XÂY DỰNG hệ hỗ TRỢ GIẢI TOÁN DI TRUYỀN lớp 12

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÕ TRÚC VY - CH1301073 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG HỆ HỖ TRỢ GIẢI TOÁN DI TRUYỀN LỚP 12 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGƠ THANH HÙNG Tp.Hồ Chí Minh - Năm 2017 Lời cam đoan Em xin cam đoan Khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Xây dựng hệ hỗ trợ giải toán di truyền lớp 12” thân em thực Các số liệu thu thập kết nghiên cứu nêu khóa luận trung thực em thực Tp.HCM, ngày ……….tháng……………năm………… Học viên Võ Trúc Vy Lời cám ơn Em xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô tận tình giảng dạy em suốt trình học tập Em xin chân thành cám ơn Thầy, Tiến Sĩ Ngơ Thanh Hùng nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em q trình làm khóa luận Võ Trúc Vy MỤC LỤC TÓM TẮT Chương Mở đầu 1.1 Về tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết cấu khóa luận 1.7 Kết cấu nội dung Chương Cơ sở lý thuyết 2.1 Tri thức hệ chuyên gia 2.1.1 Khái niệm tri thức (knowledge) 2.1.2 Hệ chuyên gia 2.1.3 Các thành phần hệ chuyên gia: 2.1.4 Kiến trúc tổng quát hệ chuyên gia 10 2.2 Các mơ hình biểu diễn tri thức 11 2.2.1 Biểu diễn tri thức mạng ngữ nghĩa 11 2.2.2 Biểu diễn tri thức hệ luật dẫn 12 2.3 Tri thức Toán di truyền lớp 12, chế tượng di truyền biến dị 13 2.3.1 Cấu tạo hóa học ADN 13 2.3.2 Cấu trúc không gian phân tử ADN 14 2.3.3 Khái niệm Gen 15 2.3.4 Các dạng tập công thức liên quan đến cấu trúc gen 15 2.3.5 Khái niệm mã di truyền (côdon) 17 2.3.6 Cơ chế tự nhân đôi ADN: 17 2.3.7 Các dạng tập công thức liên quan đến chế tự nhân đôi ADN 18 2.3.8 Phiên mã (Tổng hợp ARN) 18 2.3.9 Dịch mã (Tổng hợp prôtêin) 19 2.3.10 Các dạng tập công thức liên quan đến tổng hợp Prôtêin 20 2.3.11 Đột biến gen 21 2.3.12 Các dạng tập công thức liên quan đến đột biến gen 21 Chương Biểu diễn tri thức 24 3.1 Biễu diễn tri thức tốn di truyền lớp 12 máy tính 24 3.1.1 Yếu tố 25 3.1.2 Sự kiện 25 3.1.3 Tri thức dạng luật 26 3.1.4 Tri thức dạng công thức 27 3.2 Các dạng lớp toán 32 3.3 Biểu diễn tri thức mạng ngữ nghĩa 33 3.3.1 Định nghĩa 33 3.3.2 Mơ hình 34 3.3.3 Các vấn đề mạng ngữ nghĩa 36 3.3.4 Cách giải 36 3.4 Mô hình biểu diễn tri thức mạng ngữ nghĩa – luật dẫn 38 3.4.1 Định nghĩa 38 3.4.2 Cài đặt mơ hình biểu diễn tri thức mạng ngữ nghĩa – luật dẫn 38 3.5 Thuật toán mơ hình biểu diễn tri thức 39 3.5.1 Thuật toán 39 3.5.2 Tính giải toán 40 3.5.3 Chứng minh tính giải thuật toán 41 3.5.4 Phát biểu toán 42 3.5.5 Thuật toán 42 3.5.6 Ví dụ toán 43 Chương Xây dựng ứng dụng 46 4.1 Yêu cầu chương trình 46 4.2 Phương pháp thực 46 4.3 Minh họa số toán giải chương trình 47 Chương Kết luận 57 5.1 Kết đạt 57 5.2 Hạn chế khóa luận 57 5.3 Hướng phát triển 57 PHỤ LỤC 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: Hoạt động hệ chun gia 10 Hình 2-2 Cấu tạo chuỗi polinucleotit 13 Hình 2-3 Cấu tạo hóa học cấu trúc khơng gian phân tử ADN 14 DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1 Các dạng tập công thức liên quan đến cấu trúc gen 17 Bảng 2-2 Các