XÂY DỰNG hệ CHUYÊN GIA TIẾP sức mùa THI

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  TIỂU LUẬN TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ TRI THỨC CÔNG NGHỆ TRI THỨC Đề tài: XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA “TIẾP SỨC MÙA THI” “TIẾP SỨC MÙA THI” Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS. Phan Huy Khánh Nhóm học viên : Bạch Ngọc Dương Nguyễn Hữu Thị Mỹ Linh Hoàng Anh Sơn Lớp : Cao học - Khóa 11 Đà Nẵng, tháng 04 năm 2010 MỤC LỤC TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4 I. Đặt vấn đề 4 II. Đối tượng của đề tài 4 III. Mục đích 4 IV. Mục tiêu 4 VI. Kết quả dự kiến 5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 I. Hệ chuyên gia 6 I.1. Khái niệm 6 I.2. Hoạt động của một hệ chuyên gia 6 I.3. Kiến trúc của hệ chuyên gia 7 I.4. Biểu diễn tri thức trong hệ chuyên gia 8 II. Ngôn ngữ lập trình Prolog 8 II.1 Một số khái niệm 8 II.2. Các tính chất của Prolog 8 II.3. Sự kiện và luật 9 II.3.1. Sự kiện 9 II.3.2. Luật 9 PHÁT BIỂU VÀ BIỂU DIỄN BÀI TOÁN 10 I. Chọn bài toán 10 I.1. Khảo sát thực tế 10 I.2. Nội dung thực hiện được trong hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” 10 II. Các bước phát triển hệ chuyên gia 10 II.1. Phát biểu bài toán 10 II.2. Đặc tả bài toán 11 II.2.1. Xác định các biến và hằng 11 II.2.2. Xây dựng vị từ 12 II.2.3. Xây dựng logic mệnh đề và logic vị từ 13 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 14 I. Đặt câu hỏi cho bài toán 14 Trường hợp 1 14 Trường hợp 2 14 Trường hợp 3 15 Trường hợp 4 16 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hoạt động của hệ chuyên gia 6 Hình 2: Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức 7 Hình 3: Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia 7 Hình 4: Quan hệ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức 8 Hình 5: Giao diện chính chương trình 14 Hình 6: Minh họa trường hợp 1 14 Hình 7:Minh họa trường hợp 2 15 Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” Hình 8: minh họa trường hợp 3 16 Hình 9: minh họa trường hợp 4 17 3 PHẦN I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I. Đặt vấn đề Trong bối cảnh các thi sinh từ các nơi tập trung về Thành Phố Đà Nẵng để dự thi đại học đặc biệt là cuối tháng năm và đầu tháng sáu hàng năm. Phần lớn các thí sinh từ các nơi khác đến không thông thuộc được đường đi ở Thành phố, dẫn đến khó khăn trong việc tìm đường đến được địa điểm thi mong muốn. Chương trình tiếp sức mùa thi được Đoàn thanh niên Đại học Đà Nẵng đề xuất nhằm giúp các thí sinh ở địa phương và thành phố khác có thể đi đến các địa điểm thi được chính xác và tối ưu. Nếu như trước đây, các tình nguyện viên sẽ phải tìm trên bản đồ, xem xét cách đi nào tối ưu nhất để chỉ dẫn cho các thí sinh, thì nay với hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” sẽ giúp cho các tình nguyện viên công việc này, hệ chuyên gia này sẽ giúp cho các thí sinh đến địa điểm đích một cách chính xác và với quãng đường đi ngắn nhất, và với thời gian xử lý ngắn hơn nhiều so với việc tìm kiếm thủ công trên bản đồ. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên chúng tôi quyết định chọn đề tài :“Xây dựng hệ chuyên gia tiếp sức mùa thi” II. Đối tượng của đề tài  Hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” sẽ làm các công việc là tìm đường đi tồn tại giữa điểm xuất phát và điểm đích, sau đó sẽ đưa ra con đường ngắn nhất từ địa điểm đến và địa điểm đích.  