Bài tiểu luận xây DỰNG mô HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC CHO bài TOÁN hóa vô cơ

Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chính Minh Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Lớp Cao học - Khóa Môn học Biểu diễn tri thức ứng dụng Bài tiểu luận XÂY DỰNG MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC CHO BÀI TOÁN HÓA VÔ CƠ GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Học viên: Lê Hoài Nam MSHV: CH1101106 Tháng - 2013 Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ Mục lục Mục lục Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ I Giới thiệu: Mô hình COKB Mô hình COKB gọi mô hình tri thức đối tượng tính toán (Computational Objects Knowledge Base), khái niệm mà mô hình đề cập tới khái niệm đối tượng tính toán (C-Object) Mỗi C-Object đối tượng mô hình mạng tính toán bao gồm tập thành phần: (Attrs, F, Facts, Rules) Trong đó: - Attrs tập thuộc tính đối tượng F tập quan hệ suy diễn tính toán Facts tập hợp tính chất vốn có đối tượng, Rules tập hợp luật suy diễn kiện Từ ta có mô hình COKB hệ thống (C, H, R, Ops, Rules) gồm: - Một tập hơp C chứa khái niệm C-Object Mỗi khái niệm lớp C-Object có cấu trúc bên sau: + Kiểu đối tượng + Danh sách thuộc tính + Quan hệ cấu trúc thiết lập + Tập hợp điều kiện ràng buộc thuộc tính + Tập hợp tính chất nội thuộc tính + Tập hợp quan hệ suy diễn - tính toán + Tập hợp luật suy diễn có dạng: {các kiện giả thiết}⇒{các kiện kết luận} - Một tập H quan hệ phân cấp loại đối tượng Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ Trên tập C ta có quan hệ phân cấp theo có số khái niệm đặc biệt hóa khái niệm khác Có thể nói H biểu đồ Hasse xem quan hệ phân cấp quan hệ thứ tự C - Một tập R loại quan hệ C-Object Mỗi quan hệ xác định loại đối tượng quan hệ, quan hệ có số tính chất định - Một tập hơp Ops toán tử Các toán tử cho ta số phép toán biến thực đối tượng - Một tập hơp Rules gồm luật phân lớp Mỗi luật cho ta qui tắc suy luận để đến kiện từ kiện đó, mặt cấu trúc luật r mô hình dạng: r : {sk1, sk2, , skn} ⇒ { sk1, sk2, , skm } Bài toán Hóa học Vô Hóa học lĩnh vực khoa học đơn chất, hợp chất có tự nhiên, cách chúng hình thành, phản ứng với để tạo thành chất Khi nói tới toán hóa học phổ thông, người ta nghĩ đến phản ứng toán phản ứng Một số ví dụ toán Hóa học phổ thông: - - - Hoàn thành chuỗi phản ứng hóa học Ví dụ: Na-> NaOH -> NaCl -> NaClO v.v… Tính khối lượng (thể tính) chất tạo thành biết khối lượng (thể tích) vài chất tham gia điều kiện phản ứng có Ví dụ: cho lượng dư dung dịch AgNO3 tác dụng với 100ml dung dịch NaF 0.05M NaCl 0.1M Tính khối lượng kết tủa thu Nhận biết hóa chất Ví dụ: Hãy trình bày cách nhận biết chất sau: Al, Mg, Ca, Na phương pháp hóa học V.v… Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ Đối tượng toán Hóa học Nguyên tố Chất Chất cấu tạo từ nhiều Nguyên tố Nếu Chất cấu tạo từ nguyên tố ta gọi Đơn chất, lại ta gọi Hợp chất Kiến thức quan trọng giải toán Hóa học phổ thông dạng phương trình phản ứng, điều kiện để phản ứng xảy ra, chất tham gia chất tạo thành có tính chất, cấu trúc v.v… Dựa phản ứng hóa học để tính khối lượng (thể tích) chất tham gia tạo thành, tính tượng xảy cho chất tác dụng với Như thiết kế mô hình tri thức để giải toán Hóa học Vô cơ, ta cần phải ý biểu diễn xử