THỨC ỄN TRI THỨC ỨC 9

2.1 Logic mệnh đề & logic vị từ 9

2.2 Hệ luật dẫn (luật sinh) 11

Đối tượng-thuộc tính-giá trị 16

2.3 Mạng ngữ nghĩa 18

2.4 Frame - khung 20

2.5 Script 27

3 TÌM HI U V M NG NG NGHĨA ỂU VỀ CƠ SỞ TRI THỨC Ề CƠ SỞ TRI THỨC ẠNG NGỮ NGHĨA Ữ NGHĨA 30

Tìm hiểu mạng ngữ nghĩa 30

Ưu và nhược điểm của mạng ngữ nghĩa 32

Một số ví dụ tiêu biểu 33

4 ỨC NG D NG VÀO ĐI U CH HÓA CH T ỤNG VÀO ĐIỀU CHẾ HÓA CHẤT Ề CƠ SỞ TRI THỨC Ế HÓA CHẤT ẤT 37

Mô tả chương trình 37

Mô tả giải thuật 39

5 K T LU N Ế HÓA CHẤT ẬT BIỂU DIỄN TRI THỨC 42

6 TÀI LI U THAM KH OỆU THAM KHẢO ẢO 43

1 TÌM HIỂU VỀ CƠ SỞ TRI THỨC

Công nghệ tri thức

Công nghệ tri thức (Knowledge Engineering) có thể xem là một nhánh nghiêncứu của trí tuệ nhân tạo, phân tích tri thức lĩnh vực và chuyển nó thành những môhình tính toán đưa vào máy tính để phục vụ những nhu cầu cần thiết Công nghệtri thức là các phương pháp, kỹ thuật được những kỹ sư tri thức dùng để xâydựng những hệ thống thông minh như: hệ chuyên gia, hệ cơ sở tri thức, hệ hổ trợquyết định

Công nghệ tri thức là những phương pháp, kỹ thuật dùng để:

 Tiếp nhận, biểu diễn tri thức

 Xây dựng các hệ cơ sở tri thức

 Khám phá tri thức

Vai trò của công nghệ tri thức

Công nghệ tri thức đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sự phát triển tri thứcnhân loại Cùng với sự phát triển nhanh chóng, vượt bậc của ngành công nghiệpmáy tính, nhu cầu của người dùng đối với máy tính ngày một cao hơn: không chỉgiải quyết những công việc lưu trữ, tính toán bình thường, người dùng còn mongđợi máy tính có khả năng thông minh hơn, có thể giải quyết vấn đề như conngười Và từ đó trí tuệ nhân tạo nói chung và đặc biệt là công nghệ tri thức ra đời

và phát triển

Công nghệ tri thức đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển Côngnghệ thông tin, nâng cao sự hữu dụng của máy tính, giúp con người gần gũi vớimáy tính hơn

Công nghệ tri thức còn góp phần thúc đẩy nhiều ngành khoa học khác pháttriển, khả năng phát triển khoa học dựa trên tri thức liên ngành Điển hình nhấthiện nay là có sự kết hợp tri thức giữa y tế với khoa học tâm linh

Quản lý tri thức

Tiếp nhận tri thức

Có thể chia thành 2 cách để tiếp nhận tri thức như sau:

Thụ động, bao gồm:

 Gián tiếp: những tri thức kinh điển

 Trực tiếp: những tri thức kinh nghiệm (không kinh điển) do “chuyên gia lĩnhvực” đưa ra

Chủ động: Đối với những tri thức tiềm ẩn, không rõ ràng hệ thống phải tựphân tích, suy diễn, khám phá để có thêm tri thức mới

Biểu diễn tri thức

Biểu diễn tri thức là phương pháp mã hoá tri thức, nhằm thành lập cơ sở trithức cho các hệ thống dựa trên tri thức Các phương pháp biểu diễn tri thức baogồm:

 Logic mệnh đề & logic vị từ

 Hệ cơ sở tri thức mở: là những hệ cơ sở tri thức tiên tiến hơn, nó có khả năng bổsung tri thức trong quá trình hoạt động, khám phá Ví dụ: Những hệ giải toán cho

phép bổ sung tri thức trong quá trình suy luận (tri thức ban đầu là những tiên đề

và một số định lý, tri thức bổ sung là những định lý mới, những tri thức heurictis,