Các tình nguyện viên là các chuyên gia trước kia.  Người sử dụng là các thí sinh dự thi III. Mục đích Tìm hiểu quy trình thực tế “chương trình Tiếp Sức Mùa Thi” của Đại học Đà Nẵng. Từ đó phân tích, áp dụng Công nghệ thông tin để thiết kế, xây dựng một hệ chuyên gia nhằm mục đích hỗ trợ cho các tình nguyện viên thuận tiện trong việc hướng dẫn các thí sinh đến các địa điểm thi một cách nhanh chóng, với độ chính xác cao, tiết kiệm thời gian và nhân lực. IV. Mục tiêu  Thu thập dữ liệu chương trình Tiếp Sức Mùa Thi của Đại học Đà Nẵng.  Thu thập thông tin về các tuyến đường trong thành phố Đà Nẵng.  Xây dựng tập các sự kiện, cơ sở luật dựa trên các thông tin và dữ liệu thu thập được.  Xây dựng cơ sở dữ liệu tri thức cho hệ chuyên gia dựa trên các luật và sự kiện. Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”  Cài đặt các luật và sự kiện xây dựng được bằng ngôn ngữ Prolog. VI. Kết quả dự kiến  Cho phép thí sinh nhập tên địa điểm xuất phát.  Cho phép thí sinh nhập đường xuất phát.  Cho phép thí sinh nhập tên địa điểm dự thi (tên trường).  Cho phép thí sinh nhập địa chỉ của địa điểm dự thi.  Hệ chuyên gia đưa ra các lộ trình và hướng dẫn chi tiết cách đi. Bố cục trình bày:  Phần I: Tổng quan.  Phần II: Cơ sở lý thuyết.  Phần III: Phát biểu và đặc tả bài toán.  Phần IV: Xây dựng cơ sở dữ liệu tri thức và kết quả thực hiện. 5 PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Hệ chuyên gia I.1. Khái niệm Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính thông minh giải quyết các bài toán khó “tầm cỡ chuyên gia” thuộc lĩnh vực hẹp nào đó. I.2. Hoạt động của một hệ chuyên gia Một hệ chuyên gia bao gồm ba thành phần chính là cơ sở tri thức (knowledge base), máy suy diễn hay mô tơ suy diễn (inference engine), và hệ thống giao tiếp với người sử dụng (user interface). Cơ sở tri thức chứa các tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo ra câu trả lời cho người sử dụng thông qua hệ thống giao tiếp. Người sử dụng cung cấp sự kiện (fact) là những gì đã biết, đã có thật hay những thông tin có ích cho hệ chuyên gia, và nhận được những câu trả lời là những lời khuyên hay những gợi ý đúng đắn (expertise). Hoạt động của hệ chuyên gia dựa trên tri thức được minh họa như sau: Hình 1: Hoạt động của hệ chuyên gia Mỗi hệ chuyên gia chỉ đặc trưng cho một lĩnh vực vấn đề (problem domain) nào đó, như y học, tài chính, khoa học hay công nghệ ,… mà không phải cho bất cứ một lĩnh vực vấn đề nào. Tri thức chuyên gia để giải quyết một vấn đề đặc trưng được gọi là lĩnh vực tri thức Người sử dụng (User) Hệ thống giao tiếp (User Interface) Cơ sở tri thức (Knowledge Base) Máy suy diễn (Interface Engine) Lĩnh vực vấn đề (Problem Domain) Lĩnh vực tri thức (Knowledge Domain) Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” Hình 2: Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức I.3. Kiến trúc của hệ chuyên gia Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia: Hình 3: Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia  Cơ sở tri thức (Knowledge base). Gồm các phần tử (hay đơn vị) tri thức thông thường được gọi là luật (Rule), được tổ chức như một cơ sở dữ liệu.  Máy suy diễn (Inference Egine). Công cụ (chương trình, hay bộ xử lý) tạo ra sự suy lụân bằng cách sẽ quyết định xem những luật nào sẽ làm thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng, chọn ưu tiên các luật có tính ưu tiên cao nhất.  