ĐỒ ÁN CÁC HỆ CƠ SỞ TRI THỨC Xây dựng chương trình GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÁC HỆ CƠ SỞ TRI THỨC Xây dựng chương trình : GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU <Vật lý 11> Giảng viên : Huỳnh Thị Thanh Thương Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Khiêm 10520555 Phạm Đình Sứng 10520219 Trần Quốc Thuấn 10520092 Phạm Ngọc Ánh 10520237 1 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN Qua thời gian ngắn để thực hiện đề tài với những kỉ niệm, trải nghiệm khó quên. Để mở đầu cho cuốn báo cáo này, xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô giáo của trường Đại học Công Nghệ Thông Tin đã giúp chúng em có được các kiến thức nền tảng và những lời khuyên chân quý báu trong quá trình chọn và làm đồ án. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến cô Huỳnh Thị Thanh Thương – giảng viên môn Các Hệ Cơ sở Tri thức. Cô luôn rất tận tâm, nhiệt tình và tỉ mỉ để dạy chúng em những tiết lý thuyết chất lượng và bổ ích. Những bài học căn bản của cô, những buổi seminar thật bổ ích và nhận được những lời nhận xét, đánh giá và gợi ý đã giúp chúng em đi đúng hướng và có thể hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Mỗi khi gặp khó khăn hay vướng mắc chúng em lại nhận được sự giúp đỡ và những câu trả lời của cô một cách nhanh chóng. Cuối cùng, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người bạn đã giúp đỡ nhóm , động viên tinh thần và tạo điều kiện tốt nhất để các thành viên trong nhóm làm tốt và hoàn thành đúng hạn đồ án. Thời gian chỉ vẻn vẹn 3 tháng nhưng đã mang lại cho nhóm những trải nghiệm thú vị, những ấn tượng vui có mà buồn cũng có nhưng rồi tất cả cũng đã cố gắng hoàn thành đồ án, ngoài việc học thêm được nhiều kiến thức bổ ích, tự hoàn thiện khả năng độc lập làm việc và làm việc nhóm thì việc thực hiện đề tài này cũng giúp nhóm xích lại gần nhau hơn, hiểu nhau hơn. Xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày 9 tháng 7 năm 2013 Người thực hiện: Trần Quốc Thuấn 10520092 Nguyễn Duy Khiêm 10520555 Phạm Đình Sứng 10520219 Phạm Ngọc Ánh 10520237 3 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2.1 : Các phương pháp biểu diễn tri thức. Hình 2.3.1 Mỗi quan hệ giữa Cơ sở tri thức và động cơ suy diễn Hình 2.3.2 Mỗi quan hệ giữa Cơ sở tri thức và động cơ suy diễn trong HCSTT Hình 2.4.1 Cấu trúc của hệ chuyên gia. Chương 3 – THIẾT KẾ CƠ SỞ TRI THỨC 4 Hình 3.1 : Sơ đồ Mô hình tri thức của ứng dụng Hình 3.2.1: Mạch điện một R Hình 3.2.2 : Mạch điện 1 chiều R1 nối tiếp R2 Hình 3.2.4 : Mạch điện 1 chiều R1 ,R2,R3 mắc nối tiếp Hình 3.2.5 : Mạch điện 1 chiều R1 ,R2,R3 mắc song song Hình 3.2.6 : Mạch điện 1 chiều ( R1 nối tiếp R2 )rồi mắc song song với R3 Hình 3.2.7 : Mạch điện 1 chiều ( R1 nối tiếp R3 )rồi mắc song song với R2 Hình 3.2.8 : Mạch điện 1 chiều ( R2 nối tiếp R3 )rồi mắc song song với R1 Hình 3.2.9 : Mạch điện 1 chiều ( R1 song song R2 )rồi mắc với nối tiếp R3 Hình 3.2.10 : Mạch điện 1 chiều ( R1 song song R3 )rồi mắc với nối tiếp R2 Hình 3.2.11 : Mạch điện 1 chiều ( R2 song song R3 )rồi mắc với nối tiếp