MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PROLOG TRONG BIỂU DIỄN TRI THỨC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN oOo GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn HV: Trương Hoài Phong Mã số: CH1301048 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PROLOG TRONG BIỂU DIỄN TRI THỨC TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014 MỤC LỤC    GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG 1: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC 1.1. Tri thức là gì? Tri thức có nhiều ý nghĩa tùy theo văn cảnh, nhưng lúc nào cũng có liên quan với những khái niệm như hiểu biết, ý nghĩa, thông tin, giảng dạy, giáo dục, giao tiếp, diễn tả, học hỏi, suy luận, nhận thức và kích thích trí óc. Tri thức là nó bao gồm ba tiêu chí khả tín, xác thực, và chứng minh được. Tri thức là các thông tin, các tài liệu, các cơ sở lý luận, các kỹ năng khác nhau, đạt được bởi một tổ chức hay một cá nhân thông qua các trải nghiệm thực tế hay thông qua sự giáo dục đào tạo; các hiểu biết về lý thuyết hay thực tế về một đối tượng, một vấn đề, có thể lý giải được về nó. Tóm lại, Tri thức là nói về đối tượng thực hiện được những hành động một cách hiệu quả. Tri thứ là sự hiểu biết của con người trong một phạm vi, lĩnh vực nào đó, được xem xét theo các mục tiêu hay các vấn đề nhất định có khả năng giúp con người làm việc có hiệu quả. Tri thức là một hệ thống phức tạp, đa dạng và trừu tượng bao gồm nhiều thành tố với những mối liên hệ tác động qua lại như: Các khái niệm (concepts), với những mối liên hệ cơ bản nhất định (relationships). Các quan hệ (relations): là một quan hệ 2 ngôi R trên một tập X như phản xạ, đối xứng, phản xứng, bắc cầu; Quan hệ thứ tự; Quan hệ tương đương; Cách biểu diễn của một quan hệ 2 ngôi R trên tập X: Biểu diễn dựa trên “tập hợp”, biểu diễn bằng ma trận, biểu đồ (đồ thị). Các toán tử (operators), phép toán, các biểu thức hay công thức. Các hàm (functions) HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 4 GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Các luật (rules) Sự kiện (facts) 1.2. Phân loại tri thức: Tri thức sự kiện: là các khẳng định về một sự kiện, khái niệm nào đó (trong một phạm vi xác định). Các định luật vật lý, toán học,… thường được xếp vào loại này. Ví dụ: mặt trời mọc ở phía đông, tam giác đều có 3 góc 60 0 … Tri thức thủ tục: thường dùng để diễn tả phương pháp, các bước tiến hành, trình từ hay ngắn gọn là cách giải quyết vấn đề. Thuật toán, thuật giải là một dạng của tri thức thủ tục. Tri thức mô tả: cho biết một đối tượng, sự kiện, vấn đề, khái niệm, … được thấy, cảm nhận, cấu tạo như thế nào. Ví dụ: một cái bàn thường có 4 chân; con người có 2 tay, 2 mắt, Tri thức Heuristic: là một dạng tri thức cảm tính. Các tri thức thuộc loại này thường có dạng ước lượng, phỏng đoán, và thường được hình thành thông qua kinh nghiệm. Siêu tri thức: Mô tả tri thức về tri thức. Loại tri thức này giúp cho lựa chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề. HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 5 GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG 1.3. Sự phân lớp của tri thức: 1.4. Hệ cơ sở tri thức: Cơ sở tri thức là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải quyết. 1.5. Biểu diễn tri thức sử dụng luật dẫn xuất Phương pháp biểu diễn tri thức bằng luật sinh được phát minh bởi Newell và Simon 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 thể được cấu trúc HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 6 GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG bằng một cặp điều kiện – hành động: "NẾU điều kiện xảy ra THÌ hành động sẽ được thi hành". Chẳng hạn : NẾU đèn giao thông là đỏ THÌ bạn không được đi thẳng, NẾU máy tính đã mở mà không khởi động được THÌ kiểm tra nguồn điện, … Ngày nay, các luật sinh đã trở nên phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong nhiều 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 thể không hoàn chỉnh) nhưng rất hữu ích để trợ giúp cho các quyết định trong quá trình 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 là một kiểu biễu diễn các hành vi của con người. Để biễu diễn một tập luật sinh, người ta thường phải chỉ rõ hai thành phần chính sau: Tập các sự kiện F(Facts), Tập các quy tắc R (Rules). 