ỨNG DỤNG một số NGUYÊN tắc SÁNG tạo để GIẢI QUYẾT vấn đề bài TOÁN TRONG TIN học và ỨNG DỤNG GIẢI bài TOÁN 8 số TRÊN máy TÍNH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG --- BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG MỘT SỐ NGUYÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

-

BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC

ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG MỘT SỐ NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BÀI TOÁN TRONG TIN HỌC VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI

TOÁN 8 SỐ TRÊN MÁY TÍNH

GVHD: GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm

Học viên thực hiện: Huỳnh Thị Mỹ Hồng

Mã số học viên: CH1101086

TP.HCM, năm 2012

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 4

1.1 Vấn đề khoa học 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Phân loại 4

1.1.3 Các tình huống vấn đề 5

1.2 Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế 7

1.2.1 Vepol 7

1.2.2 Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế 8 1.2.3 Một số thủ thuật, nguyên tắc về phát minh, sáng tạo 9

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BÀI TOÁN TRONG TIN HỌC 21

2.1 Mục đích nghiên cứu giải quyết bài toán trong tin học 21

2.2 Các phương pháp thường dùng để giải quyết vấn đề bài toán trên máy tính 21

2.2.1 Phương pháp trực tiếp 21

2.2.2 Phương pháp gián tiếp hoặc tìm kiếm lời giải 24

2.2.3 Các phương pháp Heuristic 25

2.2.4 Các phương pháp trí tuệ nhân tạo 25

CHƯƠNG 3: LÝ THIẾT TRÒ CHƠI 8 SỐ 26

3.1 Tìm hiểu trò chơi 8 số 26

3.1.1 Mục đích giải quyết bài toán 8 số trên máy tính 26

3.1.2 Mô tả 28

3.1.3 Xác định trạng thái đích 29

3.2 Thuật toán tìm đáp án 30

3.2.1 Giới thiệu về A* 30

3.2.2 Chi tiết thuật toán A* 32

3.3 Cài đặt giải thuật 38

3.3.1 Cài đặt giải thuật 38

3.3.2 Hướng dẩn sử dụng 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

1

MỞ ĐẦU

Tất cả chúng ta công nhận rằng một nước muốn giàu có hùng mạnh không những chúng ta có nhiều tài nguyên khoáng sản, có nhiều ruộng đất, tiền của… mà điều quan trọng là để đất nước ta phát triển ta phải có nhiều người tài giỏi để phát hiện ra cái hay cái mới nâng cao dần sự hoàn thiện để

sự giàu có của con người và sự phồn vinh của xã hội Như ta đã biết Việt Nam đang gia nhập với các nước trên thế giới Nếu con ngưởi Việt Nam chỉ có cần

cù mà không thông minh và nếu chúng ta đi theo lối mòn kế thừa những cái

có sẵn thì chúng ta rất dễ bị lạc hậu

Tôi xin kể một câu chuyện như sau:

Ngày xưa, có một anh thanh niên khỏe mạnh ít học nhưng có sức khỏe rất cường tráng Một ngày nọ anh đi tìm việc làm và được một ông chủ khai thác gỗ nhận vào làm công việc khai thác gỗ Anh thanh niên rất mừng rỡ Anh được ông chủ phát cho một cái rìu

Hôm làm việc đầu tiên, anh thanh niên hăng hái vào rừng khai thác gỗ Anh khai thác được 14 góc gỗ Ông chủ rất hài lòng và khen anh ta Anh thanh niên rất vui mừng và nghỉ thầm ngày mai sẽ cố gắng hơn nữa

Ngày làm việc thứ hai, anh thanh niên thức sớm hơn ngày đầu và làm việc rất vất vả đến chiều Anh khai thác được 12 góc gỗ Để động viên được tinh thần làm việc của anh ta ông chủ vẫn khen anh ta Anh thanh niên thấy được lòng tốt của ông chủ và nguyện với lòng ngày mai sẽ cố gắng hơn ngày hôm trước:

Ngày làm việc thứ ba, anh thanh niên thức sớm hơn ngày làm việc thứ hai và làm việc cả ngày và không hề nghỉ trưa Kết quả hôm làm việc thứ ba anh đã cố gắng làm việc hơn hai ngày đầu nhưng kết quả chỉ được 11 góc gỗ Anh thanh niên rất buồn và nói với ông chủ rằng:

