Bài giảng Trí tuệ nhân tạo: Chuyển giao tri thức cho máy tính - TS. Đào Anh Nam

Bài giảng "Trí tuệ nhân tạo: Chuyển giao tri thức cho máy tính" cung cấp cho người học các kiến thức: Mở đầu, thông tin, dữ liệu và tri thức, làm quen với cách giải quyết vấn đề bằng cách chuyển giao tri thức cho máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Artificial Intelligence Trí Tuệ Nhân tạo TS Đào Nam Anh CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Tài liệu Stuart Russell and Peter Norvig, Artificial Intelligence - A Modern Approach R E Bellman An Introduction to Artificial Intelligence: Can Computers Think? Boyd & Fraser Publishing Company, San Francisco, 1978 E Charniak and D McDermott Introduction to Artificial Intelligence AddisonWesley,Reading, Massachusetts, 1985 J Haugeland Artificial Intelligence: The Very Idea MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1985 R Kurzweil The Age of Intelligent Machines MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1990 N J Nilsson Artificial Intelligence: A New Synthesis Morgan Kaufmann, San Mateo, California, 1998 D Poole, A K Mackworth, and R Goebel Computational Intelligence: A Logical Approach Oxford University Press, Oxford, UK, 1998 E Rich and K Knight Artificial Intelligence (Second Edition) McGraw-Hill, New York, 1991 P H Winston Artificial Intelligence (Third Edition) Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1992 N.Q.Hoan, Nhập mơn trí tuệ nhân tạo Đinh Mạnh Tường, Giáo trình Trí tuệ Nhân tạo Hồng Kiếm, Đinh Nguyễn Anh Dũng, Giáo trình Nhập mơn Trí tuệ Nhân tạo NỘI DUNG I MỞ ĐẦU II THÔNG TIN, DỮ LIỆU VÀ TRI THỨC III LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH MỞ ĐẦU Chế tạo cỗ máy thông minh người (thậm chí thơng minh người) ước mơ cháy bỏng loài người từ hàng ngàn năm Nhà khoa học Alan Turing đóng góp to lớn ơng lĩnh vực trí tuệ nhân tạo Năng lực máy tính ngày mạnh mẽ điều kiện thuận lợi cho trí tuệ nhân tạo Điều cho phép chương trình máy tính áp dụng thuật giải trí tuệ nhân tạo có khả phản ứng nhanh hiệu trước MỞ ĐẦU Sự kiện máy tính Deep Blue đánh bại kiện tướng cờ vua giới Casparov minh chứng hùng hồn cho bước tiến dài cơng nghiên cứu trí tuệ nhân tạo Tuy đánh bại Casparov Deep Blue cỗ máy biết đánh cờ ! Ngành trí tuệ nhân tạo có bước tiến đáng kể, trí tuệ nhân tạo thực có phim khoa học giả tưởng Hollywood Vậy nghiên cứu trí tuệ nhân tạo? Tuy chưa thành cơng q trình nghiên cứu làm sáng tỏ nhiều vấn đề MỞ ĐẦU Mặc dù mục tiêu tối thượng ngành TTNT xây dựng máy có lực tư tương tự người khả tất sản phẩm TTNT khiêm tốn so với mục tiêu đề Tuy vậy, ngành khoa học mẻ tiến ngày tỏ ngày hữu dụng số cơng việc đòi hỏi trí thơng minh người MỞ ĐẦU Mục tiêu ngành khoa học trí tuệ nhân tạo Tạo máy tính có khả nhận thức, suy luận phản ứng Nhận thức hiểu khả quan sát, học hỏi, hiểu biết kinh nghiệm giới xung quanh Q trình nhận thức giúp người có tri thức Suy luận khả vận dụng tri thức sẵn có để phản ứng với tình hay vấn đề - toán gặp phải sống Nhận thức suy luận để từ đưa phản ứng thích hợp ba hành vi nói đặc trưng cho trí tuệ người Cả ba khả cần đến yếu tố tri thức Xây dựng trí tuệ nhân tạo tìm cách biểu diễn tri thức, tìm cách vận dụng tri thức để giải vấn đề tìm cách bổ sung tri thức cách "phát hiện" tri thức từ thông tin7 sẵn có (máy học) THƠNG TIN, DỮ LIỆU VÀ TRI THỨC Thông tin tri thức Tri thức khái niệm trừu tượng Do đó, không cố gắng đưa định nghĩa hình thức xác Thay vào đó, cảm nhận khái niệm "tri thức" cách so sánh với hai khái niệm khác thông tin liệu Nhà bác học tiếng Karan Sing nói "Chúng ta ngập chìm biển thơng tin lại khát tri thức" Câu nói làm bật khác biệt lượng lẫn chất hai khái niệm thơng tin tri thức THƠNG TIN, DỮ LIỆU