Lịch công việc (agenda). Danh sách các luật ưu tiên do máy suy diễn tạo ra thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng có mặt trong bộ nhớ làm việc.  Bộ nhớ làm việc (working memory). Cơ sở dữ liệu toàn cục chứa các sự kiện phục vụ cho các luậh.  Khả năng giải thích (explaination facility). Giải nghĩa cách lập luận của hệ thống cho người sử dụng.  Khả năng thu nhận tri thức (explaination facility). Cho phép người sử dụng bổ sung các tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống bằng cách mã hóa tri thức một cách tường minh. Khả năng thu nhận tri thức là yếu tố mặc nhiên của nhiều hệ chuyên gia.  Giao diện người sử dụng (User interface). Là nơi người sử dụng và hệ chuyên gia trao đổi với nhau. 7 Cơ sở trí thức Các luật Bộ nhớ làm việc Máy suy diễn Lịch công việc Khả năng giải thích Khả năng thu nhận tri thức Giao diện người sử dụng Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” Cơ sở tri thức còn được gọi là bộ nhớ sản xuất (production memory) trong hệ chuyên gia. Trong một cơ sở tri thức, người ta thường phân biệt hai loại tri thức là tri thức phán đoán (assertion knowledge) và tri thức thực hành (operating knowledge). Các tri thức phán đoán mô tả các tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập. Các tri thức thực hành thể hiện những hậu quả rút ra hay những thao tác cần phải hoàn thiện khi một tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập trong lĩnh vực đang xét. Các tri thức thực hành thường được thể hiện bởi các biểu thức để dễ hiểu và dễ triển khai thao tác đối với người sử dụng. Hình 4: Quan hệ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức Từ vệc phân biệt hai loại tri thức, người ta nói máy suy diễn là công cụ triển khai các cơ chế (hay kỹ thuật) tổng quát để tổ hợp các tri thức phán đoán và các tri thức thực hành. Hình trên đây mô tả quan hệ hữu cơ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức. I.4. Biểu diễn tri thức trong hệ chuyên gia Có rất nhiều phương pháp biểu diễn tri thức trong máy  Dùng luật sản xuất, hệ chuyên gia dựa trên các luật  Mạng ngữ nghĩa  Ngôn ngữ nhân tạo  Bộ OAV(Object Attributes Values)  Khung (Frame) II. Ngôn ngữ lập trình Prolog II.1 Một số khái niệm Prolog là một ngôn ngữ lập trình kí hiệu (Symbolic Programming Language) tương tự các ngôn ngữ lập trình hàm (Functional) hay phi số (non-nummerical). Prolog rất thích hợp để giải quyết các bài toàn liên quan đến các đối tượng (Object) và mối quan hệ (Relation) giữa chúng. Chương trình Prolog = các đối tượng dữ liệu và quan hệ giữa các đối tượng dữ liệu Hạng (Term) được xem là đối tượng dữ liệu Hạng và quan hệ giữa các hạng tạo thành mệnh đề Hạng gồm: Hạng sơ cấp, hạng phức hợp II.2. Các tính chất của Prolog  Ngôn ngữ thông dịch 8 Máy suy diễn Cơ sở tri thức Tri thức phán đoán Tri thức thực hành Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”  Ngôn ngữ biên dịch  Không có phép gán  Hợp nhất  Không có biến toàn cục  Không có vòng lặp  Đệ quy  Không có cấu trúc điều kiện  Quay lui  Nghĩa khai báo  Nghĩa thủ tục II.3. Sự kiện và luật Chương trình Prolog và tập hợp các sự kiện (event) và luật (rule) xử lí và mô tả quan hệ giữa các đối tượng II.3.1. Sự kiện Một sự kiện là một khẳng định một thực thể có một hoặc một vài tính chất Quy ước: P(A1, ,An). P: là tên của tính chất A1, ,An là các đối:  Nguyên tử (Atom)  Số (number)  Biến (variable)  Cấu trúc phức hợp (cây, danh sách, chuỗi ) II.3.2. Luật Gồm 2 phần:  Phần bên trái chỉ kết luận, được gọi là đầu (head) của luật.  