ÁP DỤNG LOGIC mờ vào VIỆC ĐỊNH HƯỚNG NGHỀ NGHIỆP THEO LĨNH vực KHOA học tự NHIÊN CHO học SINH THPT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  NGUYỄN NGỌC VỌNG ÁP DỤNG LOGIC MỜ VÀO VIỆC ĐỊNH HƢỚNG NGHỀ NGHIỆP THEO LĨNH VỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH THPT KHÓA LUẬN THẠC SỸ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60.48.01.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN DŨNG TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2016 Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan rằng, để hồn thành nghiên cứu viết khóa luận tơi tìm hiểu thực hiện, không copy từ luận văn hay báo để đưa vào nội dung nghiên cứu khóa luận Mọi tài liệu tham khảo tơi liệt kê danh mục tài liệu tham khảo, cam đoan khơng lấy nội dung để copy vào khóa luận Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 04 năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Vọng i Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tiến sĩ Nguyễn Xuân Dũng trưởng khoa Kỹ thuật công nghệ trường đại học Kinh tế kỹ thuật Bình Dương, người hướng dẫn em thực đề tài, thầy động viên, hướng dẫn tận tình từ lúc bắt đầu đến hồn thành, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt đề tài khóa luận thạc sỹ Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô trường Đại học Công nghệ thơng tin q Thầy Cơ tận tình giảng dạy lớp CH08 Nhờ tận tình dạy dỗ, giúp đỡ q Thầy Cơ giúp cho em tự tin thêm nhiều kiến thức để hồn thành khóa luận Và cịn hành trang để em tiếp tục làm việc nghiên cứu sau Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, cảm ơn anh chị, bạn bè, người sát cánh, động viên bước đường học tập sống Cám ơn đến Thầy Cô thuộc khoa Kỹ thuật công nghệ trường Đại học Kinh tế kỹ thuật Bình Dương giúp đỡ, góp ý để em hồn thành khóa luận Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 04 năm 2016 Học viên thực Nguyễn Ngọc Vọng ii Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU ix CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI 1.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 LÝ THUYẾT TẬP MỜ 2.1.1 Khái niệm tập mờ 2.1.2 Tập lát cắt tập mờ 2.1.3 Một số khái niệm đặc trưng tập mờ 2.1.3.1 Miền xác định tập mờ 2.1.3.2 Miền tin cậy tập mờ 2.1.3.3 Độ cao tập mờ 2.1.3.4 Lực lượng tập mờ 2.1.4 Biến ngôn ngữ 2.1.5 Các phương pháp xây dựng hàm thành viên tập mờ toán tử tập mờ 2.1.5.1 Phương pháp trực quan 2.1.5.2 Phương pháp hệ chuyên gia 2.1.6 Các phép tính tập mờ 10 2.1.6.1 Phần bù tập mờ 10 2.1.6.2 Phép hợp ∪ 12 2.1.6.3 Phép giao ∩ 13 2.1.6.4 Phép cộng đại số tập mờ 14 2.1.6.5 Phép nhân đại số tập mờ 14 2.1.6.6 Tích Descartes tập mờ 14 2.1.6.7 Phép mờ hóa 15 2.1.6.8 Phép khử mờ 16 iii Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT 2.1.7 Quan hệ mờ 19 2.1.7.1 Định nghĩa quan hệ mờ 19 2.1.7.2 Liên kết mờ 20 2.1.7.3 Hợp thành mờ 21 2.1.8 Phép kéo theo 21 2.1.8.1 Giới thiệu 21 2.1.8.2 Hàm kéo theo mờ 21 2.2 PHƢƠNG PHÁP LẬP LUẬN MỜ 22 Lập luận mờ 22 2.2.1 2.2.1.1 Lập luận xấp xỉ đơn điều kiện 22 2.2.1.2 Quy tắc suy