Tiểu luận môn biểu diễn tri thức và suy luận TÌM HIỂU MÔ HÌNH COKB- ONTO SUY DIỄN SỬ DỤNG BÀI TOÁN MẪU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI THU HOẠCH MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ SUY LUẬN ĐỀ TÀI TÌM HIỂU MÔ HÌNH COKB- ONTO SUY DIỄN SỬ DỤNG BÀI TOÁN MẪU GVHD: PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Hải Yến MSSV: CH1301074 LỚP : Cao học CNTT khoá 9 TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 03 năm 2014 t Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn LỜI NÓI ĐẦU Biểu diễn tri thức có vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống CSTT (KBS) và hệ chuyên gia (ES), đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục. Có rất nhiều mô hình và phương pháp khác nhau để biểu diễn tri thức (mô hình logic vị từ, mô hình mạng ngữ nghĩa, mô hình hệ luật dẫn, mô hình mạng nơ-ron, đồ thị khái niệm,… ) đã được đề xuất và áp dụng trong nhiều lĩnh vực của khoa học. Nhưng những mô hình này có những hạn chế nhất định trong biểu diễn và suy luận trên các tri thức phức tạp. Ontology là một hướng đang được nghiên cứu và phát triển. Ontology về tri thức các đối tượng tính toán COKB-ONTO là mô hình được sử dụng rất hiệu quả trong việc biểu diễn cơ sở tri thức phức tạp. COKB-ONT bao gồm mô hình, ngôn ngữ đặc tả, ngôn ngữ truy vấn và kỹ thuật xử lý hay suy diễn Sau khi mô hình hóa cho cơ sở tri thức thì việc thiết kế một bộ suy diễn trên cơ sở tri thức đó ( thiết kế thuật toán suy diễn) là một bước rất quan trọng. Nó là nhân tố ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý bài toán. Để cải thiện thời gian suy diễn thì phương pháp suy diễn kết hợp hueristic hay suy diễn sử dụng các bài toán mẫu được đề xuất. Và sau đây là bài thu hoạch của em về “ Tìm hiểu mô hình COKB-ONTO và suy diễn sử dụng các bài toán mẫu”. Em xin cảm ơn Thầy PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn đã tận tình truyền đạt kiến thức và có những định hướng giúp em hoàn thành bài thu hoạch. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng bài thu hoạch của em còn nhiều thiếu sót em mong Thầy góp ý nhận xét để bài thu hoạch hoàn thiện hơn. SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 2 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn MỤC LỤC  LỜI NÓI ĐẦU 2 TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH COKB-ONTO 4 PHƯƠNG PHÁP SUY DIỄN DỰA TRÊN TRI THỨC BÀI TOÁN MẪU 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 3 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Chương 1. TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH COKB-ONTO 1.1. Mô hình ontology COKB-ONTO Mô hình ontology COKB-ONTO là một hệ thống gồm 6 thành phần: K = (C, H, R, Ops, Funcs, Rules) Trong đó: − C: tập các khái niệm về đối tượng tính toán C-Object − H: tập các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng − R: tập các quan hệ giữa các loại khái niệm trên các C-Object − Ops: tập các toán tử − Funcs: tập các hàm − Rules: tập các luật Mỗi khái niệm trong C là một lớp của C-Objects. Cấu trúc C-objects có thể được mô hình hóa bằng (Attrs, F, Facts, Rules). 