Phần bên phải chỉ điều kiện, được gọi là thân của luật. Nếu có nhiều điều kiện thì chúng cách nhau bởi dấu phẩy 9 PHẦN III PHÁT BIỂU VÀ BIỂU DIỄN BÀI TOÁN I. Chọn bài toán I.1. Khảo sát thực tế Chương trình “Tiếp sức mùa thi” sẽ yêu cầu các tình nguyện viên làm các công việc như sau:  Giúp các thí sinh ở các nơi khác đến được địa điểm thi bằng cách hướng dẫn đường đi từ trạm “Tiếp sức mùa thi” đó đến địa điểm thi của thí sinh.  Nếu các thí sinh hỏi về các lĩnh vực khác về các thông tin về trường, về đường đi thì các tình nguyện viên tùy theo sự hiểu biết của mình mà cung cấp thông tin cho các thí sinh.  Ngoài ra, nếu các thí sinh có nhu cầu tìm chỗ ở, các tình nguyện viên sẽ xem xét trong danh sách các hộ dân cho các thí sinh ở trọ để đưa ra được chỗ trọ cho các thí sinh vừa gần chỗ thi và chi phí trọ tùy theo khả năng tài chính của thí sinh đó. I.2. Nội dung thực hiện được trong hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” Hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” chỉ giải quyết công việc chỉ dẫn đường cho các thí sinh đến các địa điểm mà thí sinh muốn đến. Thí sinh có thể hỏi cách đi từ trạm “Tiếp sức mùa thi” đến địa điểm thi của thí sinh, hoặc thí sinh sẽ hỏi cách đi từ trạm “Tiếp sức mùa thi” đến đường mà thí sinh muốn đến, hoặc cách đi từ một đường bất kỳ đến một đường khác mà thí sinh thắc mắc, hoặc cách đi từ một đường bất kỳ (có thể là nơi ở trọ của thí sinh) đển địa điểm thi của thí sinh. II. Các bước phát triển hệ chuyên gia II.1. Phát biểu bài toán  Một thí sinh đến địa điểm tư vấn yêu cầu chỉ đường đi đến địa điểm thi là trường Phan Châu Trinh hoặc một trường nào đó (Nguyễn Thị Hồng Gấm, Cao Đẳng Công Nghệ, ).  Trường Phan Châu Trinh có địa chỉ là số 10 đường Lê Lợi.  Trường Hoa Lư có địa chỉ là số 10 đường Phan Thanh.  Trường Đại học Bách Khoa có địa chỉ là số 54 Nguyễn Lương Bằng  Trường Cao Đẳng Công Nghệ có địa chỉ là số 48 Cao Thắng.  Trường Nguyễn Thị Hồng Gấm có địa chỉ là số 100 Trần Cao Vân.  Trường Trưng Vương có địa chỉ là số 80 Yên Bái.  Thí sinh xuất phát từ địa điểm ban đầu để tới đích.  Địa điểm xuất phát có thể là Bến Xe có địa chỉ là 124 Điện Biên Phủ  Địa điểm xuất phát có thể là Ga Đà Nẵng có địa chỉ 215 Hải Phòng [...].. .Xây dựng hệ chuyên gia Tiếp sức mùa thi  Thí sinh muốn đến địa điểm thi có thể qua đường đi trực tiếp hoặc qua đường trung gian  Tồn tại đường đi trực tiếp từ Điện Biên Phủ đến Lý Thái Tổ  Tồn tại đường đi trực tiếp từ Điện Biên Phủ đến Hà Huy Tập  Tồn tại đường đi trực tiếp từ Hà Huy Tập đến Trần Cao Vân  Tồn tại đường đi trực tiếp từ Lý Thái Tổ đến Hùng Vương  Tồn tại đường đi trực tiếp. .. P=2; Hình 9: minh họa trường hợp 4 KẾT LUẬN Chương trình hệ chuyên gia Tiếp sức mùa thi được xây dựng nhằm giúp cho các thí sinh dự thi có thể tìm được địa điểm thi mong muốn một cách nhanh chóng, chính xác, thay thế vai trò của các tình nguyện viên Tuy nhiên hệ chuyên gia vẫn có các ưu và nhược điểm Ưu điểm Đưa ra được các cách đi đến địa điểm thi theo địa chỉ hoặc theo tên trường, xuất phát từ bất... đích Y 12 Xây dựng hệ chuyên gia Tiếp sức mùa thi các đường P và tổng đường N phải đi để đến địa chỉ đích tại số nhà S đường D chứa địa điểm thi II.2.3 Xây dựng logic mệnh đề và logic vị từ 1) Nếu có đường đi trực tiếp