Đại Học Quốc Gia TPHCM Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ SUY LUẬN Đề tài SỬ DỤNG MÔ HÌNH COKB TRONG VIỆC GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN HÌNH HỌC PHẲNG GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn Học viên: Nguyễn Thành Quân Cao học: Khoá 9 MSHV: CH1301032 MỤC LỤC CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình thực tế. - Trong quá trình thiết kế hệ thống, việc biểu diễ tri thức là vấn đề quan trọng cần giải quyết . Mỗi một loại tri thức có một phương pháp biểu diễn phủ hợp, từ đó thiết kế các thuật toán và xây dựng hệ thống. - Hiện nay có nhiều hệ thống biểu diễn cơ sở tri thức khác nhau như mạng nơron, đồ thị khái niệm, mạng ngữ nghĩa, nhưng đối với những hệ thống mang tính tổng quát thì các phương pháp trên còn gặp nhiều hạn chế . Để giải quyết vấn đề này hiện nay chúng ta sử dụng một phương pháp tiếp cận mới theo mô hình COKB (Computational Object Knowledge Base). - Do đó trong phạm vi bài thu hoạch này em tóm tắt kiến thức về việc biểu diễn tri thức , đồng thời nêu lên khái niệm về COKB trong việc giải quyết các bài toán mang tính tồng quát 1.2 ứng dụng Hiện nay phạm vi ứng dụng của biểu diễn tri thức rất đa dạng và phong phú bao gồm các lĩnh vực: - Phần mềm dạy học - Phần mềm tra cứu kiến thức - Phần mềm hỗ trợ giải bài tập (có suy luận dựa trên CSTT) - Phần mềm kiểm tra đánh giá kiến thức - Quản lý công văn: tổ chức sắp xếp lưu trữ, xử lý hay giải quyết công văn - Hỗ trợ tìm kiếm các tài liệu văn bản dựa trên nội dung (semantic). - Thương mại (E-commerce) - Internet và các search engineSemantic Web, và Semantic Search… CHƯƠNG II. KIẾN THỨC NỀN TẢNG 2.1 Khái niệm tri thức: Tri thức hay kiến thức (tiếng Anh: knowledge) bao gồm những dữ kiện, thông tin, sự mô tả, hay kỹ năng có được nhờ trải nghiệm hay thông qua giáo dục. Trong tiếng Việt, cả "tri" lẫn "thức" đều có nghĩa là biết. Tri thức có thể chỉ sự hiểu biết về một đối tượng, về mặt lý thuyết hay thực hành. Nó có thể ẩn tàng, chẳng hạn những kỹ năng hay năng lực thực hành, hay tường minh, như những hiểu biết lý thuyết về một đối tượng; nó có thể ít nhiều mang tính hình thức hay có tính hệ thống. Mặc dù có nhiều lý thuyết về tri thức, nhưng hiện không có một định nghĩa nào về tri thức được tất cả mọi người chấp nhận. Sự thành tựu tri thức liên quan đến những quá trình nhận thức phức tạp: tri giác, truyền đạt, liên hệ, và suy luận. Trong triết học, ngành nghiên cứu về tri thức được gọi là tri thức luận. Tri thức có 2 dạng tồn tại chính là tri thức ẩn và tri thức hiện • Tri thức hiện là những tri thức được giải thích và mã hóa dưới dạng văn bản, tài liệu, âm thanh, phim, ảnh,… thông qua ngôn ngữ có lời hoặc không lời, nguyên tắc hệ thống, chương trình máy tính, chuẩn mực hay các phương tiện khác. Đây là những tri thức đã được thể hiện ra ngoài và dễ dàng chuyển giao, thường được tiếp nhận qua hệ thống giáo dục và đào tạo chính quy. • Tri thức ẩn là những tri thức thu được từ sự trải nghiệm thực tế, dạng tri thức này thường ẩn trong mỗi cá nhân và rất khó “mã hóa” và chuyển giao, thường bao gồm: niềm tin, giá trị, kinh nghiệm, bí quyết, kỹ năng VD: Trong bóng đá, các cầu thủ chuyên nghiệp có khả năng cảm nhận bóng rất tốt. Đây là một dạng tri thức ẩn, nó nằm trong mỗi cầu thủ. Nó không thể “mã hóa” thành văn bản, không thể chuyển giao, mà người ta chỉ có thể có bằng cách tự mình luyện tập. Dựa vào sự phân loại tri thức, có thể chia các hình thức chia sẻ tri thức thành bốn dạng chính: • Ẩn - Ẩn: Khi người chia sẻ và người tiếp nhận giao tiếp trực tiếp