dạng tập công thức liên quan đến chế tự nhân đôi ADN 18 Bảng 2-3 Các dạng tập công thức liên quan đến tổng hợp Prôtêin 21 Bảng 2-4 Các dạng tập công thức liên quan đến đột biến gen 23 TĨM TẮT Khóa luận xây dựng phương pháp biểu diễn tri thức, kết hợp mạng ngữ nghĩa hệ luật dẫn, gọi mạng ngữ nghĩa – hệ luật dẫn Trên sở đó, khóa luận biểu diễn tri thức toán di truyền lớp 12 phần sở tượng di truyền biến dị, từ xây dựng thuật giải để giải toán thuộc tri thức Khóa luận xây dựng chương trình, công cụ hỗ trợ học tập cho em học sinh lớp 12 môn sinh học Chương Mở đầu 1.1 Về tính cấp thiết đề tài Hệ chuyên gia, gọi hệ thống dựa tri thức, chương trình máy tính chứa số tri thức đặc thù nhiều chuyên gia người chủ đề cụ thể Các chương trình thuộc loại phát triển từ thập niên 1960 1970, trở thành ứng dụng thương mại từ thập niên 1980 Dạng phổ biến hệ chuyên gia chương trình gồm tập luật phân tích thơng tin (thường cung cấp người sử dụng hệ thống) lớp vấn đề cụ thể, đưa phân tích vấn đề đó, tùy theo thiết kế chương trình mà đưa lời khuyên trình tự hành động cần thực để giải vấn đề Đây hệ thống sử dụng khả lập luận để đạt tới kết luận.[10] Nhiều hệ chuyên gia thiết kế xây dựng để phục vụ lĩnh vực kế toán, y học, điều khiển tiến trình (process control) , dịch vụ tư vấn tài (financial service) , tài nguyên người (human resources) , v.v Cũng nhiều lĩnh vực khác, lĩnh vực giáo dục cần hệ chuyên gia Hệ chuyên gia hổ trợ giáo viên giảng dạy hiệu quả, giúp học sinh nâng cao kiến thức, giúp phát triển giáo dục Hệ chuyên gia giải toán tự động phát triển mơn Tốn học, Vật lý, Hóa học,… cấp 1,2 Môn Sinh học lớp 12 bậc phổ thông trung học có phần tốn di truyền dạng tri thức khó với nhiều học sinh, chương trình giải tốn tự động nhu cầu đáng, cơng cụ tốt giáo dục mơn Sinh học lớp 12 1.2 Tình hình nghiên cứu Có nhiều đề tài giải toán tự động, đặc biệt lãnh vực giáo dục quan tâm [1] Đề tài Mạng tính tốn ứng dụng [7] Chương 5.Kết luận 5.1 Kết đạt Khóa luận nghiên cứu xây dựng mơ hình biễu diễn tri thức, làm sở để biễu diễn giải tốn tự động Về mặt lý thuyết khóa luận xây dựng mơ hình biểu diễn tri thức gọi mơ hình biễu diễn tri thức mạng ngữ nghĩa – luật dẫn, cách kết hợp hai mơ hình biễu diễn tri thức biết mơ hình biễu diễn tri thức mạng ngữ nghĩa mơ hình biễu diễn tri thức hệ luật dẫn Trên mơ hình tri thức này, khóa luận biểu diễn loại tri thức: tri thức dạng cơng thức tốn loại tri thức dạng luật, dạng tri thức phổ biến kiến thức giải toán học sinh phổ thơng Trên mơ hình tri thức này, khóa luận xây dựng thuật giải để giải toán miền tri thức biễu diễn mơ hình Về thực hành, khóa luận xây dựng thành công hệ hỗ trợ giải toán di truyền lớp 12 phần sở lý thuyết di truyền biến dị, áp dụng giải tốn thực tế Như khóa luận giải yêu cầu đặt 5.2 Hạn chế khóa luận Khóa luận chưa biễu diễn hết miền tri thức toán di truyền lớp 12, ngồi số tốn cho kết có lỗi, nên cần khắc phục Lời giải tốn chưa tốt, số lời giải dài 5.3 Hướng phát triển Cần bổ sung thêm tri thức để giải tốn lại 57 Để chương trình sử dụng thực tế, cần hoàn chỉnh thuật