giữa hai đường xuất phát và đường đích thì tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích ( X) ( Y) DUONGDITRUCTIEP(X,Y)  DUONGDI(X,Y) 2) Nếu không tồn tại đường đi trực tiếp từ... daihocbachkhoa Trường Đại Học Bách Khoa 2 nguyenthihonggam Trường Nguyễn Thị Hồng Gấm 3 hoalu Trường Hoa Lư 4 caodangcongnghe Trường Cao Đẳng Công Nghệ 5 trungvuong Trường Trưng Vương 6 phanchautrinh Trường Phan Châu Trinh 11 Xây dựng hệ chuyên gia Tiếp sức mùa thi 7 kimdong Trường Kim Đồng Hằng thể hiện tên đường STT Tên hằng Giải thích 1 dienbienphu Đường Điện Biên Phủ 2 nguyenluongbang Đường Nguyễn... đường hoặc địa điểm nào Nhược điểm Chưa tìm ra được cách đi tối ưu Đánh giá kiến thức Về mặt lý thuyết hiểu rõ về nội dung cơ bản môn học hệ chuyên gia và ngôn ngữ Prolog Về mặt thực tiễn nắm bắt quy trình xây dựng hệ chuyên gia Khả năng phát triển mở rộng vấn đề Xây dựng cách đi tối ưu từ các cách đi sẵn có Hỗ trợ cho các thí sinh chọn nhà trọ ... điểm thi thì xây dựng được lộ trình (dãy đường đi) đi từ đường xuất phát đến địa điểm thi  Nếu tồn tại đường đi từ đường xuất phát tới đường đích và đường đích phải chứa địa điểm có địa chỉ A thì xây dựng được lộ trình đi từ đường xuất phát đến địa điểm có địa chỉ A  Nếu tồn tại đường đi từ địa điểm A đến địa điểm B và đường xuất phát phải chứa địa điểm A, đường đích phải chứa địa điểm B thì xây dựng. .. phát đến đường đích và phải qua một đường đi trung gian thì tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích ( X) ( Y) ( Z) ¬ DUONGDITRUCTIEP(X,Z) ^ DUONGDITRUCTIEP(Z,Y)  DUONGDI(X,Y) 3) Nếu tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích và đường đích chứa địa điểm thi Y thì xây dựng được lộ trình (dãy đường đi) đi từ đường xuất phát đến địa điểm thi ( ∀Y ) ( X) ( Z) ( T) DUONGDI(X,Z) ^ DIADIEM(Y,T,Z)... đường xuất phát X đến địa chỉ tại số nhà Z đường Y địa chỉ đích thì xây dựng được lộ trình đi từ đường xuất phát X tới địa chỉ tại số nhà Z đường Y ( ∀X ) ( ∀Y ) ( T) ( Z) ( T) ( S) DUONGDI(X,Y) ^ DIADIEM(_,Z,Y) LOTRINH_DUONG_DIACHI(X,[Z,Y],P,N) 13 PHẦN IV KẾT QUẢ THỰC HIỆN I Đặt câu hỏi cho bài toán Giao diện của chương trình Hình 5: Giao diện chính chương trình Trường hợp 1 Dữ liệu đầu vào: Đường xuất... đích phải chứa địa điểm có địa chỉ B thì xây dựng được lộ trình đi từ địa điểm A tới địa điểm có địa chỉ B II.2 Đặc tả bài toán II.2.1 Xác định các biến và hằng Các hằng trong bài toán thể hiện các đối tượng là tên đường, tên trường, số địa chỉ của địa điểm thi Hằng thể hiện tên trường STT Tên hằng Giải thích 1 daihocbachkhoa Trường Đại Học Bách Khoa 2 nguyenthihonggam Trường Nguyễn Thị Hồng Gấm 3 hoalu... chứa địa điểm X, đường đích phải chứa địa điểm Y thì xây dựng được lộ trình đi từ địa điểm X tới địa điểm Y ( ∀X ) ( ∀Y ) ( T) ( Z) ( T) ( K) DIADIEM(X,T,Z) ^ DIADIEM(Y,H,K) ^ DUONGDI(Z,H) LOTRINH_DIADIEM_DIADIEM(X,Y,P,N) 5) Nếu tồn tại đường đi từ địa điểm X đến địa chỉ tại số nhà Z đường Y và đường xuất phát phải chứa địa điểm X, địa chỉ đích thì xây dựng được lộ trình đi từ địa điểm X tới địa chỉ Y . NGHỆ THÔNG TIN  TIỂU LUẬN TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ TRI THỨC CÔNG NGHỆ TRI THỨC Đề tài: XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA “TIẾP SỨC MÙA THI . (Knowledge Domain) Xây dựng hệ chuyên gia Tiếp sức mùa thi Hình 2: Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức I.3. Kiến trúc của hệ chuyên gia Những thành