…); những hệ cơ sở tri thức chẩn đoán, dự báo chẳng hạn: hệ chẩn đoán y khoaMYCIN và EMYCIN, những hệ dự báo thời tiết, khí hậu, động đất …vv…

 Hệ cơ sở tri thức kết hợp: bao gồm sự kết hợp giữa hệ đóng và hệ mở, hệ kết hợpgiữa CSTT và CSDL, hệ kết hợp giữa hệ CSTT này với một hệ CSTT khác.Những hệ cơ sở tri thức kết hợp thường phát triển mạnh dựa trên tri thức liênngành Ví dụ: những hệ hỗ trợ ra quyết định trong đời sống, kinh tế và khoa học;(kinh dịch, tử vi áp dụng với đời sống; kinh dịch, tử vi áp dụng với y học; …);những hệ chẩn đoán, dự báo dòi hỏi tri thức liên ngành

Phân loại hệ tri thức theo phương pháp biểu diễn tri thức

Tùy thuộc vào phương pháp biểu diễn tri thức mà chúng ta có thể phân loạicác hệ cơ sở tri thức

 Hệ cơ sở tri thức dựa trên logic mệnh đề và logic vị từ

 Hệ cơ sở tri thức dựa trên luật dẫn

 Hệ cơ sở tri thức dựa trên đối tượng

 Hệ cơ sở tri thức dựa trên Frame

 Hệ cơ sở tri thức dựa trên mạng ngữ nghĩa

 Hệ CSTT kết hợp một số phương pháp biểu diễn đã nêu trên

Phân loại theo ứng dụng

Theo ứng dụng của từng hệ tri thức, thì hệ tri thức được chia theo các dạngsau:

 Hệ giải quyết vấn đề: thường là hệ có tính chất đóng, nhưng đôi khi cũng có hệmang tính mở Ví dụ: Những hệ giải toán, thuật giải Vương Hạo, thuật giảiRobinson, …

 Hệ hỗ trợ quyết định: thường là các hệ mang tính kết hợp (CSDL + tri thứcngành + hàm toán học + ), đối tượng sử dụng là các nhà lãnh đạo Ví dụ: những

hệ thống đánh giá doanh nghiệp (tình hình tài chính, kết quả kinh doanh, qui

trình nghiệp vụ, qui trình sản xuất, tính chuyên nghiệp trong quản lý, …), những

hệ thống lập kế hoạch (planning), …

 Hệ dự báo, chẩn đoán: thường cũng giống như những hệ hỗ trợ ra quyết định vớitính ngoại suy cao hơn Ví dụ: Bài toán chẩn đoán hỏng hóc xe, chẩn đoán ykhoa, dự báo thị trường chứng khoán, thời tiết …

 Hệ điều khiển: là những hệ điều khiển có gắn với CSTT Những hệ thống nàythường ứng dụng trong công nghiệp, trong điều khiển tự động hóa, thường lànhững hệ thống thời gian thực (real-time systems) Một số hệ thống này có sửdụng kết hợp lý thuyết mờ để xử lý Ví dụ: Máy giặt, Máy bơm nước với bộ điềukhiển mờ, …

2 CÁC KỸ THUẬT BIỂU DIỄN TRI THỨC

1.1 Logic mệnh đề & logic vị từ

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 trithức

Phép toán AND OR NOT Kéo theo Tương đương

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 Nhiều bài toán sử dụng logic mệnh đề để thể hiệntri thức và giải vấn đề Bài toán loại này được đưa về bài toán xử lý các luật, mỗiphần giả thiết và kết luận của luất có thể có nhiều mệnh đề

Ví dụ:

IF Xe không khởi động được  A

AND Khoảng cách từ nhà đến chỗ làm là xa  B

THEN Sẽ trễ giờ làm  C

Luật trên có thể biểu diễn lại như sau: A B C

Các phép toán quen thuộc trên các mệnh đề được cho trong bảng 2.2

A B  A A B A B A B A B

Bảng 2.2 Bảng chân trị, với các giá trị Đúng (T), Sai (F)

Logic vị từ

Logic vị từ là sự mở rộng của logic mệnh đề nhằm cung cấp một cách biểudiễn rõ hơn về tri thức Logic vị từ dùng ký hiệu để biểu diễn tri thức

Logic vị từ, cũng giống như logic mệnh đề, dùng các ký hiệu để thể hiện tri

thức Những ký hiệu này gồm hằng số, vị từ, biến và hàm.