1.1.1. Tập các khái niệm về đối tượng tính toán Khái niệm được định nghĩa bằng một tên duy nhất. Các khái niệm được phân loại, áp dụng cơ chế kế thừa. Có các loại khái niệm sau: − Khái niệm nền: kiểu boolean, số tự nhiên, số nguyên, số hữu tỉ, số thực, tập hợp và danh sách hay một số kiểu tự định nghĩa. − Khái niệm cơ bản: có cấu trúc rỗng hoặc có một số thuộc tính có khái niệm nền. Ví dụ khái niệm đối tượng DIEM có kiểu mô tả không có cấu trúc thiết lập. Các khái niệm này làm nền cho các khái niệm cấp cao hơn. − Khái niệm cấp 1: Các đối tượng này chỉ có các thuộc tính kiểu khái niệm nền và có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Ví dụ: đối tượng DOAN[A,B] trong đó A, B là các đối tượng cơ bản loại DIEM, thuộc tính a biểu thị độ dài đoạn thẳng có kiểu tương ứng là “real”. SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 4 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn − Khái niệm cấp 2: có các thuộc tính là khái niệm nền và khái niệm cấp 1, có thể thiết lập từ danh sách các khái niệm nền hoặc cơ bản. Mỗi khái niệm cấp 2 là một đối tượng tính toán gồm các thành phần: (Name, Constructs, Isa, Attrs, Constraints, F, Facts, Rules) Trong đó: − Name: tên của khái niệm − Constructs: các thuộc tính xác định khái niệm − Isa: phân cấp khái niệm − Attrs: tập hợp các thuộc tính của khái niệm − Constraints: tập hợp các điều kiện ràng buộc trên các thuộc tính − F: tập hợp các quan hệ suy diễn tính toán − Facts: tập hợp các tính chất hay các sự kiện vốn có của khái niệm − Rules: tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các thuộc tính cũng như liên quan đến bản thân khái niệm. Ví dụ : Tri thức về tam giác gồm các yếu tố như: 3 cạnh a, b, c; 3 góc tương ứng A, B, C; 3 đường cao tương ứng ha, hb, hc; diện tính S; chu vi P; Các công thức liên hệ giữa chúng: định lý góc trong tam giác, định lý sin, định lý cosin, công thức tính diện tích. Ta có một đối tượng tam giác biễu diễn theo mô hình COKB như sau: Name: TAMGIAC Constructs: A, B, C Isa: {} Attrs: {GocA, GocB, GocC, a, b, c, ha, hb, hc, S, P} Constraints: {a>0, b>0, c>0, ha>0, hb>0, hc>0, S>0, P>0} F: {GocA + GocB + GocC = Pi, a*sin(GocB)=b*sin(GocA), a^2 = b^2 + c^2 – 2*b*c*cos(GocA),…} Facts: {} Rules: {{GocA=GocB}⇒{a=b},{a=b}⇒{GocA=GocB},{a^2=b^2+c^2}⇒ {GocA=pi/2},{GocA=pi/2}⇒{a^2=b^2+c^2, b⊥c},…} SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 5 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn − Khái niệm cấp n: Các đối tượng này có các thuộc tính kiểu khái niệm nền và các thuộc tính loại đối tượng cấp thấp hơn, có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cấp thấp hơn. 1.1.2. Tập các quan hệ phân cấp Trên tập C ta có một quan hệ phân cấp, một số khái niệm sẽ là trường hợp đặc biệt của một số khái niệm khác. Ví dụ: tam giác vuông cân cũng là một tam giác. Nếu xem quan hệ phân cấp này là quan hệ có thứ tự trên C thì H chính là một biểu đồ Hasse. Biểu đồ Hasse thể hiện phân cấp của các khái niệm tam giác 1.1.3. Tập các quan hệ Mỗi quan hệ được xác định bởi: (Name, Args, Facts) Trong đó: − Name: tên của quan hệ − Args: các đối tượng (thuộc kiểu khái niệm) của quan hệ. − Facts: các sự kiện định nghĩa quan hệ. Quan hệ có tính chất: phản xạ, đối xứng, phản xứng và bắc cầu. Ví dụ : Quan hệ vuông góc giữa hai đường thằng được mô tả như sau: Name: VUONG Args: a,b: DUONGTHANG Facts: A, B là hai điểm; A thuộc a và A không thuộc