lý thông tin: Nguyên tố, Chất Phản ứng hóa học Áp dụng mô hình COKB cho tri thức Hóa học vô Theo lý thuyết mô hình COKB trình bày ta thấy mô hình COKB biểu diễn rõ ràng tường minh tri thức có dạng “đối tượng tính toán” Toán học Vật lý Ví dụ hình học có “đối tượng tính toán” điểm, đoạn thẳng, đường thẳng, hình tam giác v.v… Trong vật lý điện, ta có “đối tượng tính toán” Điện trở, nguồn điện, cuộn cảm, tụ điện v.v… Xét lĩnh vực hóa học, ta thấy có “đối tượng tính toán” Chất, Đơn chất, Hợp chất v.v… Nhưng có đối tượng khác biểu diễn “Đối tượng tính toán” Nguyên tố Phản ứng hóa học Trong Hóa học, Nguyên tố xem thành phần đơn vị để tạo nên chất, không tồn chất mà công thức có kí hiệu không tồn tập Nguyên tố biết Phản ứng hóa học khái niệm nói tác dụng hóa chất Có thể xem Phản ứng hóa học “đối tượng tính toán” có thuộc tính tính toán như: chất tham gia, chất tạo thành, nhiệt tỏa ra, hiệu xuất v.v… Và xem Phản ứng hóa học “luật” biết tập chất tham gia ta tìm tập chất tạo thành Do đó, thiết kế tri thức cho Hóa học vô cơ, ta tách Phản ứng hóa học khái niệm độc lập thỏa mãn đầy đủ điều kiện II Thiết kế sở tri thức Mô hình tổng quát: Khi phân tích tri thức hóa học vô ta đưa mô hình tương tự mô hình COKB với thành phần sau: (C, H, T, P, Rules) Trong đó: Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ C: Tập khái niệm hóa học H: Tập quan hệ thừa kế thành phần C T: Tập nguyên tố tuần hoàn P: Tập dạng phương trình phản ứng Rules: Tập luật dựa thành phần Phân tích mô hình: a Tập C: khái niệm hóa học Các khái niệm hóa học bao gồm: nguyên tố, chất, đơn chất, hợp chất, điều kiện phản ứng, bazo, axit, muối, kim loại, phi kim, kiềm, kiềm thổ, halogen, nhóm oxi, nhóm nito, nhóm cac-bon, nhóm nitơ, ion dương, ion âm Mỗi khái niệm C định nghĩa tập thành phần chính: Properties: tập thuộc tính Mỗi thuộc tính thể cho tính chất khái niệm Giá trị thuộc tính số, chuỗi, tập hợp khái niệm khác C Facts: tập kiện Mỗi kiện thể cho ràng buộc, điều kiện trường hợp riêng cho thuộc tính Rules: Tập luật liên hệ thuộc tính Các luật có dạng suy diễn IF …THEN… Dùng để tìm giá trị thuộc tính dựa thuộc tính có Funcs: Tập hàm, dùng để tính giá trị thuộc tính dựa nhiều thuộc tính khác b Tập H: Tập quan hệ phân cấp đối tượng C: Thể mối quan hệ phân cấp, kế thừa đối tượng C Đối tượng “con” kế thừa toàn thuộc tính luật có đối tượng “cha” Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ c Tập T: Tập hợp nguyên tố phổ biến tuần hoàn Mỗi phần tử đối tượng thuộc khái niệm Nguyên tố định nghĩa tập C, phần tử có đầy đủ thuộc tính, kiện luật cụ thể Mỗi nguyên tố có thuộc tính sau đây: - So_hieu: Số hiệu nguyên tố Chu_ky: Chu kì tuần hoàn Nhom: Nhóm tuần hoàn Khoi_luong_rieng: Khối lượng riêng Ion_hoa: tập số ion hóa Nhietdo_soi: nhiệt độ sôi Nhietdo_nongchay: nhiệt độ nóng chảy 20 nguyên tố phổ biến bảng tuần hoàn là: Na, K, Mg, Ca, Ba, Cr, Mn, Fe, Cu, Ag, Zn, Al, C, N, P, O, S, F, Cl, Br d Tập P: Tập dạng phản ứng hóa học Tập P chứa danh sách dạng phản ứng hóa học có chương trình Hóa học vô phổ thông Mỗi phản ứng chứa đẩy đủ thông tin sau: - Chất tham gia Chất tạo thành Điều kiện phản ứng Phương pháp cân Hiện tượng phản ứng Các thông tin chia thành nhóm chính: - Tập thuộc tính: thuộc tính chất tham gia, chất tạo thành, tượng phản ứng Tập kiện: điều