Khái niệm
Phƣơng pháp biểu diễn tri thức bằng luật sinh đƣợc phát minh bởi Newell và Simon trong lúc hai ơng đang cố gắng xây dựng một hệ giải bài tốn tổng quát. Đây là một kiểu biểu diễn tri thức cĩ cấu trúc. Ý tƣởng cơ bản là tri thức cĩ thể đƣợc cấu trúc bằng một cặp
điều kiện – hành động : "NẾU điều kiện xảy ra THÌ hành động sẽ đƣợc thi hành". Chẳng hạn : NẾU đèn giao thơng là đỏ THÌ bạn khơng đƣợc đi thẳng, NẾU máy tính đã mở mà khơng khởi động đƣợc THÌ kiểm tra nguồn điện, …
Ngày nay, các luật sinh đã trở nên phổ biến và đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống trí tuệ nhân tạo khác nhau. Luật sinh cĩ thể là một cơng cụ mơ tả để giải quyết các vấn đề thực tế thay cho các kiểu phân tích vấn đề truyền thống. Trong trƣờng hợp này, các luật đƣợc dùng nhƣ là những chỉ dẫn (tuy cĩ thể khơng hồn chỉnh) nhƣng rất hữu ích để trợ giúp cho các quyết định trong quá trình tìm kiếm, từ đĩ làm giảm khơng gian tìm kiếm. Một ví dụ khác là luật sinh cĩ thể đƣợc dùng để bắt chƣớc hành vi của những chuyên gia. Theo cách này, luật sinh khơng chỉ đơn thuần là một kiểu biểu diễn tri thức trong máy tính mà là một kiểu biễu diễn các hành vi của con ngƣời.
Một cách tổng quát luật sinh cĩ dạng nhƣ sau :
Tùy vào các vấn đề đang quan tâm mà luật sinh cĩ những ngữ nghĩa hay cấu tạo khác nhau :
Trong logic vị từ : P1, P2, ..., Pn, Q là những biểu thức logic. Trong ngơn ngữ lập trình, mỗi một luật sinh là một câu lệnh. IF (P1 AND P2 AND .. AND Pn) THEN Q.
Trong lý thuyết hiểu ngơn ngữ tự nhiên, mỗi luật sinh là một phép dịch : ONE → một.
TWO → hai.
JANUARY → tháng một
Nguyễn Thị Ngọc Thanh_CH1101132 Page 30 of 77 Ví dụ : Cho 1 cơ sở tri thức đƣợc xác định nhƣ sau :
Các sự kiện : A, B, C, D, E, F, G, H, K Tập các quy tắc hay luật sinh (rule)
Cơ chế suy luận trên các luật sinh
Suy diễn tiến : là quá trình suy luận xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, xác định các sự kiện cĩ thể đƣợc "sinh" ra từ sự kiện này.
Nguyễn Thị Ngọc Thanh_CH1101132 Page 31 of 77
Suy diễn lùi : là quá trình suy luận ngƣợc xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, ta tìm kiếm các sự kiện đã "sinh" ra sự kiện này. Một ví dụ thƣờng gặp trong thực tế là xuất phát từ các tình trạng của máy tính, chẩn đốn xem máy tính đã bị hỏng hĩc ở đâu.
Ví dụ : Tập các sự kiện : Ổ cứng là "hỏng" hay "hoạt động bình thƣờng" Hỏng màn hình. Lỏng cáp màn hình. Tình trạng đèn ổ cứng là "tắt" hoặc "sáng" Cĩ âm thanh đọc ổ cứng. Tình trạng đèn màn hình "xanh" hoặc "chớp đỏ" Khơng sử dụng đƣợc máy tính.
Điện vào máy tính "cĩ" hay "khơng" Tập các luật :
R1. Nếu ( (ổ cứng "hỏng") hoặc (cáp màn hình "lỏng")) thì khơng sử dụng đƣợc máy tính.
R2. Nếu (điện vào máy là "cĩ") và ( (âm thanh đọc ổ cứng là "khơng") hoặc tình trạng đèn ổ cứng là "tắt")) thì (ổ cứng "hỏng").
R3. Nếu (điện vào máy là "cĩ") và (tình trạng đèn màn hình là "chớp đỏ") thì (cáp màn hình "lỏng").
Để xác định đƣợc các nguyên nhân gây ra sự kiện "khơng sử dụng đƣợc máy tính", ta phải xây dựng một cấu trúc đồ thị gọi là đồ thị AND/OR nhƣ sau :
Nguyễn Thị Ngọc Thanh_CH1101132 Page 32 of 77 Nhƣ vậy là để xác định đƣợc nguyên nhân gây ra hỏng hĩc là do ổ cứng hỏng hay cáp màn hình lỏng, hệ thống phải lần lƣợt đi vào các nhánh để kiểm tra các điều kiện nhƣ điện vào máy "cĩ", âm thanh ổ cứng "khơng"…Tại một bƣớc, nếu giá trị cần xác định khơng thể đƣợc suy ra từ bất kỳ một luật nào, hệ thống sẽ yêu cầu ngƣời dùng trực tiếp nhập vào. Chẳng hạn nhƣ để biết máy tính cĩ điện khơng, hệ thống sẽ hiện ra màn hình câu hỏi "Bạn kiểm tra xem cĩ điện vào máy tính khơng (kiểm tra đèn nguồn)? (C/K)". Để thực hiện đƣợc cơ chế suy luận lùi, ngƣời ta thƣờng sử dụng ngăn xếp (để ghi nhận lại những nhánh chƣa kiểm tra).
