Về một phương pháp đánh giá tri thức trong hệ cơ sở tri thức mờ

hai là luật mà sử dụng để suy luận không họp logic, suy luận ngược từ kết luận về điều kiện.Với những vấn đề nêu trên và theo gợi ý của giáo viên hướng dẫn, em xin chọn đề tài: “về một p

Bộ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2

LÊ XUÂN CHUNG

VÈ MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRI THỨC

TRONG HỆ Cơ SỞ TRI THỨC MỜ

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã sổ: 60 48 01 01

Tóm tắt luận văn thạc sĩ máy tính

HÀ NỒI, 2015

LÊ XUÂN CHUNG

VÈ MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRI THỨC

TRONG HỆ Cơ SỞ TRI THỨC MỜ

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC sĩ MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Bá Dũng

Hà nội, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy PGS.TS Lề Bá Dũng - Viện

Công nghệ thông tin - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình tôi làm luận văn

Tôi xin chân thành căm ơn các thầy cô trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, các thầy

cô Viện Công nghệ thông tin - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học của mình

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè những người

đã động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt hai năm học

Mặc dù đã hết sức cố gắng với tất cả sự nỗ lực của bản thân, nhưng chắc luận văn vẫn còn những thiếu sót Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy,

Cô và bạn bè đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn này do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng họp và thực hiện, đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy PGS.TS Lề Bá Dũng Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, rõ ràng Trong luận văn tôi có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà Nội, ngày 25 tháng 04 năm 2015

Người viết luận văn

Lê Xuân Chung

MUC LUC

• •

3

1.2.2 Biểu diễn tri thức bằng bộ ba: Đổi tượng - Thuộc tỉnh - Giả trị 32

4

NL Negative Large Cực âm lớn

NM Negative Medium Cực âm trung bĩnh

NS Negative Small Cực âm nhỏ

PL Positive Large Cực dương lớn

PM Positive Medium Cực dương trung bĩnh

PS Positive Small Cực dương nhỏ

I MỞ ĐẦU

1 Lí do chon đè tài *

Con người giao tiếp bằng ngôn ngữ tự nhiên, mà bản chất của ngôn ngữ tự nhiên là

mơ hồ và không chính xác Tuy yậy, trong hầu hết tình huống, con người vẫn hiểu những điều mà người khác muốn nói với mình Khả năng hiểu và sử dụng đúng ngôn ngữ tự nhiên, thực chất là hiểu và xử lý đúng thông tin không chính xác chứa trong đó,

có thể coi là thước đo mức độ hiểu biết, thông minh của con người Con người cũng luôn mơ ước máy tính, người bạn, người giúp việc đắc lực của mình, ngày càng thông minh và hiểu biết hơn Vì yậy, nhu cầu làm cho máy tính hiểu và xử lý được những thông tin không chính xác, xấp xỉ, áng chừng là một nhu cầu bức thiết

Logic mờ ra đời đã cung cấp một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu và xây dựng các

hệ thống có khả năng xử lý thông tin không chính xác Nhờ có logic mờ mà con người xây dựng được những hệ điều khiển có tính linh động rất cao Chúng có thể hoạt động tốt ngay trong điều kiện có nhiều nhiễu hoặc những tình huống chưa được học trước Nhờ có logic mờ mà con người xây dựng được những hệ chuyên gia có khả năng suy luận như những chuyên gia hàng đầu và có khả năng tự hoàn thiện thông qua việc thu nhận tri thức mới

Ngôn ngữ là công cụ để con người mô tả các sự vật, hiện tượng trong thế giới thực

và dựa trên nó để tư duy, lập luận đưa ra những nhận định, quyết định nhằm phục vụ cho cuộc sống Từ các tiền đề đúng đắn, các luật suy diễn vững chắc sinh ra những kết luận mới, đảm bảo là đúng đắn Tuy nhiên trong thực tế, có rất nhiều tình huống chúng

ta phải rút ra những kết luận tốt từ những bằng chứng được xác định nghèo nàn và không chắc chắn thông qua việc sử dụng những suy diễn không vững chắc [1,2,5] Đây không phải là một nhiệm vụ không thể thực hiện được, trái lại đã có rất nhiều thành công trong hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống: Chẳng hạn như phát biểu những chẩn đoán y học đúng đắn và đề xuất cách điều trị từ những triệu chứng không

rõ ràng; phân tích những trục trặc của xe ô tô từ những biểu hiện của nó [4,10,15]

Như yậy có hai loại thông tin không chắc chắn: một là dữ liệu ban đầu được cho là không chắc chắn, không đủ, không đáng tin cậy hai là luật mà sử dụng để suy luận không họp logic, suy luận ngược từ kết luận về điều kiện.