1.5.1 Cơ chế suy luận trên các luật sinh  Suy diễn tiến : là quá trình suy luận xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, xác định các sự kiện có thể được "sinh" ra từ sự kiện này.  Suy diễn lùi: là quá trình suy luận ngược xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, ta tìm kiếm các sự kiện đã "sinh" ra sự kiện này. Một ví dụ thường gặp trong thực tế là xuất phát từ các tình trạng của máy tính, chẩn đoán xem máy tính đã bị hỏng hóc ở đâu. Ví dụ: Tập các sự kiện: HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 7 GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG • Ổ cứng là "hỏng" hay "hoạt động bình thường" • Hỏng màn hình. • Lỏng cáp màn hình. • Tình trạng đèn ổ cứng là "tắt" hoặc "sáng" • Có âm thanh đọc ổ cứng. • Tình trạng đèn màn hình "xanh" hoặc "chớp đỏ" • Không sử dụng được máy tính. • Điện vào máy tính "có" hay "không" 1.5.2 Ưu điểm và nhược điểm của biểu diễn tri thức bằng luật a) Ưu điểm: Biểu diễn tri thức bằng luật đặc biệt hữu hiệu trong những tình huống hệ thống cần đưa ra những hành động dựa vào những sự kiện có thể quan sát được. Nó có những 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. HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 8 GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG  Các luật thường ít phụ thuộc vào nhau. b) Nhược điểm: Các tri thức phức tạp đôi lúc đòi hỏi quá nhiều (hàng ngàn) luật sinh. Điều này 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 dụng luật sinh hơn tất cả phương pháp khác (dễ hiểu, dễ cài đặt) nên họ thường tìm mọi cách để biểu diễn tri thức bằng luật sinh cho dù có phương pháp khác thích hợp 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 chương trình điều khiển. Nhiều hệ thống gặp khó khăn trong việc đánh giá các hệ dựa trên luật sinh cũng như gặp khó khăn khi suy luận trên luật sinh. 1.6. Biểu diễn tri thức bằng Scripts Script là một cách biểu diễn tri thức tương tự như frame nhưng thay vì đặc tả một đối tượng, nó mô tả một chuỗi các sự kiện. Để mô tả chuỗi sự kiện, script sử dụng một dãy các slot chứa thông tin về các con người, đối tượng và hành động liên quan đến sự kiện đó. Tuy cấu trúc của các script là rất khác nhau tùy theo bài toán, nhưng nhìn chung một script thường bao gồm các thành phần sau: • Điều kiện vào (entry condition): mô tả những tình huống hoặc điều kiện cần được thỏa mãn trước khi các sự kiện trong script có thể diễn ra. HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 9 GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG • Role (diễn viên): là những con người có liên quan trong script. • Prop (tác tố): là tất cả những đối tượng được sử dụng trong các chuỗi sự kiện sẽ diễn ra. • Scene(Tình huống): là chuỗi sự kiện thực sự diễn ra. • Result (Kết quả): trạng thái của các Role sau khi script đã thi hành xong. • Track (phiên bản): mô tả một biến thể (hoặc trường hợp đặc biệt) có thể xảy ra trong đoạn script. Script rất hữu dụng trong việc dự đoán điều gì sẽ xảy đến trong những tình huống xác định. Thậm chí trong những tình huống chưa diễn ra, script còn cho phép máy tính dự đoán được việc gì sẽ xảy ra và xảy ra đối với ai và vào thời điểm nào. Nếu máy tính kích hoạt một script, người dùng có thể đặt câu hỏi và hệ thống có thể suy ra được những câu trả lời chính xác mà không cần người dùng cung cấp thêm nhiều thông tin (trong một số trường hợp có thể không cần thêm thông tin). Do đó, cũng giống như frame, script là một dạng biểu diễn tri thức tương đối hữu dụng vì nó cho phép ta mô tả chính xác những tình huống "chuẩn" mà con người vẫn thực hiện mỗi ngày hoặc đã nắm bắt chính xác. Để cài đặt script trong máy tính, bạn phải tìm cách lưu trữ các tri thức dưới dạng hình thức. LISP là ngôn ngữ lập trình phù hợp nhất để làm điều này. Sau khi đã cài đặt xong script, bạn (người dùng) có thể đặt câu hỏi về những con người hoặc điều kiện có liên quan trong script. Hệ thống sau đó sẽ tiến hành thao tác tìm kiếm hoặc thao tác so mẫu để tìm câu trả lời. Chẳng hạn bạn có thể đặt câu hỏi "Khách hàng làm gì trước HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 10 [...]... NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG cặn kẽ Bộ não của con người chúng ta vẫn luôn "lưu trữ" rất nhiều các tri thức 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 kiểu tri thức này 1.8 1.8.1 Biểu diễn tri thức bằng mạng ngữ nghĩa Khái niệm: Mạng ngữ nghĩa la một phương phap biểu diễn tri thức đầu tiên và. .. tạp trong lập luận của con người Trong lập trình logic, một chương trình bao gồm một tập hợp các tiên đề và các luật Các hệ thống lập trình logic như Prolog tính toán các hệ quả của các tiên đề và luật để trả lời một truy vấn Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, các luận văn, báo cáo về ứng dụng prolog trong giải quyết các vấn đề của cuộc sống như: Sử dụng Prolog trong chuẩn đoán bệnh, sử dụng prolog. .. NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Trong một vị từ có thể xảy ra các điều sau: vị từ đã cho đúng với mọi phần tử trong không gian xác định của nó; cũng có thể chỉ đúng với một số phần tử nào đó trong không gian xác định của nó, người ta gọi đó là sự lượng hóa hay lượng từ các hàm mệnh đề HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 20 GVHD: PGS TS ĐỖ VĂN NHƠN 2.5.1 BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ...GVHD: PGS TS ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG tiên?" Hệ thống sẽ tìm thấy câu trả lời trong scene 1 và đưa ra đáp án "Đậu xe và bước vào nhà hàng" 1.7 Biểu diễn tri thức bằng Frame Frame là một cấu trúc dữ liệu chứa đựng tất cả những tri thức liên quan đến một đối tượng cụ thể nào đó Frames có liên hệ chặt chẽ đến khái niệm hướng đối tượng (thực ra frame là nguồn gốc của lập tŕnh hướng đối... bệnh, sử dụng prolog trong kinh dịch, sử dụng prolog trong giao thông, sử dụng prolog chuẩn đoán hư hỏng của máy móc, sử dụng prolog trong tư vấn học tập… 3.1 Giới thiệu Prolog Prolog là ngôn ngữ được sử dụng phổ biến nhất trong dòng các ngôn ngữ lập trình logic (Prolog có nghĩa là Programming in Logic) Ngôn ngữ Prolog do giáo sư người Pháp Alain Colmerauer và nhóm nghiên cứu của ông đề xuất lần đầu... b = 5} {Hiện hữu một cặp số nguyên tương ứng b sao cho cho mọi số nguyên tương ứng a ta có a + b = 5} {Mọi số nguyên tương ứng a, hiện hữu một số nguyên tưng ứng b sao cho a + b = 5} ∃a∀b P(a,b) ∀b∃a P(a, b) {Hiện hữu một cặp số nguyên tương ứng a sao cho cho mọi số nguyên tương ứng b ta có a + b = 5} {Mọi số nguyên tương ứng b, hiện hữu một số nguyên tương ứng a sao cho a + b = 5} T Cá c F T T T định... vị từ P(x) = {số nguyên tự nhiên x là số chẵn} Xét chân trị của hai mệnh đề∀x P(x) và ∃x P(x) HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 21 GVHD: PGS TS ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG ∀x P(x) = {tất cả số nguyên tự nhiên x là số chẵn} là mệnh đề sai khi x = 5 ∃x P(x) = {hiện hữu một số nguyên tự nhiên x là số chẵn} là mệnh đề đúng khi x=10 Chú ý: Cho P là một vị từ có không... Ngược lại với các phương pháp biểu diễn tri thức đã được đề cập đến, frame "đóng gói" toàn bộ một đối tượng, tình huống hoặc cả một vấn đề phức tạp thành một thực thể duy nhất có cấu trúc Một frame bao hàm trong nó một khối lượng tương đối lớn tri thức 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... rút gọn) Công thức cơ sở: (A˄B)→A≡1 Mô hình suy diễn : 2.8.2 Quy tắc suy diễn 2( cộng) Công thức cơ sở: A → (AB) ≡ 1 Mô hình suy diễn: HV: TRƯƠNG HOÀI PHONG – CH1301048 – LỚP CAO HỌC KHÓA 8 Trang 27 GVHD: PGS TS ĐỖ VĂN NHƠN 2.8.3 BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Quy tắc suy diễn 3(khẳng định ) Công thức cơ sở: (A ˄ (A → B) → B ≡ 1 Mô hình suy diễn: 2.8.4 Quy tắc suy diễn 4( phủ định) Công thức cơ sở: ((A→B)˄)... HỌC KHÓA 8 Trang 32 GVHD: PGS TS ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG từ công trình này đã có tầm quan trọng mang tính nền tảng đối với các nhà thiết kế máy tính trong những năm 1940 Trong những năm 1950 và 1960, các nhà nghiên cứu dự đoán rằng khi tri thức của con người có thể được biểu diễn bằng logic và các ký hiệu toán học, sẽ có khả năng tạo ra một máy tính có khả năng lập luận, hay nói cách . Phong Mã số: CH1301048 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PROLOG TRONG BIỂU DIỄN TRI THỨC TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014 MỤC LỤC    GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN. LỤC    GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG 1: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC 1.1. Tri thức là gì? Tri thức có nhiều ý nghĩa tùy theo văn cảnh, nhưng lúc. BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG 1.3. Sự phân lớp của tri thức: 1.4. Hệ cơ sở tri thức: Cơ sở tri thức là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải quyết. 1.5. Biểu