ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG TIỂU LUẬN GVHD : PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN Học viên: Vũ Đăng Khôi (CH1101017 – Cao học CNTT K6) Tháng 01/2013 LỜI CÁM ƠN Em xin chân thành cám ơn PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn về những tri thức và những kinh nghiệm quý báu mà thầy đã truyền đạt lại cho lớp trong phạm vi môn học Biểu diễn tri thức và ứng dụng thuộc chương trình đào tạo cao học ngành Công nghệ thông tin tại trường Đại học Công nghệ thông tin – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả cũng xin cám ơn các anh, chị và các bạn trong lớp cao học Công nghệ thông tin khóa 6/2011 về những ý kiến đóng góp trong quá trình học tập và trao đổi trên lớp và trên diễn đàn. Với khả năng và thời gian có hạn, tiểu luận chắc chắn còn có những thiếu sót nhất định, kính mong thầy và các anh chị góp ý để tác giả có điều kiện hoàn thiện hơn. TP. Hồ Chí Minh, 01/2013 Học viên thực hiện Vũ Đăng Khôi NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ii PHẦN I. DẪN NHẬP 1 PHẦN II. NỘI DUNG 3 1. TỔNG QUAN VỀ TRI THỨC VÀ BIỂU DIỄN TRI THỨC 3 1.1. Tri thức 3 1.2. Biểu diễn tri thức 4 1.2.1. Bộ ba Đối tượng – Thuộc tính – Giá trị (Object-Attribute-Value) 4 1.2.2. Các luật dẫn (Rules) 5 1.2.3. Mạng ngữ nghĩa (Semantic Networks) 5 1.2.4. Khung (Frames) 5 1.2.5. Logic 6 1.2.6. Mô hình một đối tượng tính toán (C-Object) 6 1.2.7. Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán (COKB) 7 2. MÔ HÌNH TRI THỨC DẠNG HÀM 8 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TRI THỨC DẠNG HÀM ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN RÚT GỌN BIỂU THỨC LƯỢNG GIÁC 9 3.1. Phát biểu bài toán 9 3.2. Giải quyết bài toán 10 3.2.1. Chuẩn bị cơ sở tri thức 10 3.2.2. Thuật giải suy diễn tiến 10 3.2.3. Thuật giải suy diễn tiến với Heuristics 10 3.2.4. Xây dựng các thủ tục xử lý trên biểu thức 15 3.3. Chương trình minh họa 16 PHẦN III. KẾT LUẬN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 Biểu diễn tri thức và ứng dụng - i - GVHD: PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn H ọc viên: Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 LỜI NÓI ĐẦU Biểu diễn tri thức và ứng dụng là một môn học bắt buộc thuộc chương trình đào tạo cao học ngành Công nghệ thông tin tại trường Đại học Công nghệ thông tin – Đại học Quốc gia TP. HCM. Ngoài các buổi học được giảng viên truyền đạt trực tiếp trên lớp, các học viên được giao tìm hiểu các chủ đề liên quan đến môn học để thấu hiểu sâu sắc từng vấn đề đó và trình bày lại những hiểu biết thông qua một bài tiểu luận. Qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, em đã đúc kết lại những vấn đề cơ bản, quan trọng nhất của vấn đề nghiên cứu và trình bày lại trong bài tiểu luận này với chủ đề “Xây dựng mô hình biểu diễn tri thức dạng hàm và áp dụng vào bài toán rút gọn biểu thức lượng giác”. Tài liệu tham khảo chính của bài viết là tập tài liệu bài giảng môn Biểu diễn tri thức và ứng dụng của PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn, giảng viên phụ trách môn học này. Ngoài ra, bài viết cũng tham khảo thêm một số tài liệu khác có liên quan đến chủ đề báo cáo được liệt kê ở phần tài liệu tham khảo. Biểu diễn tri thức và ứng dụng - ii - GVHD: PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn H ọc viên: Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1. Biểu diễn tri thức bằng mạng ngữ nghĩa 5 Hình 2. Biểu diễn tri thức bằng frame 5 Hình 3. Giao diện chương trình minh họa Rút gọn biểu thức lượng giác 17 Hình 4. Giao diện chương trình minh họa – Cập nhật cơ sở tri thức 18 Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 1 - GVHD: PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn H ọc viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 PHẦN I. DẪN NHẬP Sự khác biệt giữa các hệ cơ sở tri thức và các chương trình truyền thống nằm ở cấu trúc. Trong các