Hằng số: Các hằng số dùng để đặt tên các đối tượng đặc biệt hay thuộc tính.

Nhìn chung, các hằng số được ký hiệu bằng chữ viết thường, chẳng hạn an, bình,

nhiệt độ Hằng số an có thể được dùng để thể hiện đối tượng An, một người

đang xét

Vị từ: Một mệnh đề hay sự kiện trong logic vị từ được chia thành 2 phần là vị

từ và tham số Tham số thể hiện một hay nhiều đối tượng của mệnh đề; còn mệnh

đề dùng để khẳng định về đối tượng Chẳng hạn mệnh đề "Nam thích Mai" viếttheo vị từ sẽ có dạng:

thích(nam, mai)

Với cách thể hiện này, người ta dùng từ đầu tiên, tức "thích", làm vị từ Vị từcho biết quan hệ giữa các đối số đặt trong ngoặc Đối số là các ký hiệu thay chocác đối tượng của bài toán Theo quy ước chuẩn, người ta dùng các chữ thường

để thể hiện các đối số

Biến: Các biến dùng để thể hiện các lớp tổng quát của các đối tượng hay thuộc

tính Biến được viết bằng các ký hiệu bắt đầu là chữ in hoa Như vậy, có thể dùng

vị từ có biến để thể hiện nhiều vị từ tương tự

Hàm: Logic vị từ cũng cho phép dùng ký hiệu để biểu diễn hàm Hàm mô tả

một ánh xạ từ các thực thể hay một tập hợp đến một phần tử duy nhất của tập hợpkhác Ví dụ, các hàm sau đây được định nghĩa nhằm trả về một giá trị xác định:

cha(sơn) = Nam

mẹ(sơn) = Mai

Phép toán: Logic vị từ cũng dùng các phép toán như logic mệnh đề

Ví dụ: thích(X,Y) AND thích(Z,Y) ->  thích(X,Z)

Việc lập luận theo cách không hình thức đòi hỏi một khả năng rút ra được kếtluận từ các sự kiện đã có Việc lấy ra thông tin mới từ các thông tin đã biết và cácluật là trọng tâm của lập luận trong các hệ chuyên gia Quá trình lập luận đượchình thức hoá trong bài toán suy luận

1.2 Hệ luật dẫn (luật sinh)

Phương pháp biểu diễn tri thức bằng luật sinh được phát minh bởi Newell vàSimon trong lúc hai ông đang cố gắng xây dựng một hệ giải bài toán tổng quát.Đây là một kiểu biểu diễn tri thức có cấu trúc Ý tưởng cơ bản là tri thức có thểđược cấu trúc bằng một cặp điều kiện – hành động : "NẾU điều kiện xảy ra THÌhành động sẽ được thi hành" Chẳng hạn : NẾU đèn giao thông là đỏ THÌ bạnkhông được đi thẳng, NẾU máy tính đã mở mà không khởi động được THÌ kiểmtra nguồn điện, …

Ngày nay, các luật sinh đã trở nên phổ biến và được áp dụng rộng rãi trongnhiều hệ thống trí tuệ nhân tạo khác nhau Luật sinh có thể là một công cụ mô tả

để giải quyết các vấn đề thực tế thay cho các kiểu phân tích vấn đề truyền thống.Trong trường hợp này, các luật được dùng như là những chỉ dẫn (tuy có thểkhông hoàn chỉnh) nhưng rất hữu ích để trợ giúp cho các quyết định trong quátrình tìm kiếm, từ đó làm giảm không gian tìm kiếm Một ví dụ khác là luật sinh

có thể được dùng để bắt chước hành vi của những chuyên gia Theo cách này,luật sinh không chỉ đơn thuần là một kiểu biểu diễn tri thức trong máy tính mà làmột kiểu biễu diễn các hành vi của con người

Luật là cấu trúc tri thức dùng để liên kết thông tin đã biết với các thông tinkhác giúp đưa ra các suy luận, kết luận từ những thông tin đã biết

Trong hệ thống dựa trên các luật, người ta thu thập các tri thức lĩnh vực trongmột tập và lưu chúng trong cơ sở tri thức của hệ thống Hệ thống dùng các luậtnày 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.