kiện phản ứng Tập hàm: tính chất tham gia từ chất tạo thành Tập luật: luật liên hệ thuộc tính Các dạng phản ứng học chương trình phổ thông bao gồm: - Phản ứng oxi hóa – khử Phản ứng trung hòa Phản ứng cháy Phản ứng thủy phân Phản ứng trao đổi Phản ứng phân hủy Phản ứng hóa hợp Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ e Tập Rules: Tập luật liên hệ thành phần Các luật trình bày dạng luật dẫn, thể quy tắc suy luận để tìm chất từ chất cho Theo luật phát biểu dạng ngôn ngữ tự nhiên sau: “Nếu ta có chất A thỏa điều kiện B, sử dụng phương trình P ta thêm chất C” Trong chất A với điều kiện B tạo thành kiện Mỗi luật gồm thành phần: Giả thiết, phương trình áp dụng kết luận Trong đó: - Phần Giả thiết tập kiện đối tượng thuộc tập C - Phương trình áp dụng đối tượng thuộc tập P -Phần Kết luận tập đối tượng thuộc tập C tạo {sự kiện dựa đối tượng có} => Phương trình phản ứng P + {các đối tượng mới} Các loại kiện a Sự kiện xác định đối tượng Loại kiện dùng để xác định cụ thể hóa chất có dạng: X is A Trong đó: X đối tượng, A khái niệm thuộc tập C nguyên tố thuộc tập T b Sự kiện xác định thuộc tính đối tượng Loại kiện dùng để xác định giá trị thuộc tính đối tượng có dạng X. = Y Trong đó: X đối tượng, dấu chấm (.) dùng để tới thuộc tính đề cập Y giá trị thuộc tính Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ c Sự kiện so sánh thuộc tính đối tượng Loại kiện dùng để so sánh quan hệ thuộc tính đối tượng Có dạng: X. Y. Trong quan hệ so sánh lớn hơn, lớn bằng, bé hơn, bé bằng, nhau, bao hàm nhau, khác d Sự kiện xác định thành phần đối tượng Đây loại kiện xác định thành phần cấu tạo hợp chất Có dạng: A= X1 + X2 + … Trong đó: A đối tượng hợp chất; X1, X2 thành phần cấu tạo nên A, viết dạng công thức hóa học cụ thể Thiết kế suy diễn a Một số dạng toán cách giải - Bài toán 1: Đề bài: Hoàn thành chuỗi phản ứng sau: Na-> NaOH -> NaCl -> NaHCO3 - Cách giải: Tìm phản ứng thích hợp để hoàn thành chuỗi phản ứng con{Na-> NaOH, NaOH-> NaCl, NaCl-> NaHCO3} Yêu cầu: trình bày chương trình áp dụng loại phản ứng nào, yêu cầu để phản ứng xảy Bài toán 2: Đề bài: cho lượng dư dung dịch AgNO3 tác dụng với 100ml dung dịch NaF 0.05M NaCl 0.1M Tính khối lượng kết tủa thu Cách giải: Tìm phương trình phản ứng, cân phản ứng, tìm phương trình liên hệ thuộc tính thành phần tham gia phản ứng để tìm kết b Thiết kế suy diễn - Chú ý: Khi thiết kế suy diễn cho CSTT Hóa Vô ta bỏ qua số thao tác mang tính kĩ thuật như: Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ + Đọc hiểu công thức hóa học + Đọc hiểu luật hàm tập tin lưu trữ + Tự động chuyển đối tượng C thành Class để dễ dàng tính toán - Bộ suy diễn gồm thành phần sau: Thuật giải xác định chất a thuộc nhóm chất Nhomchat(a) If (SoNguyenTo(a) =1) Don_chat dc = a Switch (t.Nhom) 1: return Kiem 2: return Kiem_tho …… Else Hop_chat hc = a If (hc.Thanh_phan[1] = Kim_loai) If (hc.Thanh_phan[n]= Hidro) Return Bazo Else Return Muoi If (hc.Thanh_phan[1] = Hidro) Return Axit Thuật giải kiểm tra chất a có thỏa điều kiện sk hay không KT_dk(a,sk) Switch (LOAI(sk)) Loai 1: IF (Nhomchat(a) b->c->d->v.v… Cách giải: Lần lượt tìm phương trình phản ứng cho đoạn a->b, b>c, v.v… Thuật giải: - Input: X ={a,b,c,d,e,….