giải lời giải tự nhiên ngắn gọn Ngoài ra, để trở thành hệ chuyên gia, chương trình cần thêm chức nhập đề văn tự học 58 PHỤ LỤC Thử nghiệm chương trình: tập sinh học lớp 12 Câu 11: Câu 22: Câu 17:sai 59 Câu 28: Câu 23: Câu 2: 60 Câu 3: Câu 21:đúng 61 Câu 22; Phần 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 x x x x x Không giải x Đúng, thiếu 62 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 PHẦN 2 x x x đúng x x Không giải X ĐÚNG X ĐÚNG 63 x Đúng, có khuyết điểm 10 11 x Đúng, có khiếm khuyết 64 12 x Đúng, có khiếm khuyết 13 X 65 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 x 66 24 25 x Đúng, thiếu 67 26 27 28 29 x 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Rút gọn lời giải 68 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Giáo dục Đào tạo (1998) , Tài liệu chuẩn kiến thức Sinh học 12, Nhà xuất Giáo dục, Tp Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Hải Tiến, Trần Dũng Hà (2008) , Phân loại phương pháp giải tập Sinh học 12, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.Phạm Thành Hổ, Di truyền học, Nhà xuất Giáo dục, Tp Hồ Chí Minh [3] Hồng Kiếm, Đỗ Văn Nhơn, Đỗ Phúc (2005) , Giáo trình Các hệ sở tri thức, Đại học Công Nghệ Thông tin - Đại Học Quốc Gia TPHCM [4] Hoàng Kiếm, Đinh Nguyễn Anh Dũng (2005) , Giáo trình Trí tuệ nhân tạo, Đại học Công Nghệ Thông tin - Đại Học Quốc Gia TPHCM [5] Hoàng Kiếm (2013) , Slide giảng Môn học Công nghệ tri thức Ứng dụng, Đại học Công Nghệ Thông tin, NXBĐHQG TP HCM [6] Lê Thị Nguyệt Châu (2014) , Xây dựng hệ hỗ trợ chẩn đoán bệnh Ung thư gan, Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Thông tin, Đại học Công nghệ Thông tin Tp HCM, Tp HCM [7] Đỗ Văn Nhơn (1995) , Mạng tính tốn ứng dụng, Luận văn Thạc sĩ Khoa học Tin học, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM, Tp HCM [8] Phạm Hữu Tâm (2009) , Xây dựng mơ hình biểu diễn tri thức thiết kế hệ hổ trợ giải toán điện xoay chiều chương trình trung học phổ thơng, Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Thông Tin, Đại học Công nghệ Thông tin, Tp HCM [9] TS Đỗ Văn Nhơn, Xây dựng hệ tính tốn thơng minh, Luận án tiến sĩ 2001 Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Đại Học Quốc Gia TP.HCM 70 [10] Phạm Thị Thái Hiền, Luyện tập trắc nghiệm Sinh học di truyền học 12 bản, Nhà xuất tổng hợp TP.HCM [11] Phạm Thị Thái Hiền – Phạm Thị Hiền Thảo, Sinh học ôn thi tuyển sinh đại học, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM 71 ... - Xây dựng hệ hỗ trợ giải toán di truyền lớp 12 có sở tri thức từ chuyên gia để giúp học sinh lớp 12 học tốt môn sinh lớp 12 phần di truyền học - Nghiên cứu tri thức thực tế toán di truyền lớp. .. chương trình hỗ trợ cho học sinh học lớp 12 - Phạm vi chương trình: hỗ trợ học sinh lớp 12 giải toán di truyền 1.5 Phương pháp nghiên cứu -Thu thập tri thức, liệu toán di truyền lớp 12 từ sách... lớp 12 : 2.2.1 Cơ chế tượng di truyền biến dị 2.2.2 Tính quy luật tượng di truyền 2.2.2 Di truyền học người – di truyền liên kết với giới tính Chương : Biểu di n tri thức Toán di truyền lớp 12