b; B thuộc b và B không thuộc a; Góc tạo bởi A, B và giao điểm của a, b là góc vuông. SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 6 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn 1.1.4. Tập các hàm Hàm thể hiện các quy tắc tính toán trên các loại khái niệm. Có hai loại: − Hàm cơ bản: các hàm trên số tự nhiên, số nguyên, số hữu tỉ, số thực và số phức. − Hàm cấp n (n>0): được mô tả bằng tập các sự kiện và trong cấu trúc mô tả bao gồm các khái niệm, quan hệ, hàm và toán tử. Trong cấu trúc mô tả phải xuất hiện ít nhất các khái niệm, quan hệ, hàm và toán tử có cấp n. Mỗi hàm gồm các thành phần: (Name, Args, Return, Facts) Trong đó: − Name: tên của hàm − Args: đối số của hàm là các đối tượng thuộc kiểu khái niệm. − Return: khái niệm trả về của hàm − Facts: các sự kiện định nghĩa hàm. Ví dụ : Hàm xác định giao điểm của hai đường thẳng Name: GIAODIEM Args: a,b: DUONGTHANG Return: X: DIEM Facts: X thuộc a và X thuộc b 1.1.5. Tập các toán tử Gồm các phép toán trên các biến thuộc các loại khái niệm. Có hai loại: − Toán tử nền: các phép toán trên các kiểu boolean, số tự nhiên, số nguyên, số hữu tỉ, số thực, tập hợp và danh sách. − Toán tử cấp n: các phép toán số học và tính toán trên các đối tượng, các thuộc tính của đối tượng tương tự như đối với các biến thực. Một toán tử gồm các thành phần: (Name, Args, Return, Facts) Trong đó: − Name: tên toán tử − Args: danh sách các toán hạng − Return: kiểu trả về của toán tử SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 7 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn − Facts: các sự kiện định nghĩa toán tử Ví dụ : phép toán trừ hai góc được mô tả như sau: Name: “-” Args: g1, g2: GOC Return: x: real Facts: x = op1.sd – op2.sd 1.1.6. Tập các luật Các luật thể hiện tri thức. Mỗi luật cho ta một qui tắc suy luận để đi đến kết luận từ những sự kiện giả thuyết dưới dạng luật dẫn. Mỗi luật gồm các thành phần: (Name, Kind, Vars, Hypothesis, Goal) Trong đó: − Name: tên của luật − Kind: chuỗi mô tả loại luật − Vars: Các đối tượng thuộc kiểu khái niệm − Hypothesis: tập các sự kiện giả thuyết của luật − Goal: tập các sự kiện kết luận của luật. Ví dụ : Luật hai tam giác bằng nhau: Name: “TAM_GIAC_BANG_NHAU” Kind: “BANG_NHAU” Vars: tg1, tg2: TAMGIAC Hypothesis: 3 cạnh của tg1 bằng với 3 cạnh tương ứng của tg2 Facts: tg1 = tg2 SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 8 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn 1.2. Các loại sự kiện trong mô hình COKB-ONTO Có 11 loại sự kiện : • Sự kiện loại 1: Sự kiện thông tin về loại của đối tượng. Cấu trúc sự kiện: [<đối tượng>, <loại đối tượng>] Ví dụ: Tam giác cân ABC được định nghĩa như sau : [TAMGIAC[A,B,C], “TAMGIACCAN”]. • Sự kiện loại 2: Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc tính của đối tượng. Cấu trúc sự kiện: <đối tượng>|<đối tượng >.<thuộc tính> Ví dụ: Trong tam giác ABC ta có các cạnh AB, AC, BC và các góc ABC, góc BAC và góc ACB được định nghĩa như sau: − Các cạnh: DOAN[A,B], DOAN[A,C], DOAN[B,C]. − Các góc: GOC[A,B,C], GOC[B,A,C], GOC[A,C,B]. • Sự kiện loại 3: Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc tính của đối tượng thông qua biểu thức hằng. Cấu trúc sự kiện: <đối tượng> | <đối tượng >.