ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN _____  _____ BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC BIỂU DIỄN TRI THỨC & ỨNG DỤNG Đề tài: BIỂU DIỄN TRI THỨC TRÊN MÔ HÌNH COKB VÀ ỨNG DỤNG Giao viên hướng dẫn : PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Học viên thực hiện: 1. Nguyễn Mai Thương CH1101124 2. Nguyễn Thị Thu Thủy CH1101142 Năm 2013 TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2013 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : TRI THỨC VÀ CƠ SỞ BIỂU DIỄN TRI THỨC 8 1.1 Tri thức là gì? 8 1.2 Phân loại tri thức 9 1.3 Hệ cơ sở tri thức 11 1.4 Các phương pháp biểu diễn tri thức cơ bản 12 CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN23 2.1 Giới thiệu: 23 2.2 Mô hình tri thức COKB: 23 2.2.1 Tập hợp C: các khái niệm về C-object 23 2.2.2 Tập H: các quan hệ phân cấp giữa các đối tượng 24 2.2.3 Tập R: các loại quan hệ trên các đối tượng 24 2.2.4 Tập hợp Ops: các toán tử 24 2.2.5 Tập hợp Funcs: các tập hợp hàm 24 2.2.6 Tập hợp Rules: các luật được phân lớp 24 2.3 Cách tổ chức cơ sở tri thức về các C-OBJECT 26 2.3.1 Các thành phần 26 2.3.2 Cấu trúc của các tập tin lưu trữ 27 CHƯƠNG 3 : DEMO GIẢI CÁC BÀI TOÁN ĐIỆN HỌC LÝ LỚP 9 33 3.1 Đặt vấn đề bài toán và thu thập tri thức 33 3.1.1 Kiến thức “Điện học” lý lớp 9: 33 3.1.2 Vấn đề: 35 3.1.3 Các bài toán cần giải: 36 3.2 Biểu diễn bài toán Điện học 38 3.3 Thiết kế và cài đặt thuật toán 39 3.3.1 Thiết kế cơ sở tri thức cho bài toán điện một chiều theo mô hình COKB 39 3.3.2 Thuật giải suy diễn tiến sử dụng các heuristics sau: 45 Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 2 3.4 Cài đặt chương trình 46 3.4.1 Sơ đồ lớp của chương trình 47 3.4.2 Các chức năng của chương trình. 47 3.5 Giao diện chương trình 51 3.5.1 Chương trình chính 52 3.5.2 Menu của chương trình 53 3.5.3 Form thông tin của chương trình 54 3.5.4 Kết quả chạy demo bài toán 55 * * * Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 3 LỜI MỞ ĐẦU Trong khoa học về trí tuệ nhân tạo, có nhiều phương pháp để biểu diễn tri thức nhưng những phương pháp này lại không hiệu quả trong việc biểu diễn và suy luận trên các tri thức phức tạp. Ontology, một hướng tiếp cận hiện đại, đã và đang được nghiên cứu phát triển do khả năng ứng dụng của nó trong việc biểu diễn các tri thức. Đặc biệt, ontology về tri thức các đối tượng tính toán COKB- ONT (Computational Objects Knowledge Bases Ontology) là một ontology có thể sử dụng rất hiệu quả trong việc thiết kế các hệ cơ sở tri thức phức tạp, như các miền tri thức về Hình học, Giải tích, Vật lý… Bên cạnh đó, các phương pháp suy diễn cũng đóng một vai trò quan trọng trong các hệ cơ sở tri thức, nhưng những phương pháp suy diễn hiện nay vẫn còn mang tính khái quát cao, chưa thể mô phỏng được lối tư duy của con người. Trong thực tế, khi giải quyết một bài toán, chúng ta thường không tìm ngay một lời giải mới mà trước tiên ta sẽ tìm những bài toán liên quan với bài toán ấy để từ đó có cách giải quyết phù hợp. Trong báo cáo này, chúng em xin trình bày mô hình mở rộng mô hình COKB, trong đó có sử dụng các bài toán mẫu như là các tri thức đã có sẵn về bài toán được đặt ra, mô phỏng tối ưu hơn cho tri thức con người. Từ đó, ứng dụng mô hình này trong việc xây dựng chương trình giải bài tập Điện học trong vật lý lớp 9. Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 4 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học vừa qua, chúng em đã nhận được sự quan tâm, động viên và tận tình dạy dỗ của thầy, đã cung cấp những kiến thức hết sức bổ ích và cần thiết để chuẩn bị cho các môn học tiếp theo ở khóa học. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Công Nghệ Thông Tin, Ban Giám Hiệu đã tạo cho chúng em một môi trường học tập, rèn luyện đạo đức, nhân cách trong suốt thời gian học đã cung cấp những kiến thức cũng như những kinh nghiệm hết sức cần thiết cho việc học tập và nghiên cứu. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đỗ Văn Nhơn, Thầy đã truyền đạt những kiến thức quý báu về môn học Phương pháp Toán trong Tin học, tận tình hướng dẫn chúng em thực hiện tiểu luận môn Phương pháp toán trong tin học. Tuy nhiên, do những hạn chế về mặt thời gian, chúng tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và sự phản hồi góp ý của các bạn đối với những thiếu xót còn tồn tại trong đề tài này. Nhóm chúng em rất mong được sự đóng góp nhiệt tình của quý Thầy Cô để bài luận được hoàn thiện hơn. Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 5 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 6 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỘC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN // CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc // PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ BÀI THU HOẠCH 1. Tên đề tài Tìm hiểu về Biểu diễn tri thức trên mô hình COKB và ứng dụng. 2. Nhiệm vụ và nội dung: TT Nội dung Người thực hiện Chương I: Tổng quan về tri thức và cơ sở tri thức 1 Tri thức là gì Nguyễn Mai Thương 2 Phân loại tri thức Nguyễn Thị Thu Thủy 3 Hệ cơ sở tri thức Nguyễn Mai Thương 4 Các phương pháp biểu diễn tri thức cơ bản Nguyễn Thị Thu Thủy Chương II: Giới thiệu mô hình các đối tượng tính toán 1 Giới thiệu Nguyễn Thị Thu Thủy 2 Mô hình tri thức COKB Nguyễn Thị Thu Thủy 3 Các tổ chức cơ sở tri thức về các C-OBJECT Nguyễn Mai Thương Chương III: Cài đặt, thử nghiệm giải các bài toán Điện học Vật lý lớp 9 1 Đặt vấn đề bài toán và thu thập tri thức Nguyễn Thị Thu Thủy 2 Biểu diễn bài toán Điện học Nguyễn Thị Thu Thủy 3 Thiết kế và cài đặt thuật toán Nguyễn Mai Thương Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 7 4 Giao diện chương trình Nguyễn Mai Thương 3. Ngày giao tiểu luận: 27/11/2012 4. Ngày hoàn thành tiểu luận: 12/01/2013. Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 8 CHƯƠNG 1 : TRI THỨC VÀ CƠ SỞ BIỂU DIỄN TRI THỨC 1.1 Tri thức là gì? Tri thức có nhiều ý nghĩa tùy theo văn cảnh, nhưng lúc nào cũng có liên quan với những khái niệm như hiểu biết, ý nghĩa, thông tin, giảng dạy, giáo dục, giao tiếp, diễn tả, học hỏi, suy luận, nhận thức và kích thích trí óc. Tri thức là nó bao gồm ba tiêu chí khả tín, xác thực, và chứng minh được. Tri thức là các thông tin, các tài liệu, các cơ sở lý luận, các kỹ năng khác nhau, đạt được bởi một tổ chức hay một cá nhân thông qua các trải nghiệm thực tế hay thông qua sự giáo dục đào tạo; các hiểu biết về lý thuyết hay thực tế về một đối tượng, một vấn