ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Mở đầu Khoa học và công nghệ là đặc trưng của thời đại, nghiên cứu khoa học đã trở thành hoạt động sôi nổi và rộng khắp trên phạm vi toàn cầu. các thành tựu của khoa học hiện đại đã làm thay đổi bộ mặt thế giới. Khoa học và công nghệ đã trở thành động lực thúc đẩy sự tiến bộ nhân loại. Cùng với nghiên cứu khoa học hiện đại, mọi người đang chú ý đến những tri thức và những ứng dụng của nó trong thực tế, coi đó là nhân tố quan trọng để phát triển khoa học. Kiến thức về phương pháp có thể được tích lũy trong kinh nghiệm lao động hay được tích lũy trong quá trình nghiên cứu các khoa học cụ thể, song bản thân phương pháp cũng có một hệ thống lý thuyết của riêng mình. Trong phạm vi của bài thu hoạch nhỏ này, em sẽ trình bày một số vấn đề về khoa học được áp dụng trong thực tế cuộc sống. Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Phó Giáo sư - Tiến sỹ Đỗ Văn Nhơn, người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản cho chúng em về môn học “Biểu diễn tri thức và ứng dụng”. MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 1 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MỤC LỤC Mở đầu 1 PHẦN I : CÁC MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC 3 I. Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn( luật sinh) 3 II. Biểu diễn tri thức bằng logic mờ và suy diễn: 6 Tập mờ( Fuzzy set) 6 Các phép toán trên tập mờ 7 Biểu diễn tri thức mờ 10 Suy diễn mờ (Fuzzy Inference) 12 III. Biểu diễn tri thức bằng Frame: 15 Khái niệm 15 Cấu trúc của frame 15 Tính kế thừa 16 IV. Biểu diễn tri thức sử dụng mạng ngữ nghĩa 20 Khái niệm 20 Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngữ nghĩa 21 Một ví dụ tiêu biểu 21 PHẦN I : BẢN CHẤT CỦA VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 26 I. ÁP LỰC TRONG CUỘC SỐNG HÀNG NGÀY : 26 II. GIẢI PHÁP ĐỀ RA : 26 Sau đây là quy trình hoạt động của hệ thống: 27 1. Người lái xe đến bãi đỗ 27 2. Người lái xe ra ngoài và hệ thống bắt đầu hoạt động 28 Tài liệu tham khảo 35 MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 2 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHẦN I : CÁC MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC I. Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn( luật sinh) Phương pháp biểu diễn tri thức bằng luật sinh được phát minh bởi Newell và Simon trong lúc hai ông đang cố gắng xây dựng một hệ giải bài toán tổng quát. Đây là một kiểu biểu diễn tri thức có cấu trúc. Ý tưởng cơ bản là tri thức có thể được cấu trúc bằng một cặp điều kiện & hành động : "NẾU điều kiện xảy ra THÌ hành động sẽ được thi hành". Chẳng hạn : NẾU đèn giao thông là đỏ THÌ bạn không được đi thẳng, NẾU máy tính đã mở mà không khởi động được THÌ kiểm tra nguồn điện, v.v… Ngày nay, các luật sinh đã trở nên phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống trí tuệ nhân tạo khác nhau. Luật sinh có thể là một công cụ mô tả để giải quyết các vấn đề thực tế thay cho các kiểu phân tích vấn đề truyền thống. Trong trường hợp này, các luật được dùng như là những chỉ dẫn (tuy có thể không hoàn chỉnh) nhưng rất hữu ích để trợ giúp cho các quyết định trong quá trình tìm kiếm, từ đó làm giảm không gian tìm kiếm. Một ví dụ khác là luật sinh có thể được dùng để bắt chước hành vi của những chuyên gia. Theo cách này, luật sinh không chỉ đơn thuần là một kiểu biểu diễn tri thức trong máy tính mà là một kiểu biễu diễn các hành vi của con người. Một cách tổng quát luật sinh có dạng như sau: P 1 ∧ P 2 ∧ ∧ Pn  Q Tùy vào các vấn đề đang quan tâm mà luật sinh có những ngữ nghĩa hay cấu tạo khác nhau : - Trong logic vị từ : P 1 , P 2 , , Pn, Q là những biểu thức logic. - Trong ngôn ngữ lập trình, mỗi một luật sinh là một câu lệnh. IF (P 1 AND P 2 AND AND Pn) THEN Q. - Trong lý thuyết