Với những vấn đề nêu trên và theo gợi ý của giáo viên hướng dẫn, em xin chọn đề tài: “về một phương pháp đánh giá tri thức trong hệ cơ sở tri thức mờ”

2 Mục đích nghiền cứu

Đánh giá được tri thức trong hệ cơ sở tri thức mờ

Tạo ra các thông tin có độ chính xác cao

3 Nhiệm vụ nghiền cứu

Nghiên cứu lý thuyết về hệ cơ sở tri thức, công nghệ xử lý của tri thức và các phương pháp biểu diễn tri thức

Nghiên cứu tính đầy đủ, nhất quán trong hệ cơ sở tri thức mờ

Xây dựng hệ cơ sở tri thức cho hệ mờ

4 Đổi tượng và phạm vi nghiền cứu

Tri thức trong hệ cơ sở tri thức mờ

Phương pháp đánh giá tri thức trong hệ sơ sở tri thức mờ

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chính là tìm hiểu các tài liệu, bài báo về hệ cơ sở tri thức, logic mờ Tìm hiểu về các vấn đề tối ưu luật trong hệ cơ sở tri thức từ đó rút ra được

hệ luật mới đáp ứng yêu cầu

Tìm hiểu hệ tri thức mờ xây dựng từ các chuyên gia

II NỒI DUNG Chương 1: Giới thiệu vè hệ cơ sở tri thức

1.1Giới thiêu vè hê cơ sở tri thức

có thể xem là những ký hiệu hoặc tín hiệu mang tính rời rạc và không có cấu trúc, ý nghĩa rõ ràng [2,4,8] Khi dữ liệu được tổ chức lại có cấu trúc hơn, được xử lý và mang đến cho con người những ý nghĩa, hiểu biết nào đó thì khi đó nó trở thành thông tin Nói khác đi, từ dữ liệu và xử lý dữ liệu con người có được thông tin.

1.1.1.2 Thông tin

Thông tin là những gì con người thu nhận được từ dữ liệu và xử lý dữ liệu nhằm tạo ra sự hiểu biết, tạo ra các tri thức và những nhận thức tốt hơn về tự nhiên và xã hội Nói cách khác, thông tin là dữ liệu đã qua xử lý, đối chiếu và trở nên có ý nghĩa đối với người dùng

Thông tin là sự phản ánh sự vật, sự việc, hiện tượng của thế giới khách quan và các hoạt động của con người trong đời sống xã hội Điều cơ bản là con người thông qua việc cảm nhận thông tin làm tăng hiểu biết cho mình và tiến hành những hoạt động có ích cho cộng đồng

Thông tin được lưu trữ trên nhiều dạng vật liệu khác nhau như được khắc trên đá, được ghi lại trên giấy, trên bìa, trên băng từ, đĩa từ Ngày nay, thuật ngữ "thông tin" (information) được sử dụng khá phổ biến Thông tin chính là tất cả những gì mang lại hiểu biết cho con người Con người luôn có nhu cầu thu thập thông tin bằng nhiều cách khác nhau: đọc báo, nghe đài, xem truyền hình, giao tiếp với người khác Thông tin làm tăng hiểu biết của con người, là nguồn gốc của nhận thức và là cơ sở của quyết định [2,4,8]

Môi trường yận động thông tin là môi trường truyền tin, nó bao gồm các kênh liên lạc tự nhiên hoặc nhân tạo như sóng âm, tia sáng, dây dẫn, sóng âm thanh, sóng hình Kênh liên lạc thường nối các thiết bị của máy móc với nhau hay nối với con người Con người có hình thức liên lạc tự nhiên và cao cấp là tiếng nói, từ đó nghĩ ra chữ viết Ngày nay nhiều công cụ phổ biến thông tin đã xuất hiện: bút viết, máy in, điện tín, điện thoại, phát thanh, truyền hình, phim ảnh y.y

1.1.1.3 Tri thức

Tri thức là kết tinh, cô đọng, chắt lọc của thông tin Tri thức hình thành từ quá trình

xử lý thông tin mang lại Tri thức {knowledge) bao gồm những dữ kiện, thông tin, sự

mô tả hay kỹ năng có được nhờ trải nghiệm hay thông qua giáo dục Tri thức có thể chỉ sự hiểu biết về một đối tượng, về mặt lý thuyết hay thực hành Nó có thể ẩn hiện, chẳng hạn những kỹ năng hay năng lực thực hành, hay tường minh như những hiểu biết lý thuyết về một đối tượng; nó có thể ít nhiều mang tính hình thức hay có tính hệ thống [3,4,9]