đề, có thể lý giải được về nó. Tóm lại, Tri thức là nói về đối tượng thực hiện được những hành động một cách hiệu quả. Tri thứ là sự hiểu biết của con người trong một phạm vi, lĩnh vực nào đó, được xem xét theo các mục tiêu hay các vấn đề nhất định có khả năng giúp con người làm việc có hiệu quả. Tri thức là một hệ thống phức tạp, đa dạng và trừu tượng bao gồm nhiều thành tố với những mối liên hệ tác động qua lại như: - Các khái niệm (concepts), với những mối liên hệ cơ bản nhất định (relationships). - Các quan hệ (relations): là một quan hệ 2 ngôi R trên một tập X như phản xạ, đối xứng, phản xứng, bắc cầu; Quan hệ thứ tự; Quan hệ tương đương; Cách biểu diễn của một quan hệ 2 ngôi R trên tập X: Biểu diễn dựa trên “tập hợp”, biểu diễn bằng ma trận, biểu đồ (đồ thị). - Các toán tử (operators), phép toán, các biểu thức hay công thức bao gồm: + Phép toán 2 ngôi T trên tập X là ánh xạ T : XxX  X (a,b)  a T b ≡ T(a,b) + Phép toán 1 ngôi S trên tập X là Bài thu hoạch “Biểu diễn tri thức và ứng dụng” GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 9 S : X  X + Các tính chất thường được xem xét: giao hoán, kết hợp, phần tử trung hòa, phần tử nghịch đảo, phần tử đối, phân phối (hay phân bố), … - Các hàm (functions) - Các luật (rules) - Sự kiện (facts) 1.2 Phân loại tri thức Tri thức sự kiện: là các khẳng định về một sự kiện, khái niệm nào đó (trong một phạm vi xác định). Các định luật vật lý, toán học,… thường được xếp vào loại này. Ví dụ: mặt trời mọc ở phía đông, tam giác đều có 3 góc 60 0 … Tri thức thủ tục: thường dùng để diễn tả phương pháp, các bước tiến hành, trình từ hay ngắn gọn là cách giải quyết vấn đề. Thuật toán, thuật giải là một dạng của tri thức thủ tục. Tri thức mô tả: cho biết một đối tượng, sự kiện, vấn đề, khái niệm, … được thấy, cảm nhận, cấu tạo như thế nào. Ví dụ: một cái bàn thường có 4 chân; con người có 2 tay, 2 mắt, Tri thức Heuristic: là một dạng tri thức cảm tính. Các tri thức thuộc loại này thường có dạng ước lượng, phỏng đoán, và thường được hình thành thông qua kinh nghiệm. Tri thức siêu tri thức: Sự phân lớp của tri thức: [...]... bởi tri thức của mình Các tri thức biểu diễn trong máy tính cũng vậy, chúng chủ động hướng người dùng biết cách khai thác dữ liệu 1.3 Hệ cơ sở tri thức Cơ sở tri thức là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải quyết 11 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng 1.4 Các phương pháp biểu diễn tri thức. .. trình, khó suy diễn, thiếu phần mềm hỗ trợ CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN 2.1 Giới thiệu: Mô hình tri thức các C-object có thể dùng để biểu diễn cho một dạng cơ sở tri thức bao gồm các khái niệm về các đối tượng có cấu trúc cùng với các loại quan hệ và các công thức tính toán liên quan 2.2 Mô hình tri thức COKB: Mô hình tri thức các C-object được gọi là mô hình COKB (Computational... biển diễn các tri thức dạng thủ tục bằng mạng ngữ nghĩa vì các khái niệm về thời gian và trình tự không được thể hiện tường minh trên mạng ngữ nghĩa 5 Frame 19 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng Một trong các kỹ thuật biểu diễn tri thức là dùng frame, phát tri n từ khái niệm lược đồ Một lược đồ được coi là khối tri thức. .. ngữ tự