với nhau (ví dụ: học nghề, giao tiêp, giảng bài ) thì việc tiếp nhận này là từ tri thức ẩn thành tri thức ẩn. Tri thức từ người này không qua trung gian mà chuyển ngay thành tri thức của người kia. • Ẩn - Hiện: Một người mã hóa tri thức của mình ra thành văn bản hay các hình thức hiện hữu khác thì đó lại là quá trình tri thức từ ẩn (trong đầu người đó) trở thành hiện (văn bản, tài liệu, v.v.). • Hiện - Hiện: Tập hợp các tri thức hiện đã có để tạo ra tri thức hiện khác. Quá trình này được thể hiện qua việc sao lưu, chuyển giao hay tổng hợp dữ liệu. • Hiện - Ẩn: Tri thức từ dạng hiện trở thành dạng ẩn. Điển hình quá trình này là việc đọc sách. Học sinh đọc sách (tri thức hiện) và rút ra được các bài học, tri thức cho mình (ẩn). 2.2 Biểu diễn tri thức 2.2.1 Khái niệm Biểu diễn tri thức( knowledge representation): các phương pháp diễn tả và tổ chức tri thức trong máy tính cho các hệ thông tin có tính chất trí tuệ để máy có thể tiến hành các phép lập luận tự động. Trong trí tuệ nhân tạo, các phương pháp BDTT thường được sử dụng như lôgic vị từ, mạng ngữ nghĩa, biểu diễn khung, luật dẫn. 2.2.2 Lược đồ biểu diễn tri thức Lược đồ logic: • Dùng các biểu thức trong logic hình thức để biểu diễn như là phép toán vị từ • Các luật suy diễn áp dụng cho lược đồ này • Ngôn ngữ hiện thực tốt nhất cho loại lược đồ này là: PROLOG Lược đồ thủ tục: • Biểu diễn tri thức như tập các chỉ thị lệnh để giải quyết vấn đề • Các chỉ thị lệnh trong lược đồ thủ tục chỉ ra bằng cách nào giải quyết vấn đề. Lược đồ mạng: • Biểu diễn tri thức như là đồ thị, các đỉnh như là các đối tượng hay khái niệm, các cung như là các quan hệ giữa chúng. • Các vị dụ về loại lược đồ này: mạng ngữ nghĩa Lược đồ cấu trúc: • Là sự mở rộng của lược đồ mạng bằng cách cho phép các nút cho thể là CTDL phức tạp gồm các khe có tên và trị hay một thủ tục • Kịch bản , khung , đối tượng là ví dụ cho lược đồ này Biểu diễn và ánh xạ: Tri thức của lĩnh vực • Là toàn bộ những kiến thức về lĩnh vực đó • Gồm : khái niệm, đối tượng , quan hệ giữa chúng, luật tồn tại giữa chúng • Hiện tồn tại một số lược đồ ghi nhận tri thức Để giải bài toán AI cần • Tri thức về bài toán • Phương tiện để xử lý tri thức : retrieval, update , refer Hình thức hoá tri thức: Gồm: Đối tượng và các quan hệ của chúng trong lĩnh vực Gồm: Bảng ánh xạ giữa Đối tượng thực -> đối tượng tính toán Quan hệ thực-> quan hệ tính toán Bằng cách: dùng các lược đồ biểu diễn  Chọn dùng lược đồ cho loại tri thức là vấn đề quan trọng Hai mức cấu trúc cho facts/representations: – Mức tri thức: mức mà các sự kiện, gồm cách hành xử của agent và goal hiện tại, được mô tả. – Mức ký hiệu:mức mà sự biểu diễn của các đối tượng đã được chọn trong mức tri thức được viết ra ở dạng ký hiệu để có thể xử lý được bằng chương trình. Ví dụ: - Câu tiếng anh: “Spot is a dog” “Every dog has a tail” - Ta có thể biểu diễn 1. dog(Spot). 2. ∀X(dog(X) => hastail(X)). Từ đó câu: “Spot has a tail”, có thể thu được qua các bước: 3. Từ 2, X=“Spot”: dog(Spot)=>hastail(Spot). 4. Từ 1, 3: hastail(Spot). - Ánh xạ ngược “Spot has a tail”. Dạng mạng ngữ nghĩa : Ánh xạ biểu diễn không hẳn là one-to-one (1-1), thường là many-to-many.  