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 hệ, khuyến cáo, hướng dẫn,

chiến lược, và heuristic Các ví dụ sau minh họa cho các loại luật

Quan hệ

IF Nguồn điện hỏng THEN Máy tính sẽ không khởi động được

Chiến lược

IF Máy không khởi động được THEN Đầu tiên hãy kiểm tra hệ thống điện, sau đó kiểm tra các linh kiện trong CPU

Các luật cũng có thể được phân loại theo cách thức giải quyết vấn đề Điểnhình theo phân loại này các luật theo cách thức diễn giải, chẩn đoán, và thiết kế

THEN Phát triển bình thường

Trong một số áp dụng cần thực hiện cùng một phép toán trên một tập hay các

đối tượng giống nhau Lúc đó cần các luật có biến

THEN Hầu như chắc chắn lãi suất sẽ CAO

Luật này được viết lại với giá trị CF có thể như sau:

IF Lạm phát cao

THEN Lãi suất cao, CF = 0.8

Dạng luật tiếp theo là siêu luật - một luật với chức năng mô tả cách thức dùng

các luật khác Siêu luật sẽ đưa ra chiến lược sử dụng các luật theo lĩnh vựcchuyên dụng, thay vì đưa ra thông tin mới

Ví dụ:

IF Xe không khởi động

AND Hệ thống điện làm việc bình thường

THEN Có thể sử dụng các luật liên quan đến hệ thống điện

Qua kinh nghiệm, các chuyên gia sẽ đề ra một tập các luật áp dụng cho một

bài toán cho trước Ví dụ tập luật trong hệ thống chẩn đoán hỏng hóc xe ô tô.Điều này giúp giải quyết các trường hợp mà khi chỉ với các luật riêng, ta khôngthể lập luận và giải quyết cho một vấn đề

Hình 2.2 Tập các luật liên quan đến việc hỏng xe

Một nhu cầu đặt ra trong các hệ thống tri thức là sự hợp tác giữa các chuyêngia Trên phương diện tổ chức hệ thống, ta có thể sử dụng một cấu trúc được gọi

là bảng đen, dùng để liên kết thông tin giữa các luật tách biệt, thông qua các

module với các nhiệm vụ tách biệt Dạng hệ thống này được Erman đưa ra lầnđầu tiên vào năm 1980 áp dụng cho hệ chuyên gia hiểu biết tiếng nóiHEARSAY-II

Vấn đề tối ưu luật

Tập các luật trong một cơ sở tri thức rất có khả năng thừa, trùng lắp 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, ta vẫn có một số thuật toánđơn giản để loại bỏ các vấn đề này

Rút gọn bên phải

Luật sau hiển nhiên đúng :

Quy tắc rút gọn : Có thể loại bỏ những sự kiện bên vế phải nếu những sự kiện

đó đã xuất hiện bên vế trái Nếu sau khi rút gọn mà vế phải trở thành rỗng thì luật

đó là luật hiển nhiên Ta có thể loại bỏ các luật hiển nhiên ra khỏi tri thức

Ví dụ: trong tập các luật gồm {A B, B C, A C} thì luật thứ 3 là luật thừa vì  B, B  C, A  C} thì luật thứ 3 là luật thừa vì  B, B  C, A  C} thì luật thứ 3 là luật thừa vì  B, B  C, A  C} thì luật thứ 3 là luật thừa vì

nó có thể được suy ra từ 2 luật còn lại

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

Biểu diễn tri thức bằng luật đặc biệt hữu hiệu trong những tình huống hệ thốngcần đưa ra những hành động dựa vào những sự kiện có thể quan sát được Nó cónhững ưu điểm chính yếu sau đây :

 Các luật rất dễ hiểu nên có thể dễ dàng dùng để trao đổi với người dùng (vì nó là một trong những dạng tự nhiên của ngôn ngữ)