2

Thưa ông tôi rất cố gắng hết sức nhưng kết quả ngày càng không tăng

mà có xu hướng giảm

Ông chủ trả lời: anh là một người rất chăm chỉ làm việc nhưng anh không biết nâng cấp dụng cụ lao động Ví dụ cái rìu anh ngày đầu nó rất bén nên anh khai thác được nhiều gỗ nhưng đến một ngày nào đó nó không còn bèn nữa, đó là nói đến thời gian gần, nếu nói đến một thời điểm xa hơn nó không còn phù hợp nữa mà phải thay bằng một dụng cụ khác Ông chủ nói tiếp, ngoài việc nâng cấp dụng cụ lao động anh còn phải biết sáng tạo trong lao động, anh phải suy nghĩ làm thế nào để tốn ít sức lao động và công việc đạt được nhiều hiệu quả hơn

Từ câu chuyện của anh thanh niên ta rút ra được bài học là nghiên cứu sáng tạo ra cái mới là rất cần thiết cho mỗi con người chúng ta nói riêng và sự phát triển của xã hội nói chung

Theo Gaudin, chúng ta không thể bằng lòng với vốn kiến thức quá hạn hẹp thu nhận được trong những năm ngồi trên ghế nhà trường, mà phải học suốt đời, phải có đủ vốn kiến thức về phương pháp để tự mình học tập, nghiên

cứu suốt đời Có người đưa ra định nghĩa về cuộc đời như sau: “Cuộc đời là chuỗi đề cần giải quyết và chuỗi quyết định cần phải ra” Thật vậy mỗi ngày

chúng ta phải đối mặt biết bao vấn đề cần giải quyết Câu hỏi đặt ra rằng chúng ta phải giải quyết như thế nào để có hiệu quả nhất Một con người khôn ngoan sống lúc nào họ cũng muốn tiến dần đến sự hoàn thiện vì vậy họ luôn đầu tư, tìm tòi ra cái hay, cái mới

Ngày nay, nghiên cứu khoa học là một việc làm hết sức cần thiết đối với mỗi chúng ta và nó trở thành một hoạt động sôi nổi trên thế giới Tham gia nghiên cứu khoa học được xem là cống hiến lớn của nhân loại cho khoa học

và xã hội vì tất cả các cơ quan nhà nước luôn luôn đãi ngộ đối với những người đã cống hiến chất xám mình vào nghiên cứu khoa học Để nghiên cứu

3

khoa học được thành con người phải có một tri thức nhất định và nhiều tâm quyến để cần nghiên cứu sáng tạo Hiện nay, công nghệ thông tin là một ngành mũi nhọn, nó là chìa khóa để mở cửa cho tư duy và sáng tạo của con người

Qua bài thu hoạch này, em sẽ trình bày các suy nghĩ chủ quan của mình

về các thủ thuật, nguyên tắc về phát minh sáng tạo trong nghiên cứu khoa học

em cảm thấy ấn tượng nhất để có thể áp dụng vào trong đời sống hằng ngày

và trong ngành môn tin học của mình và cách giải bài toán trên máy tính Qua đây, em cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm, người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản cho chúng em về môn học “Phương pháp nhiên cứu khoa học trong tin học” Bên cạnh đó cũng không thể không nhắc đến công lao trợ giúp không mệt mỏi của các chuyên gia cố vấn qua mạng thuộc Trung tâm phát triển CNTT – ĐH Quốc gia TP.HCM và toàn thể các bạn bè học viên trong lớp

4

CHƯƠNG 1 VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

1.1 Vấn đề khoa học

1.1.1 Khái niệm

Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa

học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn

1.1.2 Phân loại

Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề:

- Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm

- Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn nhưng vấn đề thuộc lớp thứ nhất

Cách giải quyết vấn đề khoa học như thế nào?

Giải quyết vấn đề khoa học Đây là mong muốn của những người muốn bước vào con đường khoa học Như ta đã biết có rất nhiều ứng dụng vi mô từ phát minh sáng chế khoa học thành công trong cuộc sống

Một người muốn phát minh sáng tạo cần có 3 yếu tố cần thiết sau:

- Kiến thức đủ để sáng tạo: Người phát minh sáng tạo cần có một kiến

thức nhất định phù hợp với công trình nghiên cứu Một người có kiến thức phổ thông đã biết sáng tạo khoa học nhưng mỗi người sáng tạo như thế nào? mức độ nào? là hoàn toàn khác nhau

- Môi trường đòi hỏi sáng tạo: Môi trường ảnh hưởng rất lớn đến đời

sống của con người kể cả vấn đề sáng tạo của con người Sống trong môi trường luôn đòi hỏi con người sáng tạo là môi trường luôn luôn đổi mới để hoàn thiện và phát triển