luận hợp thành 23 Một số phương pháp lập luận mờ 25 2.2.2 2.2.2.1 Suy diễn mờ tổng quát 25 2.2.2.2 Suy diễn Max-Min (Phương pháp Mamdani) 25 2.2.2.3 Suy diễn Max-Prod (Phương pháp Larsen) 25 2.2.2.4 Suy diễn Takagi-Sugeno 26 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH HƢỚNG NGHỀ NGHIỆP CHO HỌC SINH 28 3.1 NGHỀ NGHIỆP VÀ TƢ VẤN HƢỚNG NGHIỆP 28 3.2 NGÀNH NGHỀ THUỘC LĨNH VỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 32 3.2.1 Diễn tả chung 32 3.2.2 Phẩm chất lực 33 3.2.3 Ngành nghề 33 3.2.3.1 Ngành vật lý 33 3.2.3.2 Cơng nghệ hóa học 34 3.2.3.3 Công nghệ sinh học 35 3.2.3.4 Khoa học môi trường 36 3.2.3.5 Khí tượng – thủy văn – hải dương học 37 3.2.3.6 Địa chất 39 3.2.3.7 Công nghệ thực phẩm 40 3.2.3.8 Toán học 41 3.2.3.9 Địa lý 42 3.3 HIỆN TRẠNG TƢ VẤN HƢỚNG NGHIỆP CHO HỌC SINH 43 3.4 PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH HƢỚNG NGHỀ NGHIỆP 44 CHƢƠNG CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 53 iv Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT 4.1 MƠ HÌNH HỆ THỐNG 53 4.2 CÁC BƢỚC XÂY DỰNG MỘT HỆ THỐNG MỜ 56 4.3 MÔ TẢ CƠ SỞ DỮ LIỆU 64 4.3.1 TradeGroup 64 4.3.2 Questions 65 4.3.3 Membership Function 66 4.3.4 Rules 67 4.4 MÔ TẢ CÁC LỚP ĐỐI TƢỢNG 67 4.4.1 Fuzzy Number 67 4.4.2 CTradecareer 68 4.4.3 Xây dựng luật khử mờ 69 4.5 THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 72 4.5.1 Demo định hướng nghề nghiệp 72 4.5.2 Kiểm thử hệ thống 76 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 78 5.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 78 5.2 NHỮNG TỒN TẠI CỦA KHÓA LUẬN 79 5.3 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA KHÓA LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 82 v Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Ý nghĩa SDS Self-Directed Search CNTT Công nghệ thông tin ĐH Đại học CĐ Cao Đẳng VL Vật lý CSDL Cơ sở liệu THPT Trung học phổ thông THCS Trung học sở RIASEC Realistic-Investigative-ArtisticSocial-Enterprising-Conventional vi Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG STT TRANG Bảng 2.1 Tập mờ 11 Bảng 2.1 Tập mờ 11 Bảng 2.3 Tập mờ Bảng 2.4 Hợp tập mờ Bảng 2.5 Giao tập mờ Bảng 2.6 Bảng suy luận tổng quát với m luật mờ 25 Bảng 3.1 Bảng câu hỏi hướng nghiệp 46 Bảng 3.2 Bảng ghi viết tắt ngành 50 Bảng 3.3 Bảng tính mức phù hợp theo ngành 50 10 Bảng 3.4 Bảng tổ hợp môn 51 11 Bảng 4.1 Ma trận luật 60 12 Bảng 4.2 Mẫu liệu T_TRADEGROUP 65 13 Bảng 4.3 Mẫu liệu T_QUESTION 65 14 Bảng 4.4 Mẫu liệu T_SkillsMember 66 15 Bảng 4.5 Mẫu liệu T_Rule 67 16 Bảng 4.6 Kết kiểm thử với học sinh chưa biết chọn ngành 77 17 Bảng 4.7 Kết kiểm thử với học sinh biết chọn ngành 77 12 ∪ ∩ 13 14 vii Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 HÌNH Hình 2.1 Độ cao, miền tin cậy, miền xác định cuả tập mờ Hình 2.2 Hàm thuộc tập mờ Hình 2.3 Tập bù ~ tập tâp mờ Hình 2.4 Hợp hai tập mờ ∪ Hình 2.5 Giao tập hai mờ A ∩ Hình 2.6 Các hàm thuộc biến NHIỆT ĐỘ Hình 2.7 Hàm thuộc hợp hạng tử biến NHIỆT ĐỘ Hình 2.8 Phương pháp trọng tâm Hình 2.9 Hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno Hình 2.10 Hệ suy diễn mờ Tsukamoto Hình 3.1 Mơ hình RIASEC John Holland Hình 3.2 Mơ hình tốn định hướng ngành nghề Hình 4.1 Mơ hình ứng dụng Hình 4.2 Dạng tam giác Hình 4.3 Dạng hình thang phải Hình 4.4 Dạng hình thang trái Hình 4.5 Hàm thuộc đầu vào kỹ (Skills) Hình 4.6 Hàm thuộc đầu vào Điểm thi (Mark) Hình 4.7 Hàm thuộc đầu kết Hình 4.8 Giao diện quản lý luật Hình 4.9 Giao diện chương trình Hình 4.10 Tab Kỹ Hình 4.11 Tab Sở thích Hình 4.12 Tab Điểm thi Hình 4.13 Xem kết Hình 4.14 Kết theo tổ hợp mơn Hình 4.15 Nhập điểm thi THPT Quốc gia Hình 4.16 Nhập điểm học bạ Hình 4.17 Xem kết định hướng đầy đủ viii TRANG 11 12 13 16 17 19 20 27 32 45 53 54 54 54 57 58 60 62 72 72 73 73 74 74 75 75 76 Áp dụng logic mờ vào việc định hướng nghề nghiệp theo lĩnh vực khoa học tự nhiên cho học sinh THPT MỞ ĐẦU Khái niệm tập mờ Zadeh [12] đề xuất năm 1965 lý thuyết giải tích mờ nhiều nhà toán học quan tâm nghiên cứu, xây dựng hồn thiện phép tốn cần thiết để giải tích mờ ngày trở thành lý thuyết chặt chẽ mặt toán học hiệu mặt ứng dụng thực tiễn Trong tiếp cận Zadeh, lập luận xấp xỉ dựa sở logic mờ giá rị ngơn ngữ Trong mơ hình hệ hỗ trợ định khóa luận xây dựng hai phần cốt lõi xây dựng hệ sở tri thức xây dựng chế lập luận tương ứng với sở tri thức dựa quy tắc luật IF…THEN Vào năm 1985, tiến sỹ tâm lý John Holland [6], [13] đưa mơ hình trắc nghiệm định hướng nghề nghiệp, lý thuyết dựa luận điểm, luận điểm đầu là: Hầu xếp vào kiểu người, kiểu người Realistic (xin tạm dịch – Người thực tế, viết tắt R), Investigative (Người thích nghiên cứu – I), Artistic (Người có tính nghệ sĩ –A), Social (người có tính xã hội – S), Enterprising (Người dám nghĩ dám làm –E) Conventional (người cơng chức –C) Từ câu hỏi có mức chọn lựa, chương trình đưa định hướng nghề nghiệp cho người dùng Định hướng nghề nghiệp cần thiết học sinh trung học họ chưa tư vấn hiểu đầy đủ nghề nghiệp tương lai Nếu khơng hiểu ý nghĩa việc định hướng nghề nghiệp làm cho học sinh khó khăn việc học dẫn đến bỏ học Đó lý lớn trường đại học, cao đẳng số lượng người học nghỉ học ngày tăng vào học học kỳ đầu môn chuyên ngành Từ đó, tốn định hướng nghề cho học sinh đời Dựa vào số câu hỏi khảo sát học sinh, kết hợp với điểm thi kỳ thi trung học phổ thơng Quốc gia, chương trình đưa số hướng tư vấn tổ hợp mơn mạnh học sinh thuộc nhóm ngành khoa học tự nhiên số nghề nghiệp phù hợp với học sinh Nội dung khóa luận trình bày chương, bao gồm: ix Chương Cài đặt thử nghiệm hệ thống } public string mTradeGroupId { get { return _mTradeGroupId; } set { _mTradeGroupId = value; } } public float mSkillsPercent { get { return _mSkillsPercent; } set { _mSkillsPercent = value; } } public float mSumMark { get { return _mSumMark; } set { _mSumMark = value; } } public float mResultEvalute { get { return _mResultEvalute; } set { _mResultEvalute = value; } } public List mListStruct { get { return _mListStruct; } set { _mListStruct = value; } } #endregion //Contructor public CTradeCareer(string mtradeid, string mtradename, string