} Hoanthanhchuoi(X) Ketqua= {} For i = 1; iX[i+1]” III Nhận xét kết luận Ưu điểm: Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang 11 Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ Cách biểu diễn gần giống với tư tự nhiên người làm tập hóa học với đầy đủ thông tin cần thiết hỗ trợ cho việc xử lý tính toán Mô hình có tư tưởng với mô hình KBCO nên dễ dàng khai thác mạnh mô hình trước Nhược điểm: Do phương pháp giải toán hóa học phổ thông tương đối phức tạp, cần lượng thông tin khái quát bên cạnh thông tin cụ thể nên việc thiết kế suy diễn tương đối phức tạp để giải tập khó Mỗi toán có nhiều cách giải (dùng phương trình ion, dùng đồ thị, dùng phương pháp cổ điển, dự đoán, thử sai v.v….) nên việc tìm lời giải tốt cho toán không đơn giản TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Hóa học 10, 11, 12 [2] Mô hình tri thức đối tượng tính toán – TS Đỗ Văn Nhơn [3] Mạng tính toán ứng dụng – TS Đỗ Văn Nhơn [4] Giáo trình hóa vô đại cương Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang 12 [...]... xét kết luận 1 Ưu điểm: Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang 11 Thiết kế mô hình tri thức cho bài toán Hóa Vô Cơ Cách biểu diễn gần giống với tư duy tự nhiên của con người khi làm bài tập hóa học với đầy đủ các thông tin cần thiết hỗ trợ cho việc xử lý tính toán Mô hình có cùng tư tưởng với mô hình KBCO nên dễ dàng khai thác những thế mạnh của mô hình trước 2 Nhược điểm: Do phương pháp giải toán hóa học phổ...Thiết kế mô hình tri thức cho bài toán Hóa Vô Cơ If (KT_dk(a,sk)) T= True Break If (T= False) Return False Thuật giải tìm tập chất mới từ những chất đã cho sau khi áp dụng tất cả các luật có thể Apdungluat(A) A’= {} P’={} Foreach R in Rules If (Sokhop(R,A)) A’ = A’ ⋃ VP (R) P’ = P’ ⋃ PTAP(R) Return (A’,P’) - Thuật giải tìm lời giải cho bài toán hoàn thành chuỗi phản ứng Dạng đề bài: Hoàn thành... thiết kế bộ suy diễn tương đối phức tạp để giải quyết các bài tập khó Mỗi bài toán luôn có nhiều cách giải (dùng phương trình ion, dùng đồ thị, dùng phương pháp cổ điển, dự đoán, thử sai v.v….) nên việc tìm được lời giải tốt nhất cho một bài toán là không đơn giản TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Hóa học 10, 11, 12 [2] Mô hình tri thức các đối tượng tính toán – TS Đỗ Văn Nhơn [3] Mạng tính toán và ứng... phương trình phản ứng cho từng đoạn a->b, b>c, v.v… Thuật giải: - Input: X ={a,b,c,d,e,….} Hoanthanhchuoi(X) Ketqua= {} For i = 1; iX[i+1]”... toán là không đơn giản TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Hóa học 10, 11, 12 [2] Mô hình tri thức các đối tượng tính toán – TS Đỗ Văn Nhơn [3] Mạng tính toán và ứng dụng – TS Đỗ Văn Nhơn [4] Giáo trình hóa vô cơ đại cương Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang 12 ... kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ Mục lục Mục lục Lê Hoài Nam – CH0110106 Trang Thiết kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ I Giới thiệu: Mô hình COKB Mô hình COKB gọi mô. .. xảy cho chất tác dụng với Như thiết kế mô hình tri thức để giải toán Hóa học Vô cơ, ta cần phải ý biểu diễn xử lý thông tin: Nguyên tố, Chất Phản ứng hóa học Áp dụng mô hình COKB cho tri thức Hóa. .. kế mô hình tri thức cho toán Hóa Vô Cơ Cách biểu diễn gần giống với tư tự nhiên người làm tập hóa học với đầy đủ thông tin cần thiết hỗ trợ cho việc xử lý tính toán Mô hình có tư tưởng với mô hình