nghien cứu cơ sở dữ liệu suy diễn và ứng dụng

HOC VIÊN CƠNG NGHÊ Bưu CHÍNH VIỄN THƠNG * m Nguyễn Thị Quyến NGHIÊN CỨU Cơ SỞ DỮ LIỆU SUY DIỄN VÀ ỨNG DỤNG XÂY DỤ NG HỆ THỐNG TÌM ĐƯỜNG ĐI Chuyến ngành: Khoa học máy tính Mã sấ : 60.48.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC sĩ HÀ NỘI-2012 MỞ ĐẦU Chúng ta có sở liệu từ giới thực đa dạng phong phú sở liệu đường biển, sở liệu tuyến đường thành phố, huyện, tỉnh thành phố quốc gia, Với hệ quản trị sở liệu quan hệ dùng đại số quan hệ dùng việc đặt câu hỏi trả lời câu hỏi hạn chế sở liệu có kích thước lớn liệu đường tuyến đường huyện, tỉnh, thành phố nước, việc hỏi trả lời câu hỏi tìm đường hai điểm sở liệu thực tế có tồn hay khơng, sau câu hỏi tìm đường ngắn hai điểm cơng việc khó khăn với đại số quan hệ mà dùng, vấn đề đệ quy đại số quan hệ khơng giải được, SQL giải đệ quy tuyến tính nhờ mở rộng đại số quan hệ Với có sở liệu suy diễn gồm kiện (lấy liệu từ sở liệu) cấc luật cho câu trả lời từ câu hỏi, cung cấp cho tri thức Do luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu sở liệu suy diên ứng dụng xây dựng hệ thắng tìm đường đĩ’ để giải tốn đặt nêu CHƯƠNG 1: LẬP TRÌNH LOGIC VÀ SỞ DỮ LIỆU 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Các mốc phát triển lập luận logic sở liệu suy diễn Tiếp cận Codd năm 1970, năm 1984 F D Ullman, năm 1986 Date, năm 1989 Gardarin Valurier, năm 1989 Brodie Manola Tư tưởng đằng sau lập trình logic sử dụng logic tốn học ngơn ngữ lập trình, đề cập tài liệu Kowalski năm 1970, Colmerauer đưa vào thực hành năm 1975 cài đặt ngơn ngữ lập trình logic Prolog (Programming logic) 1.1 Nhu cầu sở liệu suy diễn Các sở liệu suy diễn quản lý hầu hết ứng dụng tại, vấn đề phức tạp 1.1 Nhu cầu hệ quản trị sở liệu hệ Do nhu cầu thực tế nghiên cứu ứng dụng, hệ hệ quản trị sở liệu đề xuất Đó sở liệu hướng đói tượng, sở liệu suy diễn sở liệu phân tán 1.1 Hạn chế hệ quản trị sở liệu quan hệ Các đối tượng phức tạp, không xử lý tri thức, rút tri thức mới, môi trường ứng dụng phân tán Lập trình logic 2.1 Giới thiệu lập trình logic Lịch sử phát triển : hệ phát triển lập trình logic Fischer Black năm 1964, James Slagle năm 1965 Cordell Green năm 1969, hệ thống hỏi đáp McCarthy đề xuất Năm 1973, Hayes phát triển ngôn ngữ Golux Kowalski tập trung vào lời giải SL thủ tục với đích suy giảm Từ ngơn ngữ Prolog có ngơn ngữ khách ALF, Fril, G del, Mercury, Oz, Ciao, Visual Prolog, XSB, ^Prolog 2 Một sổ định nghĩa Hạng thức định nghĩa đệ qui sau: Mỗi hạng thức; biến hạng thức; nếu/là ký hiệu hàm có n-ngơi tị, tn hạng thức thì/(tị, , tn) hạng thức; hạng thức sinh quy tắc Literal nguyên tố phủ định nguyên tố Một nguyên tố literal dương phủ định nguyên tố literal âm Vói p nguyên to, literal âm ký hiệu p Câu chương trình đích Câu khơng rỗng viết M V V M„v —I Nm ,n + m > l , Trong Mị N j literal dương biến ngầm định có lượng tử V biểu thức tuyển Mỗi công thức xác định tốt Wff viết dạng câu Đích chuẩn: Đích chuẩn, hay đơn giản đích, hay phủ nhận cơng thức có dạng 1, Li nguyên tử phủ định nguyên tử, phàn L A A Ln thân đích Chương ừình Chương trình tổng quát (chương trình): tập hữu hạn câu tổng quát Chương trình tuyển tập hữu hạn câu tuyển Chương trình chuẩn tập hữu hạn câu chuẩn Chương trình phân tầng, đệ quy, phân cấp Phân cấp: Neu đồ thị phụ thuộc chương trình chuẩn khơng chứa chu trình chương trình gọi phân cấp Chương trình đệ quy: Neu đồ thị phụ thuộc chương trình chuẩn có chu trình chương trình đệ quy Một chương trình đệ quy đệ quy trực tiếp đồ thị phụ thuộc khơng có chu trình với độ dài lớn hom Phân tầng: chương trình chuẩn phân tầng chu trình đồ thị phụ thuộc tạo cung dương, cho dù phần lại đồ thị có cung âm Cơ sở liệu 3.1 Các mơ hình liệu Mơ hình liệu mạng; mơ hình liệu phân cấp; mơ hình liệu quan hệ; mơ hình liệu đối tượng; mơ hình liệu suy diễn Các mơ hình nêu rõ [4] [11] Mơ hình liệu suy diễn Mơ hình liệu Một mơ hình hình liệu gồm: Ký pháp tốn học để mơ tả hình thức liệu quan hệ; kỹ thuật để xử lý liệu trả lời câu hỏi, kiểm tra điều kiện toàn vẹn 2 Hệ thống sở liệu suy diên hệ thong lập trình logic Một số điểm khác sở liệu suy diễn lập trình logic gồm: • Trong sở liệu suy diễn điển hình, số kiện lớn so với số luật Điều không hệ thống lập trình logic • Một sở liệu suy diễn chi tập ký hiệu vị từ thành hai tập không giao tập tất vị từ sở tập vị từ ảo Ngược lại, lập trình logic khơng phân chia • Các sở liệu suy diễn có giao diện riêng để mơ tả xử lý liệu, người ta dùng ngơn ngữ bậc cao Trong hệ thống lập trình logic, khả câu xử lý mức sơ khởi • Thuật ngữ dùng hệ thống lập trình logic khơng giống hệ thống sở liệu suy diễn 3 Lý thuyết mơ hình lý thuyết chứng minh Một sở liệu nhìn quan điểm logic theo: Diễn giải lý thuyết bậc một; lý thuyết bậc Lý thuyết mơ hình với sơ liệu suy diễn Giả sử (D, L) sở liệu chuẩn Các tiên đề lý thuyết T sau: Các tiên đề đày đủ: Tiên đề có hồn thiện ký hiệu vị từ L tương ứng với câu D Tiên đề tên tương đương: Các tiên đề lý thuyết tương đương tùy theo ký hiệu số, hàm số vị từ L Tiên đề bao đóng miền: Nếu ai, ap tất phần tử L fl5 fq ký hiệu hàm số L, tiền đề bao đóng miền, theo Lloyd năm 1987, Mancarella năm 1988 sau: Vx((x = a1)v(3x1, ,3xjx = fi(x1, ,xj))v v(3y1, ,3yjx = fi { answer (a, a), answer (a, b), answer (a, c), answer (a, d), answer (b, a), answer (b, b), answer (b, c), answer (b, d) } Info: tuples computed Giải tốn tìm đường ngấn Thay đổi tập luật tập tin paths.dl sau, ta tìm đường ngắn path (X, Y, 1) :-edge (X, Y) path (X, Y, L) :-path (X, Z, LO), edge (Z, Y), count (edge (A, B), Max), LO sp (X, Y, L) { sp (a, a, 2), sp (a, b, 1), sp (a, c, 1), sp (a, d, 2), sp (b, a, 1), sp (b, b, 2), sp (b, c, 2), sp (b, d, 1) } Info: tuples computed Dưới việc xây dựng SQL cho vấn đề tương tự tệp tin Spaths Sql DESSQL> create or replace view spaths (origin, destination, length) as with recursive path (origin, destination, length) as (select edge *, from edge) union (select path, origin, edge, destination, path, length+1from path, edge where path destination=edge origin and path length< (select count (*) from edge)) select origin, destination, min(length) from path group by origin, destination; DES-SQL> select * from spaths answer (spaths origin, spaths destination, spaths length) -> { answer (a, a, 2), answer (a, b, 1), answer (a, c, 1), answer (a, d, 2), answer (b, a, 1), answer (b, b, 2), answer (b, c, 2), answer (b, d, 1) } Info: tuples computed Ket luận Trong chương này, luận văn trình bày vấn đề đặt tốn, cách thức mà cấc hệ thống thông tin địa lý lấy liệu từ thực tế, cách chụp ảnh vệ tinh, thông quan internet để phân phối ảnh vệ tinh, qua lấy hình ảnh phân tích ảnh dựa kỹ thuật Vector Raster để đưa liệu vào sở liệu SQL từ có thẻ lấy liệu để tìm tấtcảcác đường hai điểm, sau mơ tả