VÀ TRI THỨC Dữ liệu, thông tin Dữ liệu số, chữ cái, hình ảnh, âm mà máy tính tiếp nhận xử lý Bản thân liệu thường khơng có ý nghĩa người Thông tin tất mà người cảm nhận cách trực tiếp thơng qua giác quan gián tiếp thông qua phương tiện kỹ thuật tivi Thơng tin người ln có ý nghĩa định Với phương tiện máy tính, người tiếp thu phần liệu có ý nghĩa Nếu so lượng, liệu thường nhiều thông tin THÔNG TIN, DỮ LIỆU VÀ TRI THỨC Dữ liệu, tri thức Cũng quan niệm thơng tin quan hệ liệu Các liệu xếp theo thứ tự tập hợp lại theo quan hệ chứa đựng thông tin Nếu quan hệ cách rõ ràng tri thức Chẳng hạn: Trong toán học: Bản thân số riêng lẻ 1, 1, 3, 5, 2, 7, 11, liệu Tuy nhiên, đặt chúng lại với theo trật tự chúng bắt đầu có mối liên hệ Dữ liệu: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, Mối liên hệ biểu diễn công thức sau: Un = Un-1 + Un-2 10 Cơng thức nêu tri thức LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Phát biểu lại tốn cách hình thức Khơng làm tính tổng qt, ta ln giả sử VX x = 1, y = Luật (L2) -> x = 1, y = Luật (L3) -> x = 3, y = luật mà cài đặt chương trình gọi sở tri thức Còn cách thức tìm kiếm lời giải cách duyệt luật áp dụng 23nó gọi động suy diễn LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Người ta chứng minh rằng, tốn đong nước có lời giải số nước cần đong bội số ước số chung lớn thể tích hai bình z = n * USCLN(VX, VY) (với n nguyên dương) Cách giải vấn đề theo kiểu khác so với cách giải thuật tốn thơng thường khơng đưa trình tự giải vấn đề cụ thể mà đưa quy tắc chung chung (dưới dạng luật), máy tính dựa vào (áp dụng luật) để tự xây dựng quy trình giải vấn đề Điều giống việc giải toán cách đưa định lý, quy tắc liên quan đến tốn mà khơng cần phải cách giải cụ thể 24 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Bạn cảm thấy dùng tri thức "cứng" ! (vì tri thức câu lệnh IF cài sẵn chương trình) Thực chương trình "mềm" Phiên chương trình: FUNCTION DK(L INTEGER):BOOLEAN; BEGIN CASE L OF : DK := (x = Vx); : DK := (y = 0); : DK := (y>0); END; END; 25 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài toán PROCEDURE ThiHanh(L INTEGER):BOOLEAN; BEGIN CASE L OF : x := 0; 2: y := Vy; : BEGIN k := min(Vx-x,y); x := x+k; y := y-k; END; END; END; CONST SO_LUAT = 3; BEGIN WHILE (xz) AND (yz) DO BEGIN FOR i:=1 TO SO_LUAT DO IF DK(L) THEN ThiHanh(L); END; END Đoạn chương trình thi hành cách xét qua lệnh IF chương trình Tuy nhiên, đây, biểu thức điều kiện thay hàm DK hành động ứng với điều kiện thay thủ tục ThiHanh Tính chất "mềm" chương trình thể chỗ, muốn bổ sung "tri thức", ta phải điều chỉnh lại hàm DK ThiHanh mà không cần phải sửa lại chương trình 26 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Bây giả sử ta có hàm thủ tục đặc biệt sau : FUNCTION GiaTriBool(DK : String) : BOOLEAN; PROCEDURE ThucHien(ThaoTac : String) ; Hàm GiaTriBool nhận vào chuỗi điều kiện, phân tích chuỗi, tính tốn trả giá trị BOOLEAN biểu thức Ví dụ : GiaTriBoolean(‘60’; 9; CacLuat[1].ThaoTac := ‘x:=0’; CacLuat[2].ThaoTac:= ‘y:=Vy’; CacLuat[3].ThaoTac:= ‘k:=min(Vx-x,y), x:=x+k, y:=y-k’; END; BEGIN WHILE (xz) AND (yz) DO BEGIN FOR i:=1 TO SO_LUAT DO IF GiaTriBoolean(CacLuat[i].DK) THEN ThucHien(CacLuat[i].ThaoTac); 27 END; END LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Chúng ta tạm cho q trình chương trình thi hành, ta dễ dàng thay đổi số phần tử mảng CacLuat (các ngơn ngữ lập trình sau Visual C++, Delphi cho phép điều này) Với chương trình này, muốn sửa đổi "tri thức", bạn cần thay đổi giá trị mảng Luat xong CONST SO_LUAT = 3; TYPE Luat RECORD DK : String; ThiHanh : String; END; DSLuat ARRAY [1 SO_LUAT] OF Luat; 9; VAR CacLuat DSLuat; PROCEDURE KhoiDong; BEGIN CacLuat[1].DK := ‘x = Vx’; CacLuat[2].DK := ‘y = 0’; CacLuat[3].DK := ‘y>0’; 9; CacLuat[1].ThaoTac := ‘x:=0’; CacLuat[2].ThaoTac:= ‘y:=Vy’; CacLuat[3].ThaoTac:= ‘k:=min(Vx-x,y), x:=x+k, y:=y-k’; END; BEGIN WHILE (xz) AND (yz) DO BEGIN FOR i:=1 TO SO_LUAT DO IF GiaTriBoolean(CacLuat[i].DK) THEN ThucHien(CacLuat[i].ThaoTac); 28 END; END LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Tuy nhiên, người dùng gặp khó khăn muốn bổ sung hiệu chỉnh tri thức Họ cần phải nhập chuỗi ‘x=0’ ‘k:=min(Vx-x,y)’ Các chuỗi này, có ý nghĩa chương trình xa lạ người dùng bình thường Chúng ta cần giảm bớt "khoảng cách" lại cách đưa chuỗi điều kiện thao tác có ý nghĩa trực tiếp người dùng Chương trình có chuyển đổi lại điều kiện thao tác sang dạng phù hợp với chương trình Để làm điều Chúng ta cần phải liệt kê trạng thái thao tác toán Sau số trạng thái thao tác Trạng thái : Bình X đầy, Bình X rỗng, Bình X khơng rỗng, Bình X có n lít nước Thao tác Đổ bình, Đổ đầy nước bình, Đổ nước từ bình A sang bình B B đầy A rỗng 29 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Lưu ý ta khơng thể có thao tác "Đổ n lít nước từ A sang B" tốn giả định bình khơng có vạch chia, ta biết cách đổ n lít nước từ A sang B lời giải tốn trở thành q đơn giản – "Múc đầy X" – "Đổ z lít nước từ X sang Y" Vì tốn đơn giản nên bạn dễ nhận thấy rằng, trạng thái thao tác chẳng có khác so với điều kiện mà đưa Kế tiếp, ta viết đoạn chương trình cho phép người dùng nhập vào luật (dạng ) hình thành từ trạng thái điều kiện này, đồng thời tiến hành chuyển sang dạng máy tính xử lý ví dụ Chúng ta khơng bàn đến việc cài đặt đoạn chương trình giao tiếp với người dùng 30 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Cấu trúc chung chương trình trí tuệ nhân tạo Như vậy, so với chương trình truyền thống (được cấu tạo từ hai "chất liệu" liệu thuật toán), chương trình trí tuệ nhân tạo cấu tạo từ hai thành phần sở tri thức (knowledge base) động suy diễn (inference engine) Cơ sở tri thức : tập hợp tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải Động suy diễn : phương pháp vận dụng tri thức sở tri thức để giải vấn đề 31 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Cấu trúc chung chương trình trí tuệ nhân tạo Nếu xét theo quan niệm biểu diễn tri thức mà ta vừa bàn luận sở tri thức dạng liệu đặc biệt động suy diễn dạng thuật tốn đặc biệt mà thơi Tuy vậy, nói rằng, sở tri thức động suy diễn bước tiến hóa liệu thuật tốn chương trình! Bạn hình dung động suy diễn giống loại động tổng quát, chuẩn hóa dùng để vận hành nhiều loại xe máy khác sở tri thức loại nhiên liệu đặc biệt để vận hành loại động ! 32 LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Cấu trúc chung chương trình trí tuệ nhân tạo Cơ sở tri thức gặp phải vấn đề tương tự sở liệu khác trùng lắp, thừa, mâu thuẫn Khi xây dựng sở tri thức, ta phải ý đến yếu tố Như vậy, bên cạnh vấn đề biểu diễn tri thức, ta phải đề phương pháp để loại bỏ tri thức trùng lắp, thừa mâu thuẫn Những thao tác thực trình ghi nhận tri thức vào hệ thống Chúng ta đề cập đến phương pháp phần tìm hiểu luật dẫn 33 Câu hỏi https://sites.google.com/site/daonamanhedu/teaching/ artificial-intelligence 34 ... vực trí tuệ nhân tạo Năng lực máy tính ngày mạnh mẽ điều kiện thuận lợi cho trí tuệ nhân tạo Điều cho phép chương trình máy tính áp dụng thuật giải trí tuệ nhân tạo có khả phản ứng nhanh hiệu... ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH Bài tốn Q trình giải thực cách xét luật sau, luật thỏa mãn áp dụng Lúc này, luật "kinh nghiệm" hay tri thức mà ta chuyển giao cho máy tính Sau áp... thức Xây dựng trí tuệ nhân tạo tìm cách biểu diễn tri thức, tìm cách vận dụng tri thức để giải vấn đề tìm cách bổ sung tri thức cách "phát hiện" tri thức từ thơng tin7 sẵn có (máy học) THƠNG