chương trình truyền thống, cách thức xử lý hay hành vi của chương trình đã được ấn định sẵn qua các dòng lệnh của chương trình dựa trên một thuật giải đã định sẵn. Trong các hệ cơ sở tri thức, có hai chức năng tách biệt nhau, trường hợp đơn giản có hai khối: khối tri thức hay còn được gọi là cơ sở tri thức và khối điều khiển hay còn được gọi là động cơ suy diễn. Với các hệ thống phức tạp, bản thân động cơ suy diễn cũng có thể là một hệ cơ sở tri thức chứa các siêu tri thức (tri thức về cách sử dụng tri thức khác). Việc tách biệt tri thức khỏi các cơ chế điều khiển giúp ta dễ dàng thêm vào các tri thức mới trong tiến trình phát triển một hệ thống. Đây là điểm tương tự của động cơ suy diễn trong một hệ cơ sở tri thức và não bộ con người (điều khiển xử lý), là không đổi cho dù hành vi của cá nhân có thay đổi theo kinh nghiệm và kiến thức mới nhận được. Giả sử một chuyên gia dùng các chương trình truyền thống để hỗ trợ công việc hàng ngày, sự thay đổi hành vi của chương trình yêu cầu họ phải biết cách cài đặt chương trình. Nói cách khác, chuyên gia phải là một lập trình viên chuyên nghiệp. Hạn chế này được giải quyết khi các chuyên gia tiếp cận sử dụng các hệ cơ sở tri thức. Trong các hệ cơ sở tri thức, tri thức được biểu diễn tường minh chứ không nằm ẩn như trong các chương trình truyền thống. Do vậy, có thể thay đổi các cơ sở tri thức, sau đó các động cơ suy diễn sẽ làm việc trên các tri thức mới được cập nhật nhằm thực hiện yêu cầu mới của chuyên gia. Đối với các hệ giải quyết vấn đề dựa trên tri thức như các hệ chuyên gia, các hệ giải toán tự động hay bán tự động thì việc biểu diễn tri thức và chiến lược tìm kiếm đóng vai trò quyết định trong quá trình xây dựng và cài đặt hệ thống. Như vậy, việc nghiên cứu và phát triển các mô hình biểu diễn tri thức và suy diễn tự động trên tri thức giữ một vị trí rất quan trọng trong khoa học máy tính cũng như trong Trí tuệ Nhân tạo. Các kết quả nghiên cứu về biểu diễn tri thức và suy luận tự động dựa trên tri thức sẽ là cơ sở và là công cụ cho việc xây dựng các hệ chuyên gia, các hệ giải toán dựa trên tri thức và các hệ cơ sở tri thức. Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 2 - GVHD: PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn H ọc viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 Tri thức dạng hàm và tính toán hàm là những tri thức khá phổ biến, đặc biệt là trong toán học. Tri thức dạng hàm và tính toán hàm xuất hiện trong các bài toán tính toán phổ thông cũng như đại học. Tiểu luận sẽ đề xuất và phát triển một mô hình tri thức dạng hàm, các kỹ thuật suy luận tự động để giải các dạng bài toán tổng quát trên mô hình và áp dụng vào bài toán cụ thể là rút gọn biểu thức lượng giác. Cách tiếp cận để giải quyết mục tiêu đề ra là kết hợp có phát triển các phương pháp biểu diễn tri thức đã biết và tích hợp vào một số phần mềm toán học phổ biến (như Maple, Mathematica) và giao diện ứng dụng được thiết kế dựa trên môi trường web tương tác (sử dụng ngôn ngữ lập trình php. Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 3 - GVHD: PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn H ọc viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 PHẦN II. NỘI DUNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRI THỨC VÀ BIỂU DIỄN TRI THỨC 1.1. Tri thức Tri thức là sự hiểu biết về một lĩnh vực nào đó. Một số dạng tri thức được biết đến là: [4]  Tri thức thủ tục – procedured knowledge. Mô tả cách thức giải quyết một vấn đề. Loại tri thức này đưa ra giải pháp để thực hiện một công việc nào đó. Các dạng tri thức thủ tục tiêu biểu là các luật, chiến lược, lịch trình và thủ tục.  Tri thức khai báo – declared knowledge. Cho biết một vấn đề được thấy như thế nào. Loại tri thức này bao gồm các phát biểu đơn giản, dưới dạng các khẳng định logic đúng hoặc sai. Tri thức khai báo cũng có thể là một danh sách các khẳng định nhằm mô tả đầy đủ hơn về đối tượng hay một khái niệm nào đó.  