hiểu ngôn ngữ tự nhiên, mỗi luật sinh là một phép dịch: ONE  một. TWO  hai. JANUARY  tháng một. Để biễu diễn một tập luật sinh, người ta thường phải chỉ rõ hai thành phần chính sau : (1) Tập các sự kiện F(Facts) F = { f 1 , f 2 , fn } MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 3 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH (2) Tập các quy tắc R (Rules) áp dụng trên các sự kiện dạng như sau : f 1 ^ f 2 ^ ^ f i  q Trong đó, các f i , q đều thuộc F Ví dụ : Cho 1 cơ sở tri thức được xác định như sau : - Các sự kiện : A, B, C, D, E, F, G, H, K - Tập các quy tắc hay luật sinh (rule): R1 : A  E R2 : B  D R3 : H  A R4 : E ∧ G  C R5 : E ∧ K  B R6 : D ∧ E ∧ K  C R7 : G ∧ K ∧ F  A • Suy diễn tiến : là quá trình suy luận xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, xác định các sự kiện có thể được "sinh" ra từ sự kiện này. Sự kiện ban đầu : H, K R3 : H  A {A, H. K } R1 : A  E { A, E, H, K } R5 : E ∧ K  B { A, B, E, H, K } R2 : B  D { A, B, D, E, H, K } R6 : D ∧ E ∧ K  C { A, B, C, D, E, H, K } • Suy diễn lùi : là quá trình suy luận ngược xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, ta tìm kiếm các sự kiện đã "sinh" ra sự kiện này. Một ví dụ thường gặp trong thực tế là xuất phát từ các tình trạng của máy tính, chẩn đoán xem máy tính đã bị hỏng hóc ở đâu. Ví dụ : Tập các sự kiện : Ổ cứng là "hỏng" hay "hoạt động bình thường" • Hỏng màn hình. • Lỏng cáp màn hình. • Tình trạng đèn ổ cứng là "tắt" hoặc "sáng" • Có âm thanh đọc ổ cứng. • Tình trạng đèn màn hình "xanh" hoặc "chớp đỏ" • Không sử dụng được máy tính. • Điện vào máy tính "có" hay "không". MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 4 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tập các luật : R1. Nếu ( (ổ cứng "hỏng") hoặc (cáp màn hình "lỏng")) thì không sử dụng được máy tính. R2. Nếu (điện vào máy là "có") và ( (âm thanh đọc ổ cứng là "không") hoặc tình trạng đèn ổ cứng là "tắt")) thì (ổ cứng "hỏng"). R3. Nếu (điện 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 : Hình 0-1: Cơ chế suy diễn của suy diễn lùi. Như vậy là để xác định được nguyên nhân gây ra hỏng hóc là do ổ cứng hỏng hay cáp màn hình lỏng, hệ thống phải lần lượt đi vào các nhánh để kiểm tra các điều kiện như điện vào máy "có", âm thanh ổ cứng "không".Tại một bước, nếu giá trị cần xác định không thể được suy ra từ bất kỳ một luật nào, hệ thống sẽ yêu cầu người dùng trực tiếp nhập vào. Chẳng hạn như để biết máy tính có điện không, hệ thống sẽ hiện ra màn hình câu hỏi "Bạn kiểm tra xem có điện vào máy tính không (kiểm tra đèn nguồn)? (C/K)". Để thực hiện được cơ chế suy luận lùi, người ta thường sử dụng ngăn xếp (để ghi nhận lại những nhánh chưa kiểm tra). MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 5 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH II. Biểu diễn tri thức bằng logic mờ và suy diễn: Tập mờ( Fuzzy set) Trở lại với các kiểu định nghĩa về tập hợp (set) . Chúng ta đã biết là có hai kiểu định nghĩa tập hợp: Phương pháp lệt kê tất cả các phần tử thuộc tập hợp đó. Ví dụ tập số nguyên nhỏ hơn 10 là tập: N=1,2,3,4,5,6,7,8,9 Phương pháp mô tả thông qua vị từ đặc trưng( characteurstic predicate) P A : U → size 12{ rightarrow } {} {0,1} X ∈ size 12{ in } {}U ⇒ size 12{ drarrow } {} P A (x) Trực quan Trừu tượng A ∩ B P A ⋀ P A A ∪ B P A ⋁ P A A B P A ⋀ ¬ size 12{ and neg } {} P B A =B P A ⇔ P B Mở rộng: μA˜→0,1 size 12{μ rSub { size 8{ { tilde {A}}} } rightarrow left [0,1 right ]} {}{} :x 0≤μA˜(x)≤1 size 12{0 <= μ rSub { size 8{ { tilde {A}}} } ( x ) <= 1} {} Vậy khi có tập mờ A˜ size 12{ { tilde {A}}} {}: thì μA˜(x) size 12{μ rSub { size 8{ { tilde {A}}} } ( x ) } {} gọi là độ thuộc của x vào A˜ size 12{ { tilde {A}}} {} Hàm thuộc là hàm do người quan sát cung cấp (subjective opinon). Mờ hoá: Với mọi mọi