nhiên và giải các bài toán thông minh Mô hình biểu diễn: - Mô hình tri thức dạng đồ thị: (Nodes, Arcs) 17 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng + Nodes gồm các yếu tố hay các bộ phận cấu thành tri thức Các node có thể là khái niệm, đối tượng, sự kiện, cấu trúc trừu tượng, … + Arcs gồm các liên kết biểu diễn cho các... cơ sở tri thức như thế cho ta một cấu trúc tri thức rõ ràng và tách biệt với đầy đủ các thông tin cùng với các liên hệ khác nhau rất đa dạng Mô hình COKB được xây dựng có các ưu điểm sau đây: 31 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng • Thích hợp cho việc thiết kế một cớ sở tri thức với các khái niệm có thể được biểu diễn. ..Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng Đặc điểm của tri thức: Làm thế nào để phân biệt thông tin vào máy tính là dữ liệu hay tri thức? Giữa tri thức và dữ liệu có một số đặc trưng khác nhau, chúng ta xem xét hai đặc trưng sau: + Tự giải thích nội dung: tri thức có thể tự giải thích nội dung còn dữ liệu không thể tự giải thích được... Vấn đề biểu diễn tri thức là xây dựng mô hình biểu diễn tri thức để đưa tri thức lên máy tổ chức lưu trữ và xử lý, đặc biệt là cho suy luận giải các vấn đề, các bài toán Một trong những cách để biểu diễn cơ bản là: 1 Logic mệnh đề: là một khẳng định có thể nhận giá trị đúng hoặc sai 2 Logic vị từ: là sự mở rộng của logic mệnh đề bằng cách đưa vào các khái niệm vị từ và các lượng từ phổ thông dụng Một... Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng Ứng dụng: - Ứng dụng mạng ngữ nghĩa để nhận diện đối tượng phức trong ảnh - Ứng dụng mạng ngữ nghĩa để nhận diện dấu vân tay - Giải bài toán tam giác Ưu điểm của mạng ngữ nghĩa: - Mạng ngữ nghĩa rất linh động, ta có thể dễ dàng thêm vào mạng các đỉnh hoặc cung mới để bổ sung các tri thức cần thiết Dễ theo dõi sự phân cấp, sẽ... biểu thức vị từ gồm 2 dạng fact và rule Ví dụ 1: 12 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trái cam có vị ngọt => được biểu diễn như sau: Vị (cam, ngọt) Trái cam có màu xanh => được biểu diễn như sau: Màu(cam,xanh) Ví dụ 2: Không có vật gì là lớn nhất và không có vật gì là bé nhất => được biểu diễn như sau: Ví dụ 3: Gần mực... vào máy là "có") và (tình trạng đèn màn hình là "chớp đỏ") thì (cáp màn hình "lỏng") Để xác định được các nguyên nhân gây ra sự kiện "không sử dụng được máy tính", ta phải xây dựng một cấu trúc đồ thị gọi là đồ thị AND/OR như sau : 15 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy Bài thu hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng Hình 1-1: Cơ chế suy diễn của suy diễn lùi Như vậy . : TRI THỨC VÀ CƠ SỞ BIỂU DIỄN TRI THỨC 8 1.1 Tri thức là gì? 8 1.2 Phân loại tri thức 9 1.3 Hệ cơ sở tri thức 11 1.4 Các phương pháp biểu diễn tri thức cơ bản 12 CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH TRI THỨC. hoạch Biểu diễn tri thức và ứng dụng GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Mai Thương – Nguyễn Thị Thu Thủy 8 CHƯƠNG 1 : TRI THỨC VÀ CƠ SỞ BIỂU DIỄN TRI THỨC 1.1 Tri thức là gì? Tri thức. Tìm hiểu về Biểu diễn tri thức trên mô hình COKB và ứng dụng. 2. Nhiệm vụ và nội dung: TT Nội dung Người thực hiện Chương I: Tổng quan về tri thức và cơ sở tri thức 1 Tri thức là gì Nguyễn