Siêu tri thức - metaknowledge. Mô tả tri thức về tri thức. Loại tri thức này giúp lựa chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề. Các chuyên gia sử dụng tri thức này để điều chỉnh hiệu quả giải quyết vấn đề bằng cách hướng các lập luận về miền tri thức có khả năng cao hơn.  Tri thức heuristic – heuristic knowledge. Mô tả các “mẹo” để dẫn dắt tiến trình lập luận. Tri thức heuristic còn gọi là tri thức nông cạn do không đảm bảo hoàn toàn chính xác về kết quả giải quyết vấn đề. Các chuyên gia thường dùng các tri thức khoa học như sự kiện, luật, … sau đó chuyển chúng thành các tri thức heuristic để thuận tiện hơn trong việc giải quyết một số bài toán.  Tri thức có cấu trúc – structured knowledge. Mô tả tri thức theo cấu trúc. Loại tri thức này mô tả mô hình tổng quan hệ thống theo quan điểm của chuyên gia, bao gồm khái niệm, khái niệm con và các đối tượng; diễn tả chức năng và mối liên hệ giữa các tri thức dựa theo cấu trúc xác định. Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 4 - GVHD: PGS. TS. Đỗ Văn Nhơn H ọc viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 Ngoài các dạng tri thức được đề cập ở trên, người ta còn phân tri thức thành 2 loại: • Tri thức tường minh – explicit knowledge. Diễn đạt bằng ngôn ngữ hình thức, dễ trao đổi giữa các cá nhân. Có thể biểu diễn bằng các công thức khoa học, các thủ tục tường minh, hoặc nhiều cách khác. Bao gồm thông tin, dữ liệu, sách báo, văn bản, tài liệu đã được hệ thống bằng nhiều phương tiện. Tri thức tường minh được đặc trưng bởi các cách tiếp cận lý thuyết, các cách giải quyết vấn đề, tài liệu, cơ sở dữ liệu, cơ sở tri thức. • Tri thức ngầm – tacit knowledge. Có được và ẩn chứa trong kinh nghiệm của từng cá nhân, mang tính chủ quan, bao gồm những hiểu biết riêng thấu đáo, trực giác, linh cảm, kỹ năng, Khó trao đổi hoặc chia sẻ với người khác. Chỉ có thể học được từ người khác nhờ quan hê gần gũi trong một khoảng thời gian nào đó. Tri thức ngầm liên quan đến nhận thức như niềm tin, quan niệm, trực giác, mô hình ẩn dụ, … và kỹ thuật như các ngón nghề (craft), các bí quyết (know- how). 1.2. Biểu diễn tri thức Biểu diễn tri thức (Kowledge Representation) là phương pháp cho phép mã hóa tri thức trong cơ sở tri thức của hệ thống. Biểu diễn tri thức là một vấn đề được quan tâm trong cả khoa học nhận thức lẫn trí tuệ nhân tạo. Trong khoa học nhận thức, người ta quan tâm đến cách thức lưu trữ và xử lý thông tin. Còn trong trí tuệ nhân tạo, mục tiêu chính là lưu trữ tri thức sao cho các chương trình có thể xử lý chúng và đạt được sự thông minh như con người. Các nhà nghiên cứu trí tuệ nhân tạo đã mượn các lý thuyết về biểu diễn thông tin từ khoa học nhận thức. Một số kỹ thuật biểu diễn tri thức được biết đến là: [4] 1.2.1. Bộ ba Đối tượng – Thuộc tính – Giá trị (Object-Attribute-Value) Ví dụ: Đối tượng Thuộc tính Giá trị Ghế màu Nâu [...]... cả các công thức lượng giác) {(a+b)2 = a2 + 2ab + b2, a2 – b2 = (a+b)(a-b), (hằng đẳng thức) }} 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TRI THỨC DẠNG HÀM ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN RÚT GỌN BIỂU THỨC LƯỢNG GIÁC 3.1 Phát biểu bài toán Giả sử có biểu thức exp Rút gọn biểu thức exp: Có thể biến đổi biểu thức exp thành một biểu thức expnew mà expnew gọn hơn exp không? Định nghĩa: Một biểu thức exp1 được gọi là gọn hơn biểu thức exp2 nếu... khóa 6/2011 Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 20 - GVHD: PGS TS Đỗ Văn Nhơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Nhơn (2001) Xây dựng hệ tính toán thông minh: Xây dựng và phát tri n các mô hình biểu diễn tri thức cho các hệ giải toán tự động Luận án tiến sĩ toán học [2] Đỗ Văn Nhơn (2012) Bài giảng môn học: Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trường ĐH CNTT TP HCM [3] Hoàng Kiếm (2004) Bài giảng logic ứng dụng trong... hệ thức tính toán với những qui luật