giá trị ngôn ngữ ta gán một tập mờ MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 6 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Các phép toán trên tập mờ Cho tập nền ( tập vũ trụ ) U ( Universer Set) Một tập mờ A˜ size 12{ { tilde {A}}} {} trên U được một mô tả bởi hàm thuộc ( mebership function) μ A : U → 0,1 size 12{μ rSub { size 8{A} } :U rightarrow left [0,1 right ]} {} S= {x/ μA(x)>0 size 12{μ rSub { size 8{A} } ( x ) >0} {}} Tập giá đỡ K={x/ μA(x)=1 size 12{μ rSub { size 8{A} } ( x ) =1} {}} Tập core A α = {x | μ A ≥ α} Một số dạng thường gặp: • Dạng 1: • Dạng 2 A˜ size 12{ { tilde {A}}} {}= (a, b, c, d) Tập mờ A˜ size 12{ { tilde {A}}} {}{} không phải là tập theo nghĩa thông thường nên quan niệm A˜ size 12{ { tilde {A}}} {} phải định nghĩa theo hàm thuộc. Do đó không biểu diễn bằng biểu đồ Ven mà biểu biểu diễn bằng đồ thị Hợp của các tập mờ Cho hai tập mờ A, B với μA size 12{μ rSub { size 8{A} } } {} và μB size 12{μ rSub { size 8{B} } } {} là hai hàm thuộc tương ứng Từ đó ta xây dựng MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 7 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lấy tất cả phần trên của đồ thị Khi đó hợp của hai tập mờ là một tập rõ Bây giờ ta lấy toàn bộ phần dưới. Các tính chất: A ˜ = { ( a, 0 . 1 ) , ( b, 0 . 2 ) , ( c, 0 . 3 ) , ( d, 0 . 4 ) } size 12{ { tilde {A}}= lbrace ( "a, 0" "." 1 ) ", " ( "b, 0" "." 2 ) ", " ( "c, 0" "." 3 ) ", " ( "d, 0" "." 4 ) rbrace } {} - L. Zadel (max, min, 1-) MỞ RỘNG PHÉP TOÁN TẬP MỜ - Hàm s là t – conorm : MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 8 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - Hàm t là t – norm : • Hàm t – conorm thỏa mãn các tính chất : s : [0, 1] x [0, 1] → [0, 1] • Hàm t – norm thỏa mãn các tính chất : → Kiểm tra : 1. Giao hoán : hiển nhiên 2. Kết hợp : Hàm s : Hàm t : → hiển nhiên 3. Tính chất cuối : MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 9 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Hàm negation : Hàm 1 – x - Bộ ba : (s, t, n) → thích hợp khi : 1. s (x, t (y, z)) = t (s (x, y), s (x, z)) 2. t (x, s (y, z)) = s (t (x, y), t (x, z)) 3. n ( s (x, y)) = t (n (x), n (y)) 4. n ( t (x, y)) = s (n (x), n (y)) Biểu diễn tri thức mờ • Dạng luật If X1 = v1 và X2 = v2 và và Xn = vn then Y = v v i , v : là giá trị ngôn ngữ. • Mờ hóa *) xét X = A → Y = B - Logic kinh điển : A → B ≡ Aˉ size 12{ { bar {A}}} {} size 12{ or } {}B U = {x 1 , x n } = tập vũ trụ/nền của A V = {y 1 , y n } = tập vũ trụ/nền của B • Luật mờ ≡ quan hệ mờ ≡ tập mờ trên U x V + Luật mờ → vectơ : A ~ μ A + Tập mờ → ma trận MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 10 - [...]... cho xe mới vào : MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 30 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 31 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khi có yêu cầu lấy xe từ khách hàng: MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 32 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 33 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Và cứ thế,... thống: 1.Người lái xe đến bãi đỗ MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 27 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2.Người lái xe ra ngoài và hệ thống bắt đầu hoạt động Xe được nâng lên và xoay lại : MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 28 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Xe được nâng lên và đưa vào vị trí thích hợp: MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 29 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH... dàng khai báo các đối tượng hình học khác theo cách này Sau khi đã biểu diễn các tri thức về các hình hình học cơ bản xong, ta có thể vận dụng nó để giải các bài toán hình học, chẳng hạn bài toán tính diện