<thuộc tính> = <biểu thức hằng> Ví dụ: DOAN[A,B].a = 5; GOC[A,B,C] = Pi/2. • Sự kiện loại 4: Sự kiện về sự bằng nhau của một đối tượng hay một thuộc tính của đối tượng với một đối tượng hay một thuộc tính khác. Cấu trúc sự kiện: <đối tượng> | <đối tượng >.<thuộc tính> = <đối tượng> | <đối tượng >.<thuộc tính> Ví dụ: DOAN[A,B].a = DOAN[B,C].a, GOC[A,B,C].a = GOC[A,C,B].a. SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 9 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn • Sự kiện loại 5: Sự kiện về sự phụ thuộc giữa các đối tượng và các thuộc tính của các đối tượng thông qua một công thức tính toán hay một đẳng thức theo các đối tượng hay các thuộc tính. Cấu trúc sự kiện: <đối tượng>|<đối tượng >.<thuộc tính>=<biểu thức theo các đối tượng hay thuộc tính > Ví dụ: CV = DOAN[A,B].a + DOAN[A,C].a + DOAN[B,C].a • Sự kiện loại 6 : Sự kiện về một quan hệ trên các đối tượng hay trên các thuộc tính của các đối tượng. Cấu trúc sự kiện: [<tên quan hệ>,<object1>,<object2>,…] Ví dụ: ["THUOC", M,DOAN[A,B]]  Điểm M thuộc đoạn AB. • Sự kiện loại 7: Sự kiện về tính xác định của một hàm. Cấu trúc sự kiện: <hàm> Ví dụ: TRUNGDIEM(A,B)  Hàm xác định trung điểm của 2 điểm A,B. • Sự kiện loại 8: Sự kiện về tính xác định của một hàm thông qua một biểu thức hằng. Cấu trúc sự kiện: <hàm> = <biểu thức hằng> Ví dụ: KHOANGCACH(d1, d2) = 9  Khoảng cách giữa 2 đường thẳng d1 và d2 bằng 9. • Sự kiện loại 9: Sự kiện về sự bằng nhau giữa một đối tượng hay thuộc tính với một hàm. Cấu trúc sự kiện: <đối tượng> | <đối tượng >.<thuộc tính> = <hàm> Ví dụ : GOC[A,B,C] = GOC(d1, d2), H1 = HINHCHIEU(A, d) SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 10 [...]... cơ chế suy diễn tự động trên miền tri thức Mô hình cũng mô phỏng tốt tư duy của con người trong quá trình tìm lời giải cho bài toán 2.2 Thuật giải 2.2.1 Bài toán Cho mô hình ontology COKB sử dụng bài toán mẫu K = (C, H, R, Ops, Funcs, Rules, Samples), và bài toán P = L → G của mô hình 2.2.2 Ý tưởng B1: Thu thập các phần tử từ giả thiết và kết luận của bài toán B2: Tìm bài toán mẫu có thể áp dụng được... Kp ⊂ K 2.1.2 Bài toán mẫu Bài toán mẫu được biểu diễn dưới dạng mạng các đôí tượng tính toán trên cơ sở tri thức Kp như sau : (Op,Fp,Gp) Trong đó, Op và Fp chỉ chứa các loại đối tượng cũng như các sự kiện đã được đặc tả trong Kp SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 33 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Bài toán mẫu giúp cho việc suy diễn nhanh chóng và hiệu quả Vì thế một bài toán cần có... 32 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Chương 2 PHƯƠNG PHÁP SUY DIỄN DỰA TRÊN TRI THỨC BÀI TOÁN MẪU 2.1 Mô hình COKB -ONTO sử dụng bài toán mẫu Trong thực tế khi gặp một vấn đề cần phải giải quyết, chúng ta thường không lập tức tìm ngay một cách giải quyết hoàn toàn mới, mà ta thường tìm xem trước đây ta đã giải quyết một vấn đề nào giống như vậy chưa ? Nếu có, thì việc giải quyết bài toán. .. bài toán mẫu S2 sẽ được đặc tả như sau: S2 = (Op, Fp, Goalp) với: SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 34 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Op = { TAMGIACVUONG[A,B,C], DOAN[A,H] } Fp={[“DUONGCAO”,DOAN[A,H],TAMGIACVUONG[A,B,C]] , DOAN[A,B].chieudai = c , DOAN[B,C].chieudai = a } Goalp = {DOAN[A,H].chieudai} 