R1 Chương 4 – THIẾT KẾ BỘ SUY DIỄN Hình 4.1 : Sơ đồ khối thuật giải suy diễn tiếp áp dụng cho chương trình DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt, thuật ngữ Giải thích CNTT Công nghệ thông tin CSDL Cơ sở dữ liệu HĐH Hệ điều hành GT Giả thiết KL Kết luận CSTT Cơ sở tri thức HCSTT Hệ cơ sở tri thức SGK Sách giáo khoa SK Sự kiện MTT Mạng tính toán 5 COKB Computational Objects Knowledge Base : Mạng các đối tượng tính toán MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống trong thời đại bùng nổ về công nghệ - thông tin. Việc áp dụng các biện pháp CNTT vào việc dạy vào học là một bước tiến vượt bậc giúp việc dạy và học hiệu quả hơn, không bị nhàm chán , nhanh gọn và chính xác hơn. Với mong muốn tạo ra một phần mềm giúp các em học sinh có thể tiếp thu tốt hơn các bài tập Vật lý về mạch điện 1 chiều không đổi, giúp các em có một công cụ để dễ dàng kiểm tra kết quả mình làm và đưa ra lời giải một cách ngắn gọn, xúc tích và đúng đắn nhất , giúp các phụ huynh có thể kiểm tra bài tập của con em mình mà không nhất thiết phải hiểu bài của các em… Nhóm thực hiện đồ án chúng em đã đi vào tìm hiểu, nghiên cứu Các Hệ Cơ sở Tri thức – Mạng tính toán để xây dựng nên phần mềm : Giải các bài tập Vật lý 11- Mạch điện 1 chiều không đổi. 6 Ban đầu chương trình còn đơn giản, độ chính xác và tin cậy chưa cao, nhưng hy vọng rằng trong những lần cập nhật sau, chương trình sẽ cải thiện được vấn đề này. Nội dung của báo cáo đồ án môn học được trình bày trong 6 chương, bao gồm: Chương 1 – Tổng quan về đề tài : Chương này giới thiệu tổng quan về đề tài bao gồm : thực trạng và sự cần thiết của đề tài, mục đích, đối tượng mà đề tài hướng đến, phạm vi – giới hạn nghiên cứu của đề tài và các phương pháp nghiên cứu và thực hiện đề tài. Chương 2 – Cơ sở lý thuyết : Tri thức , HCSTT, HCG, Mạng tính toán, COKB… Chương 3 – Thiết kế cơ sở tri thức : Thiết kế mô hình tri thức, tổ chức lưu trữ tri thức trên máy tính. Chương 4 – Thiết kế bộ suy diễn : Các phương pháp suy diễn tiến, suy diễn lùi. Chương 5 – Cài đặt ứng dụng : Xây dựng ứng dụng thử nghiệm là một phần mềm giải các bài tập vật lý mạch điện 1 chiều lớp 11. Chương 6 – Kết luận: Tổng kết những kết quả đạt được, tóm tắt lại các vấn đề đã đặt ra trong báo cáo và cách giải quyết, những đóng góp mới và những đề xuất mới về một số hướng phát triển của đề tài trong tương lai. Cuối cùng là danh mục các tài liệu tham khảo và phần phụ lục. CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 THỰC TRẠNG Ngành công nghiệp sản suất các phần mềm giáo dục của nước ta nói riêng và thế giới nói chung còn hạn chế, chưa có nhiều thành tựa đột phá. Các phần mềm liên quan hệ hệ giải toán vật lý trên thế giới điển hình như : + PhysicsTutor® Excalibur Physics Software Reviews: phần mềm hỗ trợ tổ chức và tối ưu hóa hiệu quả trong nghiên cứu vật lý. + Physics Problems Solver Software: ứng dụng đơn giản dành cho học sinh học tập khoa học căn bản của vật lý với các khái niệm nội dung và giao diện dễ dùng và bắt mắt. 7 + Phần mềm mô phỏng và giải toán con lắc đơn: chức năng chính mô tả chuyển