Xác định quan hệ (english sentences, facts) khi biểu diễn Biểu diễn tốt - Suy luận chính xác - Việc suy luận đơn giản. Ví dụ: Thử chọn cách biểu diễn nào sau đây cho bài toán “mutilated checkerboard” Mô hình giải quyết vấn đề của con người và máy: 2.2.3 4 thuộc tính của hệ thống biểu diễn tri thức: 1. Representational adequacy: - Khả năng biểu diễn tất cả các tri thức cần thiết cho lĩnh vực đó. 2. Inferential adequacy: - Khả năng xử lý các cấu trúc sẵn có để sinh ra các cấu trúc mới tương ứng với tri thức mới được sinh ra từ tri thức cũ. 3. Inferential efficiency: - Khả năng thêm vào cấu trúc tri thức thông tin bổ sung mà nó có thể được dùng để hướng dẫn cơ chế suy luận theo hướng có nhiều triển vọng nhất. 4. Acquisitional efficiency: - Khả năng thu được thông tin mới dễ dàng. Trường hợp đơn giản nhất là chèn trực tiếp tri thức mới (do người) vào cơ sở tri thức. Lý tưởng nhất là chương trình có thể kiểm soát việc thu được tri thức. Tình hình thực tế: • Không một hệ thống nào có thể tối ưu tất cả các khả năng trên cho mọi kiểu tri thức. • Nhiều kỹ thuật dùng cho biểu diễn tri thức cùng tồn tại. • Chương trình thường dùng nhiều hơn 1 kỹ thuật biểu diễn. 2.3 Mô hình COKB(Computational Object knowledge base) 2.3.1 Mô hình ontology COKB-ONT Mô hình ontology COKB-ONT là một hệ thống gồm 6 thành phần : K = (C, H, R, Ops, Funcs, Rules ) (1) C là một tập hợp các khái niệm về các C-Object (khái niệm về C-Object được định nghĩa trong [2]). (2) H là một tập hợp các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng. (3) R là tập hợp các khái niệm về các loại quan hệ trên các C-Object. (4) Ops là một tập hợp các toán tử. (5) Funcs là một tập hợp các hàm. (6) Rules là tập hợp các luật. Mỗi đối tượng thuộc C là một lớp các đối tượng tính toán có cấu trúc nhất định và được phân cấp theo sự thiết lập của cấu trúc các đối tượng (xem [1] và [2]). Trong mô hình COKB-ONT, ta có 11 loại sự kiện như sau: - Sự kiện loại 1: Sự kiện thông tin về loại của đối tượng. - Sự kiện loại 2: Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc tính của đối tượng. - Sự kiện loại 3: Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc tính của đối tượng thông qua biểu thức hằng. - Sự kiện loại 4: Sự kiện về sự bằng nhau của một đối tượng hay một thuộc tính của đối tượng với một đối tượng hay một thuộc tính khác. - Sự kiện loại 5: Sự kiện về sự phụ thuộc giữa các đối tượng và các thuộc tính của các đối tượng thông qua một công thức tính toán hay một đẳng thức theo các đối tượng hoặc các thuộc tính. - Sự kiện loại 6: Sự kiện về một quan hệ trên các đối tượng hay trên các thuộc tính của các đối tượng. - Sự kiện loại 7: Sự kiện về tính xác định của một hàm. - Sự kiện loại 8: Sự kiện về tính xác định của một hàm thông qua một biểu thức hằng. [...]... CHƯƠNG IV KẾT LUẬN Ontology COKB- ONT là một mô hình rất tốt cho việc biểu diễn các tri thức của con người, đặc biệt là các tri thức về Toán học, Vật lý, Hóa học Hơn thế nữa, sự mở rộng của mô hình COKB bằng việc bổ sung thêm thành phần các bài toán mẫu trong cơ sở tri thức và cải tiến các thuật giải trên mô hình, mô hình mở rộng ấy được gọi là mô hình COKB- SP, làm cho quá trình suy luận của hệ thống... hơn và mô phỏng cách giải giải quyết bài toán tương tự như của con người Chương trình giải toán tự động về Toán Hình học phẳng ở THCS được xây dựng bằng cách Ứng dụng mô hình COKB- SP cho việc biểu diễn tri thức trên miền tri thức này Lời giải của hệ thống tự nhiên, chính xác và phù hợp với cách suy nghĩ của con người Tài liệu tham khảo: 1 Nhon Do, Hien Nguyen , “Phương pháp suy diễn trên mô hình COKB. .. else Không tìm thấy bài toán mẫu; Thuật giải trên đã mô phỏng được một phần tư duy của con người khi tìm kiếm các mẫu bài toán liên quan đến bài toán đã cho Qua đó, giúp cho quá trình suy luận của hệ thống trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn CHƯƠNG III ỨNG DỤNG 3.1 Thiết kết hệ cơ sở tri thức cho miền tri thức hình học phẳng Tri thức về hình học phẳng được mô hình hóa bằng mô hình COKB- SP như sau: a)... tập hợp các bài toán mẫu: Bài toán mẫu về việc xác định loại của đối tượng: Xác định tam giác vuông, Hình chữ nhật, đường tròn Bài toán mẫu về: • Giải tam giác vuông • Giải tam giác cân • Quan hệ giữa đường kính và dây cung trong đường tròn 3.2 Thiết kế bộ suy diễn tự động Mô hình bài toán trên miền tri thức hình học phẳng được định nghĩa gồm 3 thành phần như sau: (O, F, Goal) Áp dụng: Bài toán P: ”... bước 4 và bước 5, thì ta kết luận: - không tìm thấy lời giải cho bài toán và dừng Bước 8: Rút gọn lời giải tìm được để có một lời giải tối ưu hơn bằng cách phân tích quá trình giải để xác định các sự kiện mới cần thiết sau mỗi bước giải, từ đó loại bỏ các bước giải dư thừa - Bước 9: Thể hiện lời giải Thuật giải 4.2: Cho bài toán P = L → G trên mô hình COKB- SP, khi đó ta có thuật giải sau để tìm bài toán. .. suy diễn này mô phỏng quá trình tìm lời giải bài toán tương tự như cách giải của con người, bằng cách tìm các mẫu bài toán có thể áp dụng được cho bài toán Việc này chính là việc tìm lại các kiến thức cũ đã biết để ứng dụng giải quyết bài toán Lời giải của chương trình: - Bước 1: { [“DUONGKINH”, DOAN[B,C], DUONGTRON[O,3]], [“THUOC”,A, DUONGTRON[O,3]] } => {TAMGIACVUONG[A,B,C]} Bởi Bài toán mẫu” : ["Xác... “Luật suy diễn : ["Tính chất của hình chiếu”] - Bước 3: { [“DUONGCAO”, DOAN[A,H], TAMGIACVUONG[A,B,C]], TAMGIACVUONG[A,B,C], DOAN[B,C].dai = 6, DOAN[A,B].dai = 4} => {DOAN[A, H].dai = Bởi Bài toán mẫu” : [ "Giải tam giác vuông"] Mô hình COKB- SP được bổ sung thêm thành phần Bài toán mẫu giúp cho hệ thống suy diễn của mô hình mô phỏng được cách suy nghĩ của con người và đưa ra lời giải tự nhiên và chính... bài toán có thể là: Xác định một đối tượng Xác định thuộc tính của đối tượng Chứng minh một quan hệ giữa các đối tượng Tính giá trị các tham số Tính giá trị của hàm số trên các đối tượng Đặt L = O -> F, bài toán có thể được kí hiệu thành L → G 2.3.3 Thuật giải Thuật giải 4.1: Cho bài toán P= L→G trong mô hình ontology COKB sử dụng bài toán mẫu, dựa vào định lý 4.1, ta có thể tìm được lời giải của bài. .. một công thức tính toán 2.3.2 Mô hình bài toán Dựa vào mạng các các đối tượng tính toán trong [11], ta có mô hình bài toán của ontology COKB- ONT gồm 3 thành phần: O = {O1, O2, , On}, F = {f1, f2, , fm}, Goal = { g1, g2, , gk } Trong đó: O là tập hợp gồm n C-Objects, F là tập hợp các sự kiện giữa các CObjects, (O, F) là một mạng các đối tượng tính toán, và G là tập hợp các mục tiêu của bài toán Mục... giải của bài toán P qua những bước sau: - Bước 1: Thu thập các phần tử từ giả thiết và kết luận của bài toán Bước 2: Tìm bài toán mẫu có thể áp dụng được Bước 3: Kiểm tra mục tiêu G Nếu G được xác định thì chuyển qua bước 8 Bước 4: Sử dụng các qui tắc heuristic để chọn lựa bước giải thích hợp nhằm phát sinh thêm sự kiện mới, các đối tượng mới và đạt đến trạng thái - mới của quá trình suy luận Bước 5: . Đại Học Quốc Gia TPHCM Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ SUY LUẬN Đề tài SỬ DỤNG MÔ HÌNH COKB TRONG VIỆC GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN HÌNH HỌC PHẲNG GVHD:. nhận thức phức tạp: tri giác, truyền đạt, liên hệ, và suy luận. Trong tri t học, ngành nghiên cứu về tri thức được gọi là tri thức luận. Tri thức có 2 dạng tồn tại chính là tri thức ẩn và tri thức. thức về việc biểu diễn tri thức , đồng thời nêu lên khái niệm về COKB trong việc giải quyết các bài toán mang tính tồng quát 1.2 ứng dụng Hiện nay phạm vi ứng dụng của biểu diễn tri thức rất