nhất định, các liên hệ đa dạng bao gồm cả định tính lẫn định lượng, các luật dẫn và các heuristic, v.v Một cách tiếp cận khác được sử dụng là kết hợp các phương pháp biểu diễn tri thức đã có với những phát tri n nhất định để tạo ra một số mô hình biểu diễn tri thức mới với phạm vi tri thức bao gồm nhiều dạng kiến thức đa dạng hơn, và như thế các mô hình biểu diễn. .. họa Rút gọn biểu thức lượng giác Học viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 18 - GVHD: PGS TS Đỗ Văn Nhơn Hình 4 Giao diện chương trình minh họa – Cập nhật cơ sở tri thức Học viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 Biểu diễn tri thức và ứng dụng - 19 - GVHD: PGS TS Đỗ Văn Nhơn PHẦN III KẾT LUẬN Có nhiều phương pháp biểu diễn tri thức khác nhau Mỗi phương pháp... gồm các khái niệm và các loại đối tượng khác nhau với những mối quan hệ hữu cơ 1.2.7 Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán (COKB) Mô hình này được đề xuất bởi Đỗ Văn Nhơn trong công trình luận án tiến sĩ toán học: Xây dựng hệ tính toán thông minh: Xây dựng và phát tri n các mô hình biểu diễn tri thức cho các hệ giải toán tự động” Trong mô hình này, ngoài những quan hệ tính toán còn có nhiều... luận dựa trên tri thức dạng hàm Nội dung bài tiểu luận không nằm ngoài phạm vi môn học Biểu diễn tri thức và ứng dụng , nhằm củng cố phần lý thuyết được học và cài đặt minh họa một kỹ thuật biểu diễn tri thức cụ thể là tri thức dạng hàm nên còn có nhiều hạn chế nhất định cần được phát tri n thêm để tiến tới xây dựng và hoàn thiện một hệ thống giải toán tự động dựa trên tri thức Học viên:Vũ Đăng Khôi... diễn tri thức này có thể được sử dụng như là cơ sở và là công cụ cho việc thiết kế cơ sở tri thức, bộ phận suy luận giải toán tự động cũng như thiết kế phần giao diện của chương trình 1.2.6 Mô hình một đối tượng tính toán (C-Object) Mô hình này được đề xuất bởi Đỗ Văn Nhơn trong công trình luận án tiến sĩ toán học: Xây dựng hệ tính toán thông minh: Xây dựng và phát tri n các mô hình biểu diễn tri thức. .. điểm và hạn chế nhất định Mỗi phương pháp thích hợp với từng lĩnh vực chuyên môn cụ thể, phục vụ cho việc giải quyết một lớp bài toán đặc trưng nhất định Bài tiểu luận đã trình bày một cách cô đọng một số phương pháp biểu diễn tri thức phổ biến và giới thiệu một phương pháp biểu diễn tri thức dạng hàm Bài viết cũng giới thiệu một chương trình nhỏ để minh họa cách biểu diễn và lập luận dựa trên tri thức. .. kế các mô un giải toán và trợ giúp giải toán trong các hệ giải toán thông minh 2 MÔ HÌNH TRI THỨC DẠNG HÀM Một mô hình tri thức dạng hàm có thể được mô hình hóa bởi bộ: (Predicate, Facts, Rules) trong đó: −Predicate là tập hợp chứa các định nghĩa danh mục các hàm, gồm: o Tên hàm, o Các đối và kiểu đối của hàm, o Kiểu kết quả của hàm −Facts là tập hợp các giá trị đặc biệt của các hàm đã được định nghĩa... (với bộ công thức đang dùng, không thể áp dụng được công thức nào nữa) Lặp lại từ bước 1 đến bước 5 cho đến khi biểu thức exp được rút gọn Ví dụ: Rút gọn biểu thức: exp = sin[x]cos[x](1+tan[x])(1+cot[x]) Bước 1: Ta có biểu thức exp “thích hợp” với bộ công thức fHệThứcCơBảnSangSinCos nhất, với: fHệThứcCơBảnSangSinCos = Học viên:Vũ Đăng Khôi Cao học CNTT khóa 6/2011 Biểu diễn tri thức và ứng dụng GVHD: . Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán (COKB) 7 2. MÔ HÌNH TRI THỨC DẠNG HÀM 8 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TRI THỨC DẠNG HÀM ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN RÚT GỌN BIỂU THỨC LƯỢNG GIÁC 9 3.1. Phát biểu. cứu và trình bày lại trong bài tiểu luận này với chủ đề Xây dựng mô hình biểu diễn tri thức dạng hàm và áp dụng vào bài toán rút gọn biểu thức lượng giác . Tài liệu tham khảo chính của bài. xuất và phát tri n một mô hình tri thức dạng hàm, các kỹ thuật suy luận tự động để giải các dạng bài toán tổng quát trên mô hình và áp dụng vào bài toán cụ thể là rút gọn biểu thức lượng giác.