động của con lắc phần mềm có thể giải các bài toán thông dụng với các đại lượng gia tốc trọng trường, chiều dài con lắc, li độ góc, biên độ góc, vận tốc , vận tốc cực đại, gia tốc… + Physics Simulations: công cụ giúp mô phỏng các hiện tượng Vật lý, đồng thời cũng là 1 công cụ giúp tính nhanh các đại lượng khi biết các đại lượng liên quan, chẳng hạn: tính hiệu điện thế bằng định luật Ohm, tính chu kỳ, tần số dao động v.v và còn nhiều các phần mềm hữu dụng khác nữa. Tuy vậy nhưng ngành công nghiệp sản suất phần mềm giáo dục của nước ta còn chưa phát triển và đem lại lợi ích cho người dùng và người sản suất. Các vướng mắc chính: Phần mềm không thể đến tận tay người tiêu dùng cần thiết do ở những nơi xa xôi của đất nước chưa phổ cập máy tỉnh ở mỗi nhà mỗi gia đình, nền giáo dục việc nam thì sách vở đóng vai trò quan trọng và hầu như mọi hoạt động giáo dục đề thực hiện trên sách vở. Ý thức sử dụng phần mềm của người dùng việt còn kém: đa phần sử dụng các bản Crack và lậu để được sử dụng Free, làm cho các công ty sản suất thua lỗ và không thể nào phát triển sản suất cũng như thị trường. Chính vì vậy ngành công nghiệp sản suất các phần mềm giáo dục đặc biệt là vật lý còn nhiều hứa hẹn và triển vọng trong tương lai, chúng ta cần phát huy và pháp triển để đem lại lợi ích cho chính mình cũng như tác động mạnh mẽ đến nền giáo dục hiện thời còn chưa được hiện đại hóa của nước ta. 1.2 MỤC TIÊU  Mục tiêu đồ án: - Giải được một số dạng bài tập vật lý các bài về mạch điện một chiều không đổi 8 - Giúp học sinh và giáo viên tra cứu bài giải để đối chiếu kết quả làm được hoặc tham khảo bài giải khi chưa tìm ra hướng đi cho bài toán. - Là giải pháp hiệu quả giúp học sinh tự mình kiểm tra cũng như bổ sung các kiến thức còn thiếu trong quá trình sử dụng phần mềm - Nâng cáo kỹ năng sử dụng một phần mềm giáo dục, học được cách nhập bài toán theo quy ước của phần mềm, cách thêm tri thức mới và cập nhật các cách giải hay và mới cho phần mềm. - Tiện lợi cho việc đi lại và học tập khi không cần đi bất cứ đâu để hỏi bài khi có thể tham khảo khi đã nghiên cứu một bài trong một thời gian dài mà không tìm ra được hướng giải quyết, chỉ cần ngồi vào máy và nhập bài toán vào, tiết kiệm chi phí đi lại cũng như công sức bỏ ra mà vẫn có thể có được lời giải hay và đúng để học tốt hơn. - Phần mềm tuy ban đầu đơn giản , còn nhiều điểm yếu kém nhưng hy vọng sẽ là tiền đề để tiếp tục được phát triển và thành công hơn nữa.  Ứng dụng: Ứng dụng chính của phần mềm là trong lĩnh vực giáo dục trung học phổ thông cụ thể là trong học tập và giảng dậy môn lý lớp 11, đặc biệt là các phần về mạch điện, điện tích và điện trường. 1.3 ĐỐI TƯỢNG - Học sinh, sinh viên - Giáo viên - Phụ huynh - Người dùng tự do 1.4 PHẠM VI - Phạm vi về kiến thức: Chương trình vật lý trong lớp 11 cụ thể hơn là các bài tập vật lý về Mạch điện 1 chiều có dòng điện không đổi có tối đa 3 điện trở mắc với nhau. 9 - Phạm vi phần mềm: Hệ giải toán (hệ giải toán vật lý). 