5

- Khát vọng sáng tạo của con người: Có lẻ đây là vấn đề rất quan trọng

để phát minh sáng tạo Phát minh sáng tạo đòi hỏi con người phải có lòng ham mê, ốc sáng tạo và vượt khó, kiên trì bởi có rất nhiều nhà khoa học phát minh ra một cái mới họ phải thử đi thử lại rất nhiều có khi phải mất hàng chục năm

1.1.3 Các tình huống vấn đề

Có ba tình huống: Có vấn đề, không có vấn đề, giả vấn đề được cho trong hình dưới đây:

Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học Có 6 phương pháp:

1) Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới

2) Tìm những bất đồng

3) Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường

4) Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn

5) Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn

6) Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào

đó

Một tiếp cận không gian giải quyết vấn đề

Ý tưởng  Bài toán  Mô hình  Cách giải

Bài toán P: Sau khi có ý tưởng, bài toán P được đặt ra nhằm giải quyết mục đích cuối cùng là gì? Trong cùng điểm nhìn, cùng một không gian, nếu ta

P

Bài toán P

Điểm nhìn

Không gian, vấn đề

6

thay đổi bài toán thì vấn đề cũng thay đổi nhưng chỉ thay đổi theo mục đích yêu cầu của bài toán

Ví dụ: Khi lập trình giải bài toán phương trình bậc 1 nếu cần chuyển sang giải phương trình bậc 2 thì bài toán lúc này có khác ta chỉ thay đổi mục đích yêu cầu từ bậc 1 sang bậc 2

Điểm nhìn: nơi có vị trí, tầm nhìn khách quan nhất, bao quát vấn đề để khi giải quỵết không còn sai sót hoặc sai sót ít có thể chấp nhận được Nếu cùng một bài toán cùng một không gian nhưng điểm nhìn khác nhau thì vấn

đề có thay đổi, nhưng cũng không thay đổi một cách tuyệt đối hoàn toàn Cũng có những vấn đề được nhìn nhận tương tự nhau

Ví dụ: Do đâu rất nhiều tai nạn giao thông xảy ra ở nước ta

Cùng một vấn đề trên nếu ở hai điểm nhìn khác nhau sẽ trả lời khác nhau:

- Nhìn từ phía xây dựng: Mặt đường chưa bằng phẳng, đường còn hẹp, còn nhiều công trình cầu đường cần nâng cấp

- Nhìn từ phía cảnh sát giao thông: Ý thức chấp hành luật giao thông của người tham gia giao thông còn kèm

Không gian vấn đề: Bài toán P đặt trong không gian vấn đề sao cho không quá phức tạp, nhưng cũng không thể đơn giản quá dẫn tới sai sót Nếu cùng một bài toán, cùng một điểm nhìn, nhưng không gian khác nhau thì vấn

đề sẽ có nhiều thay đổi hơn

Ví dụ: Cùng một phần mềm được ứng dụng ở một trường học lại khác ở một ngành nghề khác

Như vậy tính thay đổi của vấn đề từ thấp đến cao như sau:

Bài toán (P)  Điểm nhìn  Không gian

7

1.2 Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế

1.2.1 Vepol

“Bất cứ hệ thống kỹ thuật nào ít nhất cũng phải có hai thành phần vật chất tác động tương hỗ và một loại trường hay năng lượng”

Từ đó có một thuật ngữ về tam giác kỹ thuật gọi là tam giác Vepol Vepol là mô hình hệ thống kỹ thuật Vepol được quy ước đưa ra cốt chỉ để phản ánh một tính chất vật chất của hệ thống nhưng là chủ yếu nhất với bài toán đã cho Ví dụ xét bài toán nâng cao tốc độ tàu phá băng thì băng đóng vai trò vật phẩm, tàu phá băng đóng vai trò cộng cụ và trường cơ lực đặt vào tàu để tác động tương hỗ với băng

Việc phân loại các chuẩn để giải quyết các bài toán sáng chế dựa vào phân tích Vepol Mô hình Vepol gồm 3 yếu tố: một Trường T và trong T có hai vật chất V1, V2

V1

T

V2

Tuy nhiên, một hệ thống ban đầu chưa hẳn đã có một chuẩn Vepol đủ 3 yếu tố trên, hoặc đã đủ thì có thể phát triển gì thêm trên Vepol đó

Có 5 phương pháp:

- Dựng Vepol đầy đủ

- Chuyển sang Fepol

- Phá vỡ Vepol

- Xích Vepol

- Liên trường