mtradegroupid, float mskillspercent, float msummark, float mresultevalute, List mlisttruct) { _mTradeId =mtradeid; _mTradeName = mtradename; _mTradeGroupId = mtradegroupid; _mSkillsPercent = mskillspercent; _mSumMark = msummark; _mResultEvalute = mresultevalute; _mListStruct = mlisttruct; } 4.4.3 Xây dựng luật khử mờ Hàm khử mờ lSeperateInteral.Sort(); float []tm=new float[lSeperateInteral.Count-1]; float[] ftm = new float[lSeperateInteral.Count - 1]; float[] detm = new float[row]; float[] deftm = new float[row]; float[] defuzzy=new float[row]; float cell2=0; float cell3=0; float cell4=0; float a1=0; float b1=0; for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < lSeperateInteral.Count - 1; j++) { a1=lSeperateInteral[j]; b1=lSeperateInteral[j+1]; tm[j] = 0; ftm[j] = 0; for (int m = 0; m < structfresult[i]._mListFuzzyResult.Count; m++) 69 Chương Cài đặt thử nghiệm hệ thống { for (int n = 0; n < fmembership.dgrv_Memberresult.RowCount - 1; n++) { cell2=float.Parse(fmembership.dgrv_Memberresult.Rows[n].Cells[2].Value.ToString()); cell3=float.Parse(fmembership.dgrv_Memberresult.Rows[n].Cells[3].Value.ToString()); cell4=float.Parse(fmembership.dgrv_Memberresult.Rows[n].Cells[4].Value.ToString()); if (structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fuzzyid == Int32.Parse(fmembership.dgrv_Memberresult.Rows[n].Cells[0].Value.ToString())) { //Trapezium if (Int32.Parse(fmembership.dgrv_Memberresult.Rows[n].Cells[5].Value.ToString()) == 2) { //left=true if (fmembership.dgrv_Memberresult.Rows[n].Cells[6].Value.ToString() == "True") { if (b1 = cell4) { tm[j] += 0; ftm[j] += 0; } else if (cell3 = b1) { tm[j] = tm[j] + structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * (b1 - a1) * cell4 / (cell4 - cell3); tm[j] = tm[j] structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * (b1 * b1 - a1 * a1) / (2 * cell4 - * cell3); ftm[j] = ftm[j] + structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * (b1 * b1 - a1 * a1) * cell4 / (2 * cell4 - * cell3); ftm[j] = ftm[j] structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * (b1 * b1 * b1 - a1 * a1 * a1) / (3 * cell4 - * cell3); } } //left=false else { if (b1 = cell3) { tm[j] += structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * * (b1 - a1); ftm[j] += structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * * (b1 * b1 - a1 * a1) / (float)2.0; } else if (a1 >= cell2 && cell3 >= b1) { 70 Chương Cài đặt thử nghiệm hệ thống tm[j] += structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * * (b1 * b1 - a1 * a1) / (2 * cell3 * cell2); tm[j] = tm[j] structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * cell2 * (b1 - a1) / (cell3 - cell2); ftm[j] += structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * * (b1 * b1 * b1 - a1 * a1 * a1) / (3 * cell3 - * cell2); ftm[j] = ftm[j] structfresult[i]._mListFuzzyResult[m]._fvalue * cell2 * (b1 * b1 - a1 * a1) / (2 * cell3 - * cell2); } } } //Triangle else { if (b1 = cell4) { tm[j] += 0; ftm[j] += 0; } else if (a1 >= cell2 && b1 = cell3 && b1