 Có thể dễ dàng xây dựng được cơ chế suy luận và giải thích

từ các luật

 Việc hiệu chỉnh và bảo trì hệ thống là tương đối dễ dàng

 Có thể cải tiến dễ dàng để tích hợp các luật mờ

 Các luật thường ít phụ thuộc vào nhau

Nhược điểm

Các tri thức phức tạp đôi lúc đòi hỏi quá nhiều (hàng ngàn) luật sinh Điềunày sẽ làm nảy sinh nhiều vấn đề liên quan đến tốc độ lẫn quản trị hệ thống Thống kê cho thấy, người xây dựng hệ thống trí tuệ nhân tạo thích sử dụngluật sinh hơn tất cả phương pháp khác (dễ hiểu, dễ cài đặt) nên họ thường tìmmọi cách để biểu diễn tri thức bằng luật sinh cho dù có phương pháp khác thíchhợp hơn! Đây là nhược điểm mang tính chủ quan của con người

Cơ sở tri thức luật sinh lớn sẽ làm giới hạn khả năng tìm kiếm của chươngtrình điều khiển Nhiều hệ thống gặp khó khăn trong việc đánh giá các hệ dựatrên luật sinh cũng như gặp khó khăn khi suy luận trên luật sinh

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 địnhcủa một vài đối tượng Ví dụ, mệnh đề "quả bóng màu đỏ" xác nhận "đỏ" là giátrị 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)

Hình 2.3: 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 trướcthành ba phần riêng biệt: đối tượng, thuộc tính, giá trị thuộc tính Hình 0.1 minhhọa cấu trúc bộ ba O-A-V

Trong các sự kiện O-A-V, một đối tượng có thể có nhiều thuộc tính với cáckiểu 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 trithức cần thiết

Các sự kiện không phải lúc nào cũng bảo đảm là đúng hay sai với độ chắcchắn 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 bắtđầu từ hệ thống MYCIN (khoảng năm 1975), dùng để trả lời cho các thông tinsuy luận Khi đó, trong sự kiện O-A-V sẽ có thêm một giá trị xác định độ tin cậycủa nó là CF

Ngoài ra, khi các sự kiện mang tính "nhập nhằng", việc biểu diễn tri thức cầndựa 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.

2.3 Mạng ngữ nghĩa

Mạng ngữ nghĩa là một phương pháp biểu diễn tri thức dùng đồ thị trong

đó nút biểu diễn đối tượng và cung biểu diễn quan hệ giữa các đối tượng

Hình 2.4 "Sẻ là Chim" thể hiện trên mạng ngữ nghĩa

Người ta có thể nới rộng mạng ngữ nghĩa bằng cách thêm các nút và nốichúng vào đồ thị Các nút mới ứng với các đối tượng bổ sung Thông thường cóthể nới rộng mạng ngữ nghĩa theo ba cách:

 Thêm một đối tượng tương tự.

 Thêm một đối tượng đặc biệt hơn.

 Thêm một đối tượng tổng quát hơn

Thứ nhất, thêm "Cánh cụt" thể hiện một loại chim mới Thứ hai, thêm "Chip" cũng có nghĩa nó là con "Sẻ" và đồng thời là "Chim" Thứ ba, có thể đưa ra đối

tượng tổng quát như "Con vật" Lúc này, không những có thể biết được rằng

"Chim là Con vật", mà còn biết "Chip thở bằng không khí"

Hình 2.5 Phát triển mạng ngữ nghĩa

Tính chất quan trọng của mạng ngữ nghĩa là tính kế thừa Nó cho phép các nútđược bổ sung sẽ nhận các thông tin của các nút đã có trước, và cho phép mã hóatri thức một cách dễ dàng.