Vấn đề tối ƣu luật
Tập các luật trong một cơ sở tri thức rất cĩ khả năng thừa, trùng lắp hoặc mâu thuẫn. Dĩ nhiên là hệ thống cĩ thể đổ lỗi cho ngƣời dùng về việc đƣa vào hệ thống những tri thức
nhƣ vậy. Tuy việc tối ƣu một cơ sở tri thức về mặt tổng quát là một thao tác khĩ (vì giữa các tri thức thƣờng cĩ quan hệ khơng tƣờng minh), nhƣng trong giới hạn cơ sở tri thức dƣới dạng luật, ta vẫn cĩ một số thuật tốn đơn giản để loại bỏ các vấn đề này.
Nguyễn Thị Ngọc Thanh_CH1101132 Page 33 of 77
Rút gọn bên phải
Quy tắc rút gọn : Cĩ thể loại bỏ những sự kiện bên vế phải nếu những sự kiện đĩ đã xuất
hiện bên vế trái. Nếu sau khi rút gọn mà vế phải trở thành rỗng thì luật đĩ là luật hiển nhiên. Ta cĩ thể loại bỏ các luật hiển nhiên ra khỏi tri thức.
Rút gọn bên trái
Xét các luật :
(L1) A, B → C (L2) A → X (L3) X → C
Rõ ràng là luật A, B → C cĩ thể đƣợc thay thế bằng luật A → C mà khơng làm ảnh hƣởng đến các kết luận trong mọi trƣờng hợp. Ta nĩi rằng sự kiện B trong luật (1) là dƣ thừa và cĩ thể đƣợc loại bỏ khỏi luật dẫn trên.
Phân rã và kết hợp luật
Tƣơng đƣơng với hai luật A → C
B → C
Với quy tắc này, ta cĩ thể loại bỏ hồn tồn các luật cĩ phép nối HOẶC. Các luật cĩ phép nối này thƣờng làm cho thao tác xử lý trở nên phức tạp.
Luật thừa
Nguyễn Thị Ngọc Thanh_CH1101132 Page 34 of 77 Ví dụ : trong tập các luật gồm {A → B, B → C, A → C} thì luật thứ 3 là luật thừa vì nĩ cĩ thể đƣợc suy ra từ 2 luật cịn lại.
Thuật tốn tối ƣu tập luật dẫn
Thuật tốn này sẽ tối ƣu hĩa tập luật đã cho bằng cách loại đi các luật cĩ phép nối HOẶC, các luật hiển nhiên hoặc các luật thừa.
Nguyễn Thị Ngọc Thanh_CH1101132 Page 35 of 77
Ƣu điểm và nhƣợc điểm của biểu diễn tri thức bằng luật
Ƣu điểm
Biểu diễn tri thức bằng luật đặc biệt hữu hiệu trong những tình huống hệ thống cần đƣa ra những hành động dựa vào những sự kiện cĩ thể quan sát đƣợc. Nĩ cĩ những ƣu điểm chính yếu sau đây :
Các luật rất dễ hiểu nên cĩ thể dễ dàng dùng để trao đổi với ngƣời dùng (vì nĩ là một trong những dạng tự nhiên của ngơn ngữ).
Cĩ thể dễ dàng xây dựng đƣợc cơ chế suy luận và giải thích từ các luật. Việc hiệu chỉnh và bảo trì hệ thống là tƣơng đối dễ dàng.
Cĩ thể cải tiến dễ dàng để tích hợp các luật mờ. Các luật thƣờng ít phụ thuộc vào nhau.
Nhƣợc điểm
Các tri thức phức tạp đơi lúc địi hỏi quá nhiều (hàng ngàn) luật sinh. Điều này sẽ làm nảy sinh nhiều vấn đề liên quan đến tốc độ lẫn quản trị hệ thống.
Thống kê cho thấy, ngƣời xây dựng hệ thống trí tuệ nhân tạo thích sử dụng luật sinh hơn tất cả phƣơng pháp khác (dễ hiểu, dễ cài đặt) nên họ thƣờng tìm mọi cách để biểu diễn tri thức bằng luật sinh cho dù cĩ phƣơng pháp khác thích hợp hơn! Đây là nhƣợc điểm mang tính chủ quan của con ngƣời.
Cơ sở tri thức luật sinh lớn sẽ làm giới hạn khả năng tìm kiếm của chƣơng trình điều khiển. Nhiều hệ thống gặp khĩ khăn trong việc đánh giá các hệ dựa trên luật sinh cũng nhƣ gặp khĩ khăn khi suy luận trên luật sinh.