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu về mạng tính toán , các phương pháp suy diễn trên mạng tính toán : suy diễn tiến, suy diễn lùi - Thu thập tri thức : các đối tượng, định lý, công thức… trong mạch điện một chiều không đổi. - Chọn lọc , phân loại ,xử lý tri thức thu thập được . - Biểu diễn ,lưu trữ miền tri thức thu thập được để có thể sử dụng trong chương trình . - Xác định và tiến hành cài đặt phương pháp suy diễn trong bài toán để từ miền tri thức nhập vào có thể tìm ra lời giải cho bài toán nhất định CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các tri thức về mạch điện 1 chiều không đổi trong chương trình Vật lý 11. … 2.2 Cơ sở tri thức – Knowledge Base (KB)  Khái niệm : Tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải quyết tạo thành một cơ sở tri thức.  Cách tiếp cận khoa học và công nghệ về tri thức : - Trước đây mọi hoạt động liên quan đến việc hình thành tri thức và quá trình suy luận trên tri thức đều thuộc chức năng đặc biệt của bộ não con người. - Sự ra đời của máy tính điện tử -> một số công việc cần sử dụng trí óc có thể được thay thế và thực hiện được bởi máy tính. - Thành tựu bước đầu: Tự động hóa chứng minh logic, chơi cờ, phiên dịch,… - Con người tìm hiểu sâu hơn bản chất của hoạt động nhận thức của mình , hệ thống tri thức tích lũy được, thuộc tính của tri thức, đòi hỏi đối với tri thức. - Nghiên cứu đề xuất phương pháp khoa học và giải pháp công nghệ để + Biểu diễn tri thức. + Thu thập và tìm kiếm tri thức. + Xử lý tri thức. 10 [...]... A1,t->Q1.A1 * t R,I,t->Q.R * ( I * I ) * t Q1,t->A1.Q1 / t Q,I,t->R.Q / ( I * I * t ) Q1,A1->t.Q1 / A1 Q,R,I->t.Q / ( I * I * R ) R1,I1,t->Q1.R1 * ( I1 * I1 ) * t Q,R,t->I.sqrt ( Q / ( R * t ) ) Q1,I1,t->R1.Q1 / ( I1 * I1 * t ) R1,R2->R.R1 + R2 Q1,R1,I1->t.Q1 / ( I1 * I1 * R1 ) R,R2->R1.R - R2 Q1,R1,t->I1.sqrt ( Q1 / ( R1 * t ) ) R,R1->R2.R - R1 I2,U2,t->A2.U2 * I2 * t U,R->I.U / R U1,U2->U.U1 + suy... pháp vận dụng tri thức trong cơ sở tri thức để giải quyết vấn đề 12 Hình 2.3 .1 Mỗi quan hệ giữa Cơ sở tri thức và động cơ suy diễn so với chương trình cổ điển Hình 2.3.2 Mỗi quan hệ giữa Cơ sở tri thức và động cơ suy diễn trong Hệ cơ sở tri thức 13 2.4 Hệ chuyên gia – Expert System • Khái niệm :  Hệ chuyên gia là một hệ thống chương trình máy tính chứa các thông tin tri thức và các quá trình suy luận... R I1,R1->U1.I1 * R1 I,R->U.I * R U1,I1->R1.U1 / I1 U,I->R.U / I Hình 3.2.2 : Mạch điện 1 chiều R1 nối tiếp R2 R2 U2,R2->I2.U2 / I,U,t->A.U * I * t I2,R2->U2.I2 * R2 A,I,t->U.A / ( I * t ) U2,I2->R2.U2 / I2 A,U,t->I.A / ( U * t ) I1,U1,t->A1.U1 * I1 * t A,U,I->t.A / ( U * I ) A1,I1,t->U1.A1 / ( I1 * t ) A,t->Q.A * t A1,U1,t->I1.A / ( U1 * t ) Q,t->A.Q / t A1,U1,I1->t.A1 / ( U1 * I1 ) Q,A->t.Q / A A1,t->Q1.A1... tả  Các phương pháp biểu diễn tri thức : 11 Hình 2.2 .1 : Các phương pháp biểu diễn tri thức 2.3 Hệ cơ sở tri thức - Knowledge Base System  Khái niệm:  Cấu trúc của HCSTT: - Hai yếu tố chính trong Hệ CSTT là : Cơ sở tri thức và động cơ suy diễn - Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa hai khối: - Cơ sở tri thức: là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề - mà chương trình quan tâm giải quyết Động cơ suy... diễn các luật và công thức trong mạch 1 chiều, có 3 điện trở là R1, R2 và R3 mắc nối với nhau và các đối tượng khác : U1,U2,U3,U, I1,I2,I3,I, R, Q1,Q2,Q3,Q, A1,A2,A3,A, t Hình 3.2.4 : Mạch điện 1 chiều R1 ,R2,R3 mắc nối tiếp  File luat_R1ssR2ssR3.txt : Biểu diễn các luật và công thức trong mạch 1 chiều, có 3 điện trở là R1,R2 và R3 mắc song song với nhau và các đối tượng khác : U1,U2,U3,U, I1,I2,I3,I,... chung là tương tự như Mạng tính toán CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ CƠ SỞ TRI THỨC 3 .1 MÔ HÌNH TRI THỨC CỦA ỨNG DỤNG Mô hình tri thức hệ Giải bài tập Vật lý có cấu trúc là: Math_Physical(C- Object,Formula_Rule,Relation) Trong đó: 21 2 3 4 C- Object : là các đối tượng tính toán Formula_Rule : Các công thức trong mạng tính toán Relation : Quan hệ giữa các đối tượng tính toán ( Điện trở R) C-Object: • Có cấu trúc:... R1, R2 -> R.R1 + R2 U, R -> I U / R U, I, t -> A.U * I * t …  Cụ thể :  File luat.txt : Biểu diễn các luật và công thức trong mạch điện 1 chiều, 1 điện trở R và các đối tượng khác : U,I,Q,A,t 26 Hình 3.2 .1: luat_R1ntR2.txt : Biểu diễn các luật và công thức trong mạch 1  File Mạch điện một R chiều, có 2 điện trở là R1 và R2 mắc nối tiếp và các đối tượng khác : U1,U2,U,I1,I2,I,R,Q1,Q2,Q,A1,A2,A,t U,R->I.U... Q1,Q2,Q3,Q, A1,A2,A3,A, t 28 Hình 3.2.5 : Mạch điện 1 chiều R1 ,R2,R3 mắc song song  File luat_(R1ntR2)ssR3.txt : Biểu diễn các luật và công thức trong mạch 1 chiều, có 3 điện trở là (R1 nối tiếp với R2) rồi đem mắc song song với R3 và các đối tượng khác : U1,U2,U3,U, I1,I2,I3,I, R, Q1,Q2,Q3,Q, A1,A2,A3,A, t Hình 3.2.6 : Mạch điện 1 chiều ( R1 nối tiếp R2 )rồi mắc song song với R3  File luat_(R1ntR3)ssR2.txt... I,T->I2.I2=I1 Q2,R2,I2->t.Q2 / ( I2 * I2 * R2 ) Q,R,I->t.Q / ( I * I * R ) Q2,R2,t->I2.sqrt ( Q2 / ( R2 * t ) ) Q,R,t->I.sqrt ( QU1,R1->I1.U1 / R1 /(R*t)) 27  File luat_R1ssR2.txt : Biểu diễn các luật và công thức trong mạch 1 chiều, có 2 điện trở là R1 và R2 mắc song song với nhau và các đối tượng khác : U1,U2,U, I1,I2,I, R, Q1,Q2,Q, A1,A2,A, t Hình 3.2.3 : Mạch điện 1 chiều R1 song song R2  File luat_R1ntR2ntR3.txt... Hình 3.2.9 : Mạch điện 1 chiều ( R1 song song R2 )rồi mắc với nối tiếp R3  File luat_(R1ssR3)ntR2.txt : Biểu diễn các luật và công thức trong mạch 1 chiều, có 3 điện trở là ( mắc R1 song song với R3) rồi đem mắc nối tiếp với R2 và các đối tượng khác : U1,U2,U3,U, I1,I2,I3,I, R, Q1,Q2,Q3,Q, A1,A2,A3,A, t Hình 3.2 .10 : Mạch điện 1 chiều ( R1 song song R3 )rồi mắc với nối tiếp R2  File luat_R1nt(R2ssR3).txt . đúng hạn đồ án. Thời gian chỉ vẻn vẹn 3 tháng nhưng đã mang lại cho nhóm những trải nghiệm thú vị, những ấn tượng vui có mà buồn cũng có nhưng rồi tất cả cũng đã cố gắng hoàn thành đồ án, ngoài. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÁC HỆ CƠ SỞ TRI THỨC Xây dựng chương trình : GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU <Vật. rằng trong những lần cập nhật sau, chương trình sẽ cải thiện được vấn đề này. Nội dung của báo cáo đồ án môn học được trình bày trong 6 chương, bao gồm: Chương 1 – Tổng quan về đề tài : Chương