tốn dùng Datalog để biểu diễncác kiện cấc luật, biểu diễn đồ thị cho tốn tìm dường dùng luật Cuối mô giải tốn tìm đường cách hình thức DES 1.7.0 KẾT LUẬN Những kết luận văn Theo phần giới thiệu, luận văn chia thành chương : • Chương : Lập trình logic sở liệu: giới thiệu mốc mốc phát triển lập luận logic sở liệu suy diễn; nhu cầu sở liệu suy diễn; nhu cầu hệ quản trị sở liệu hệ tiếp theo; sở liệu hạn chế hệ quản trị sở liệu quan hệ; đồng thời giới thiệu lập trình • Chương 2:Cơ sở liệu suy diễn: tìm hiểu sở liệu dựa logic; định nghĩa sở liệu suy diễn; ngôn ngữ Prolog; Datalog khả mở rộng Datalog • Chương 3: Thử nghiệm hệ thống DES 1.7.0: Chúng ta đặt tìm hiểu làm vấn đề sau: Giới thiệu hệ thống DES 1.7.0; thành phần tri thức luật hệ thống DES; giải tốn DES đặt tốn tìm đường Luận văn tìm hiểu vấn đề lập trình logic sở liệu, đồng thời tìm hiểu lý thuyết sở liệu suy diễn để bước đàu làm lý thuyết áp dụng cho toán thực tiễn Một số phàn luận văn nêu lý thuyết logic, lập trình logic đề xuất, tìm hiểu sở liệu suy diễn, ứng dụng lý thuyết trình bày ứng dụng vào tốn tìm đường thực tế dùng DES 1.7.0 để thử nghiệm kết luận văn Luận văn thực mục đích :Nắm rõ kiến thức logic; Tìm hiểu lập trinh logic vai trị lập trình logic; Làm rõ sở liệu loại sở liệu; Kiến thức sở liệu suy diễn, ngơn ngữ Datalog; Tìm hiểu cài đặt hệ thống DES (Datalog Educational System) 1.7.0; ứng dụng lý thuyết tìm hiểu để giải tốn tìm đường đi; Cài đặt thử nghiệm tốn tìm đường hệ thống DES 1.7.0 Phương hướng nghiên cứu • Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng tốn tìm đường để tích họrp vào hệ thống thơng tin địa lý đồng thời mở rộng nghiên cứu tốn tương tự tìm đường mạng máy tính, • Tìm hiểu sâu ràng buộc toàn vẹn sở liệu suy diễn DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN [1] M s Lam, J Whaley, V B Livshits, M c Martin, D Avots, M Carbin, and c Unkel Context-sensitive program analysis as database queries In Proceedings of the Twenty-fourth ACM SIGACTSIGMOD-SIGART Symposium on Principles of Database Systems ACM, June 2005 [2] Y A Liu and s D Stoller From datalog rules to efficient programs with tíme and space guarantees In PPDP ’03: Proceedings of the 5th ACM SIGPLAN International Conference on Principles and Practice of Declarative Programming, pages 172-183 ACM Press, 2003 [3] R Ramakrishnan and J D Ullman A survey of research on deductive database systems J Logic Programming, 23 (2): 125-149, 1993 [4] J D Ullman Bottom-up beats top-down for datalog In PODS ’89: Proceedings of the Eighth ACM SIGACT-SIGMOD-SIGART Symposium on Principles of Database Systems, pages 140-149 ACM Press, 1989 [5] J D Ullman Principles of Database and Knowledge-Base Systems Computer Science Press, Rockville, MD., volume II edition, 1989  ... triển lập luận logic sở liệu suy diễn; nhu cầu sở liệu suy diễn; nhu càu hệ quản trị sở liệu; sở liệu hạn chế hệ quản trị sở liệu quan hệ; mơ hình liệu mơ hình liệu suy diễn; đồng thịi giói thiệu... liệu suy diễn Các sở liệu suy diễn quản lý hầu hết ứng dụng tại, vấn đề phức tạp 1.1 Nhu cầu hệ quản trị sở liệu hệ Do nhu cầu thực tế nghiên cứu ứng dụng, hệ hệ quản trị sở liệu đề xuất Đó sở liệu. .. trình logic sở liệu: giới thiệu mốc mốc phát triển lập luận logic sở liệu suy diễn; nhu cầu sở liệu suy diễn; nhu cầu hệ quản trị sở liệu hệ tiếp theo; sở liệu hạn chế hệ quản trị sở liệu quan