tích Ví dụ, cho hình vuông k và vòng tròn nội tiếp c, biết cạnh hình vuông có chiều dài là x, hãy viết chương trình để tính diện tích phần tô đen MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 18 - ĐẠI... frame TRIANGLE, trong đó cài đặt một mạng ngữ nghĩa (giống như ở ví dụ trong phần mạng ngữ nghĩa) để đặc tả mối liên hệ giữa các yếu tố tam giác (thay vì sử dụng các công thức liên hệ đơn giản như ví dụ trên) MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 19 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH IV Biểu diễn tri thức sử dụng mạng ngữ nghĩa Khái niệm Mạng ngữ nghĩa là một phương pháp biểu diễn tri thức. .. 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 Một ví dụ tiêu biểu Dù là một phương pháp tương đối cũ và có những yếu điểm nhưng mạng ngữ nghĩavẫn có những ứng dụng vô cùng độc đáo Hai loại ứng dụng tiêu biểu của mạng ngữ nghĩa là ứng dụng xử lý ngôn ngữ tự nhiên và ứng dụng giải bài toán tự động MÔN... cấp càng cao thì mức độ tổng quát càng cao Thông thường, frame cha sẽ bao gồm các định nghĩa của các thuộc tính Còn các frame con sẽ chứa đựng giá trị thực sự của các thuộc tính này Một ví dụ biểu diễn các đối tượng hình học bằng frame Các kiểu dữ liệu cơ bản : Area : numeric; // diện tích MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 16 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Height : numeric; //chiều... biểu diễn một tri thức, ta sẽ "gắn kèm" những thao tác thường gặp trên tri thức này Chẳng hạn như khi mô tả khái niệm về hình chữ nhật, ta sẽ gắn kèm cách tính chu vi, diện tích Frame thường được dùng để biểu diễn những tri thức "chuẩn" hoặc những tri thức được xây dựng dựa trên những kinh nghiệm hoặc các đặc điểm đã được hiểu biết cặn kẽ Bộ não của con người chúng ta vẫn luôn "lưu trữ" rất nhiều các. .. xe và trả xe cho khách hàng Đáp ứng nhu cầu gởi xe và tiết kiệm không gian một cách thuận lợi nhất Tất cả các thao tác đều được tự động hóa nên cả bãi xe chỉ có hai nhân viên trực tại hai cổng ra/vào và quan sát hoạt động của bãi xe hoặc can thiệp khi có sự cố qua hệ thống camera MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 34 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tài liệu tham khảo 1 Bài giảng môn. .. học Biểu diễn tri thức và ứng dụng Giảng viên : PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Chương trình đào tạo thac sĩ CNTT qua mạng 2 Giải một bài toán trên máy tính như thế nào ?( tập 1, 2, 3) GS TSKH Hoàng Kiếm Nhà xuất bản giáo dục – 2003 3 Phương pháp luận sáng tạo khoa học – kỹ thuật Phan Dũng Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM – 2002 MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG... Công thức (5) được kích hoạt (vì 2 đỉnh S, c được kích hoạt) Từ công thức (5) tính được hC Đỉnh hC được kích hoạt Giá trị hC đã được tính Thuật toán kết thúc Về mặt chương trình, ta có thể cài đặt mạng ngữ nghĩa giải bài toán tam giác bằng một mảng hai chiều A trong đó : Cột : ứng với công thức Mỗi cột ứng với một công thức tam giác khác nhau (đỉnh hình chữ nhật) MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG . về môn học Biểu diễn tri thức và ứng dụng . MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 1 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MỤC LỤC Mở đầu 1 PHẦN I : CÁC MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC. ngoài và hệ thống bắt đầu hoạt động 28 Tài liệu tham khảo 35 MÔN HỌC : BIỂU DIỄNTRI THỨC & ỨNG DỤNG - 2 - ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHẦN I : CÁC MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC I. Biểu. 3 I. Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn( luật sinh) 3 II. Biểu diễn tri thức bằng logic mờ và suy diễn: 6 Tập mờ( Fuzzy set) 6 Các phép toán trên tập mờ 7 Biểu diễn tri thức mờ 10 Suy diễn