2.1.3 Mô hình COKB -ONTO sử dụng bài toán mẫu Mô hình ontology COKB-ONT sử dụng bài. .. Vì thế một bài toán cần có những tiêu chuẩn gì thì được gọi là bài toán mẫu • Tiêu chuẩn bài toán mẫu: o TC1: Tần suất sử dụng bài toán mẫu trong tri thức cao o TC2: Bài toán có số lượng đối tượng ít o TC3: Lời giải của bài toán ngắn • Phân loại bài toán mẫu : o Loại bài toán về xác định đối tượng Ví dụ: Bài toán xác định mặt phẳng trong hình học giải tích ba chiều “Cho ba điểm trong không gian có tọa... dụng bài toán mẫu (COKB-SP) gồm 7 thành phần được định nghĩa như sau: (C, H, R, Ops, Funcs, Rules, Sample) Trong đó: • (C, H, R, Ops, Funcs, Rules) là tri thức được biểu diễn theo mô hình COKB • Sample là tập hợp các bài toán mẫu trên miền tri thức Mô hình COKB-SP là phương pháp rất hiệu quả trong việc thiết kế các cơ sở tri thức thực tế, cũng như trong việc mô hình hóa các bài toán phức tạp và thiết... toán mới sẽ trở nên chính xác và hiệu quả hơn Trong mô hình biểu diễn tri thức của chúng ta cần phải biểu diễn được tập các bài toán mẫu để có thể nhanh chóng tìm kiếm và sử dụng lại các kết quả đã biết 2.1.1 Miền tri thức con của K Cho K = (C, H, R, Ops, Funcs, Rules) được định nghĩa trong mục 1.1của mô hình COKB Kp = (Cp, Hp, Rp, Opsp, Funcsp, Rulesp) được gọi là tri thức con của K khi Cp ⊂C Hp ⊂H... 1.3 Mô hình bài toán 1.3.1 Bài toán Dựa vào mạng các các đối tượng tính toán , ta có mô hình bài toán của ontology COKB-ONT gồm 3 thành phần: O = {O1, O2, , On}, F = {f1, f2, , fm}, Goal = { g1, g2, , gk } Trong đó: O là tập hợp gồm n C-Objects, F là tập hợp các sự kiện giữa các CObjects, (O, F) là một mạng các đối tượng tính toán, và G là tập hợp các mục tiêu của bài toán Mục tiêu của bài toán. .. trình xây dựng một ứng dụng trên cơ sở tri thức Quy trình xây dựng một ứng dụng gồm các giai đoạn sau: • Giai đoạn 1: Thu thập tri thức thực tế dựa trên mô hình COKB-ONT • Giai đoạn 2: Phân loại tri thức trong Giai đoạn 1, để phân tích các yêu cầu • Giai đoạn 3: Xây dựng tổ chức cơ sở tri thức cho hệ thống dựa trên mô hình COKB-ONT và đặc điểm kỹ thuật ngôn ngữ của nó Cơ sở tri thức có thể được tổ chức... của − mô hình COKB Bước 3: Mô hình hóa phân loại các bài toán trong bước 1 và 2 Từ các mô hình của từng loại, chúng ta có thể xây dựng một mô hình chung cho các bài toán, cho hệ thống để giải quyết chúng Kỹ thuật cơ bản để thiết kế các thuật toán suy luận là sự thống nhất của các sự kiện Dựa trên các loại sự kiện và cấu trúc của nó, sẽ có tiêu chuẩn cho sự thống nhất Sau đó, nó tạo ra các thuật toán . TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI THU HOẠCH MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ SUY LUẬN ĐỀ TÀI TÌM HIỂU MÔ HÌNH COKB- ONTO SUY DIỄN SỬ DỤNG BÀI TOÁN MẪU GVHD: PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn. NÓI ĐẦU 2 TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH COKB -ONTO 4 PHƯƠNG PHÁP SUY DIỄN DỰA TRÊN TRI THỨC BÀI TOÁN MẪU 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 SVTH : CH1301074 – Nguyễn Hải Yến 3 Biểu diễn tri thức và suy luận PGS.TS. lý bài toán. Để cải thiện thời gian suy diễn thì phương pháp suy diễn kết hợp hueristic hay suy diễn sử dụng các bài toán mẫu được đề xuất. Và sau đây là bài thu hoạch của em về “ Tìm hiểu mô