Trì thức có 2 dạng tồn tại chỉnh là tri thức hiện và tri thức ẩn:

Tri thức hiện là những tri thức được giải thích và mã hóa dưới dạng văn bản, tài liệu, âm thanh, phim, ảnh, thông qua ngôn ngữ có lời hoặc không lời, nguyên tắc hệ thống, chương trình máy tính, chuẩn mực hay các phương tiện khác Đây là những tri thức đã được thể hiện ra ngoài và dễ dàng chuyển giao, thường được tiếp nhận qua hệ thống giáo dục và đào tạo chính quy

Tri thức ẩn là những tri thức thu được từ sự trải nghiệm thực tế, dạng tri thức này thường ẩn trong mỗi cá nhân và rất khó “mã hóa” và chuyển giao, thường bao gồm: niềm tin, giá trị, kinh nghiệm, bí quyết, kỹ năng

VD: Trong bóng đá, các cầu thủ chuyên nghiệp có khả năng cảm nhận bóng rất tốt Đây là một dạng tri thức ẩn, nó nằm trong mỗi cầu thủ Nó không thể “mã hóa” thành văn bản, không thể chuyển giao, mà người ta chỉ có thể có bằng cách tự mình luyện tập

1.1.2 Các thành phần của hệ cơ sở tri thức

Các thành phần chính của một hệ thống dựa trên tri thức thông thường là: Cơ sở tri thức, Động cơ suy diễn, Cơ chế giải thích và Giao diện người dùng như thể hiện trong hình Một lợi thế của kiến trúc hệ thống dựa trên tri thức là thường xuyên nhất của các thành phần ngoại trừ các cơ sở tri thức có thể được miền độc lập Một yỏ hệ thống chuyên gia tái sử dụng có thể sử dụng cho sự phát triển của hệ thống mới Một yỏ hệ thống chuyên gia điển hình có đã là một động cơ suy luận chức năng và giao diện

người dùng, và chỉ có kiến thức cơ bản cần phải được phát triển (Liebowitz năm 1995; Edman, 2001; Turban, 2007; Aniba et al, 2008) [5,11,15]

Hình 1.1 Thành phần của một hệ tri thức

a Động cơ suy diễn

Là phương pháp vận dụng tri thức trong cơ sở tri thức để giải quyết vấn đề Các cơ

sở tri thức đều có động cơ suy diễn để tiến hành các suy diễn nhằm tạo ra các tri thức mới dựa trên các sự kiện, tri thức cung cấp từ ngoài vào và tri thức có sẵn trong hệ cơ

sở tri thức Động cơ suy diễn thay đổi theo độ phức tạp của cơ sở tri thức Hai kiểu suy diễn chính trong động cơ suy diễn là suy diễn tiến và suy diễn lùi

Các hệ cơ sở tri thức làm việc theo cách được điều khiển bởi dữ liệu (data driven)

sẽ dựa vào các thông tin sẵn có và sinh ra các sự kiện mới được suy diễn Do vậy không thể đoán được kết quả, cách tiếp cận này được sử dụng cho các bài toán diễn dịch với mong muốn của người sử dụng là hệ cơ sở dữ liệu sẽ cung cấp các sự kiện mới Ngoài ra còn có cách điều khiển theo mục tiêu nhằm hướng đến các kết luận đã

có và đi tìm các dẫn chứng để kiểm định tính đúng đắn của kết luận đó

b Cơ sở tri thức

Là tập họp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải quyết

Lưu trữ, biểu diễn các tri thức mà hệ đảm nhận, làm cơ sở cho các hoạt động của hệ

Cơ sở tri thức bao gồm các sự kiện (facts) và các lụật (rules)

c Cơ chế giải thích

Một lợi thế của hệ thống dựa trên tri thức so với các hệ thống hỗ trợ quyết định khác là khả năng để giải thích cho người sử dụng như thế nào và lý do tại sao hệ thống đến các kết quả nhất định (Abraham, 2005) Nhiều cơ chế giải thích được mở rộng, ví dụ: cho phép người dùng nhận được giải thích lý do tại sao câu hỏi được yêu cầu và cung cấp truy cập kiến thức miền sâu cho người sử dụng Cơ chế giải thích có thể tạo

ra giải thích dựa trên những kiến thức trong các cơ sở tri thức (Edman, 2001) Vì vậy,

cơ chế giải thích mở rộng các hệ thống dựa trên tri thức, không chỉ để cung cấp ra quyết định hỗ trợ mà còn cho phép người dùng tìm hiểu bằng cách sử dụng hệ thống