Để minh họa cho tính kế thừa của mạng ngữ nghĩa, hãy xét một câu hỏi trên

đồ thị Chẳng hạn tại nút "Chim", người ta muốn hỏi con "Chip" hoạt động nhưthế nào? Thông qua cung hoạt động người ta biết được nó bay

Hình 2.6 Các bước thực hiện phép toán trên mạng ngữ nghĩa

2.4 Frame - khung

Khái niệm

Một trong các kỹ thuật biểu diễn tri thức là dùng frame, phát triển từ khái niệm

lược đồ Một lược đồ được coi là khối tri thức điển hình về khái niệm hay đối

tượng nào đó, và gồm cả tri thức thủ tục lẫn tri thức mô tả

Frame là một cấu trúc dữ liệu chứa đựng tất cả những tri thức liên quan đếnmột đối tượng cụ thể nào đó Frames có liên hệ chặt chẽ đến khái niệm hướng đốitượng (thực ra frame là nguồn gốc của lập trình hướng đối tượng) Ngược lại vớicác phương pháp biểu diễn tri thức đã được đề cập đến, frame "đóng gói" toàn bộmột đối tượng, tình huống hoặc cả một vấn đề phức tạp thành một thực thể duynhất có cấu trúc Một frame bao hàm trong nó một khối lượng tương đối lớn trithức về một đối tượng, sự kiện, vị trí, tình huống hoặc những yếu tố khác Do đó,frame có thể giúp ta mô tả khá chi tiết một đối tượng

Dưới một khía cạnh nào đó, người ta có thể xem phương pháp biểu diễn trithức bằng frame chính là nguồn gốc của ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Ýtưởng của phương pháp này là "thay vì bắt người dùng sử dụng các công cụ phụnhư dao mở để đồ hộp, ngày nay các hãng sản xuất đồ hộp thường gắn kèm cácnắp mở đồ hộp ngay bên trên vỏ lon Như vậy, người dùng sẽ không bao giờ phải

lo lắng đến việc tìm một thiết bị để mở đồ hộp nữa!" Cũng vậy, ý tưởng chínhcủa frame (hay của phương pháp lập trình hướng đối tượng) là khi biểu diễn mộttri thức, ta sẽ "gắn kèm" những thao tác thường gặp trên tri thức này Chẳng hạnnhư khi mô tả khái niệm về hình chữ nhật, ta sẽ gắn kèm cách tính chu vi, diệntích

Frame thường được dùng để biểu diễn những tri thức "chuẩn" hoặc những trithức được xây dựng dựa trên những kinh nghiệm hoặc các đặc điểm đã được hiểubiết cặn kẽ Bộ não của con người chúng ta vẫn luôn "lưu trữ" rất nhiều các trithức chung mà khi cần, chúng ta có thể "lấy ra" để vận dụng nó trong những vấn

đề cần phải giải quyết Frame là một công cụ thích hợp để biểu diễn những kiểutri thức này.

Cấu trúc của frame

Mỗi một frame mô tả một đối tượng (object) Một frame bao gồm 2 thànhphần cơ bản là slot và facet Một slot là một thuộc tính đặc tả đối tượng đượcbiểu diễn bởi frame Ví dụ : trong frame mô tả xe hơi, có hai slot là trọng lượng

và loại máy

Mỗi slot có thể chứa một hoặc nhiều facet Các facet (đôi lúc được gọi là slot

"con") đặc tả một số thông tin hoặc thủ tục liên quan đến thuộc tính được mô tảbởi slot Facet có nhiều loại khác nhau, sau đây là một số facet thường gặp

 Value (giá trị) : cho biết giá trị của thuộc tính đó (như xanh,

đỏ, tím vàng nếu slot là màu xe)

 Default (giá trị mặc định) : hệ thống sẽ tự động sử dụng giá trị trong facet này nếu slot là rỗng (nghĩa là chẳng có đặc tả nào!) Chẳng hạn trong frame về xe, xét slot về số lượng bánh Slot này sẽ

có giá trị 4 Nghĩa là, mặc định một chiếc xe hơi sẽ có 4 bánh!

 Range (miền giá trị) : (tương tự như kiểu biến), cho biết giá trị slot có thể nhận những loại giá trị gì (như số nguyên, số thực, chữ cái, )

 If added : mô tả một hành động sẽ được thi hành khi một giá trị trong slot được thêm vào (hoặc được hiệu chỉnh) Thủ tục thường được viết dưới dạng một script

 If needed : được sử dụng khi slot không có giá trị nào Facet

mô tả một hàm để tính ra giá trị của slot.

Theo định nghĩa của Minsky (1975), thì frame là cấu trúc dữ liệu để thể hiệntri thức đa dạng về khái niệm hay đối tượng nào đó