d Giao diện người dùng

Giao diện người dùng điều khiển hộp thoại giữa người sử dụng và hệ thống (Aniba

và cộng sự, 2008) Hiện nay phổ biến với chuyên ngành phần mềm giao diện người dùng cho việc thiết kế, cập nhật và sử dụng các hệ thống dựa trên tri thức (Abraham, 2005)

e Lợi ích của hệ thống tri thức

Từ một quan điểm về tầm nhìn của tổ chức, có nhiều lí do để thực hiện một hệ thống dựa trên tri thức Lí do quan trọng nhất là để cung cấp một cơ chế bảo yệ hoặc tài liệu kiến thức và kinh nghiệm của một công ty, vì vậy điều này sẽ không bị mất khi các cá nhân rời bỏ tổ chức Lí do quan trọng khác để sử dụng các hệ thống dựa trên tri thức là:

+ Một chuyên gia - Nếu kỹ năng không có sẵn, hiếm hoặc đắt

+ Một cách để đào tạo công nhân/ nhân viên

+ Một cách để cải thiện năng xuất, tiết kiệm chi phí và thời gian

+ Một công cụ cho việc hỗ trợ tạo quyết định

1.2 Công nghệ của xử lý tri thức

Công nghệ của xử lý tri thức (Knowledge Engineering): là các phương pháp, kỹ thuật được các kỹ sư tri thức (Knowledge engineers) dùng để xây dựng những hệ thống thông minh như: Hệ chuyên gia, hệ cơ sở tri thức, hệ hỗ trợ quyết định [15].Quá trình thiết kế và phát triển các hệ thống tri thức, chẳng hạn như một KBS, được gọi là kiến thức kỹ thuật (Durkin, 1994) Nó có thể được nhìn từ một không gian thu hẹp và một viễn cảnh rộng lớn Theo góc nhìn hẹp, kiến thức kỹ thuật được giới hạn ở những bước cần thiết để xây dựng các hệ thống dựa trên tri thức (tức là kiến thức thu nhận, biểu diễn tri thức, xác nhận kiến thức, suy luận, và giải thích/biện minh), như thể hiện trong hình 1.2 Các quan điểm rộng mô tả toàn bộ quá trình phát triển và duy trì bất kỳ hệ thống thông minh, như thể hiện trong hình 1.3 (Turban, 2011)

Vấn đề cơ hội

Hình 1.2: Định nghĩa hẹp quy trình công nghệ của xử lý tri thức

Cả hai hình 1.2 và 1.3 được hiểu như là sự phát triển theo chuỗi tuần tự Trong thực tế, mặc dù các giai đoạn phát triển thường được thể hiện song song Do đó quá trình phát triển của một hệ cơ sở tri thức được lặp lại và gia tăng Như vậy một thông tin mới xuất hiện trong quá trình phát triển gần như chắc chắn cần cải tiến sớm hơn Hệ thống phát triển dần từ một hệ thống có khả năng tăng lên nhờ sự cải thiện về kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề.

1.2.1 Thu thập

Nhu cầu tìm kiếm các tri thức từ dữ liệu của một lĩnh vực cụ thể là một nhu cầu bắt buộc khi xây dựng các hệ cơ sở tri thức Một số bài toán đã có sẵn tri thức, tuy nhiên có nhiều lĩnh vực rất khó phát hiện các tri thức Do vậy cần phát triển các kỹ thuật cho phép tiếp nhận tri thức từ dữ liệu Máy học là một trong các nghiên cứu giúp tạo ra tri thức từ dữ liệu

Thu thập tri thức là bộ sưu tập, chuyển giao và chuyển đổi tri thức từ các nguồn tri thức đến một chương trình máy tính Tri

Hình 1.3: Định nghĩa rộng của quá trình công nghệ xử lý của tri thức

thức có thể được lấy từ các nguồn như sách vở, cơ sở dữ liệu, hình ảnh Tri thức mua lại từ các chuyên gia của con người đặc biệt, thường được gọi là tri thức mở Người tương tác với các chuyên gia để gợi mở tri thức của họ được gọi là một kỹ sư tri thức.

Các yếu tố sau góp phần vào sự khó khăn trong việc mua lại tri thức từ các chuyên gia và chuyển giao của nó với một máy tính:

Các chuyên gia có thể không biết làm thế nào để nói lên tri thức của họ

Các chuyên gia có thể nói lên tri thức không chính xác

Các chuyên gia có thể không có thời gian hoặc không sẵn lòng cộng tác

Tính phức tạp của kiểm thử hoặc tinh chỉnh kiến thức là rất cao

Phương pháp gợi mở kiến thức có thể được định nghĩa chưa mềm dẻo

Các nhà phát triển hệ thống có ý định thu thập tri thức từ một nguồn nhưng các kiến thức liên quan có thể được tích lũy từ nhiều nguồn khác nhau

Tri thức thu thập được có thể không đầy đủ

Tri thức thu thập được có thể không tương ứng

Những khó khăn để nhận biết kiến thức đặc thù khi nó trộn lẫn với dữ liệu không liên quan

Các chuyên gia có thể thay đổi hành vi của họ khi họ bị quan sát hoặc được phỏng vấn

- Các yếu tố giao tiếp giữa con người có vấn đề có thể ảnh hưởng đến kỹ sư tri thức và chuyên gia

1.2.2 Biểu diễn

a Khái niệm về 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 Trong tin học biểu diển tri thức là một phương pháp mã hóa tri thức sao cho máy tính có thể xử lí được chúng Cũng như dữ liệu có nhiều cách khác nhau để biểu diễn tri thức trong máy tính Tuy nhiên ta phải chọn một phương pháp nào phù họp để đưa lên máy tính

Các công cụ cho việc biểu diễn tri thức đơn giản như:

- Các cấu trúc dữ liệu cơ bản: Dãy danh sách, tập họp, mẫu,

- Các cấu trúc dữ liệu trừu tượng: ngăn xếp, hàng đợi

- Các mô hình toán học: đồ thị, cây,

- Các mô hình đối tượng

- Các ngôn ngữ đặc tả tri thức.

Ví dụ: Kiến thức về một hình chữ nhật cần thiết cho việc giải bài toán có thể được biểu diễn gồm:

Một tập họp các biến thực, mỗi biến đại diện cho một yếu tố của hình chữ nhật như chiều dài, chiều rộng

Một tập họp các công thức liên quan đến tính toán trên các yếu tố của hình chữ nhật

b Vấn đề biểu diễn tri thức

Biểu diễn tri thức đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và xây dựng một hệ giải toán thông minh và các hệ chuyên gia Phương pháp biểu diễn tri thức thích hợp sẽ tạo nên một hệ thống có giá trị sử dụng cao Xây dựng và phát triển các phương pháp biểu diễn tri thức là một hướng nghiên cứu

quan trọng đối với các nhà nghiên cứu trí tuệ nhân tạo Suy diễn tự động để giải quyết các bài toán dựa trên tri thức cũng là một vấn đề rất quan trọng

Các phương pháp suy diễn tự động yận dụng kiến thức đã biết trong quá trình lập luận giải quyết vấn đề, trong đó quan trọng nhất là các chiến lược điều khiển giúp phát sinh các sự kiện mới từ các sự kiện đã có Xây dựng và phát triển các phương pháp biểu diễn tri thức là một hướng nghiên cứu quan trọng cho các nhà nghiên cứu về Trí tuệ nhân tạo

Các loại tri thức

Dựa vào cách thức con người giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu đã xây dựng các kỹ thuật để biểu diễn các dạng tri thức khác nhau trên máy tính Mặc dù yậy, không một kỹ thuật riêng lẻ nào có thể giải thích đầy đủ cơ chế tổ chức tri thức trong các chương trình máy tính Đe giải quyết vấn đề, chúng ta cần chọn dạng biểu diễn thích họp nhất Sau đây là các dạng biểu diễn tri thức thường gặp:

+ Tri thức thủ tục: Mô tả cách thức giải quyết một vấn đề, loại tri thức này đưa ra giải pháp để thực hiện một công việc nào

đó Các dạng tri thức thủ tục tiêu biểu thường là các luật, chiến lược

+ Tri thức khai báo: Cho biết một vấn đề được thấy như thế nào, loại tri thức này bao gồm các phát biểu đơn giản, dưới dạng các khẳng định logic đúng hoặc sai Tri thức khai báo cũng có thể là một danh sách các khẳng định nhằm mô tả đầy đủ hơn về đối tượng hay một khái niệm nào đó

+ Siêu tri thức: mô tả tri thức về tri thức, loại tri thức này giúp lựa chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề Các chuyên gia sử dụng tri thức này để điều chỉnh hiệu quả giải quyết vấn đề bằng cách hướng các lập luận

về miền tri thức có khả năng hơn cả

+ Tri thức heuristic: là một dạng tri thức cảm tính Các tri thức thuộc loại này thường có dạng ước lượng, phỏng đoán và