Đang tải... (xem toàn văn)
Vẽ sơ đồ mạch điện một chiều và giải bài toán điện một chiều
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH () Lớp CNTN04 BÁO CÁO Đồ Án Lập Trình Symbolic Đề Tài: VẼ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN MỘT CHIỀU Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Đình Hiển 3 MỤC LỤC Page I THU THẬP TRI THỨC Yêu cầu toán đặt Nhập vào: Những yếu tố biết dạng: Biểu thức quan hệ đối tượng- hình thức mắc đối tượng: Bao gồm biến toán tử song song “//” nối tiếp “Nt” Ví dụ: R1 // R2 Nt ( R3 // R4 ) Các biến giá trị cụ thể Ví dụ: R1=5, U3=6, I2=1.5 Mối liên hệ yếu tố dạng phương trình Ví dụ: I1=3*I2, R1=2*sin(U2)+2, R1^2=R3^2+1 Vấn đề cần tính: Một hay nhiều yếu tố cần tìm Xuất ra: Hình vẽ mạch giá trị yếu tố cần tính, kèm lời giải chi tiết Thu thập tri thức Cơ sở tri thức gồm: Các khái niệm yếu tố mạch điện chiều: Xét yếu tố mạch điện chiều liệt kê sau đây: I: Cường độ dòng điện R: Điện trở U: Hiệu điện P: Công suất tiêu thụ điện Các loại đối tượng mạch điện chiều: Điện trở Bóng đèn Ampe kế Vôn kế Nguồn Các hệ thức liên hệ nội yếu tố đối tượng mạch: Định Luật Ôm: I = U/R Các công thức tính công suất: P = U*I = R*I2 = U2/R Các hệ thức liên hệ đối tượng cách mắc mạch: Page 3 - Mạch mắc song song: U t = U = U I t = I + I - Mạch mắc nối tiếp: U t = U + U I t = I = I R t = R + R Biểu diễn tri thức Mô hình biểu diễn tri thức mô hình kết hợp với Mạng tính toán[1] Gồm hai thành phần: Tập hợp yếu tố đối tượng mạch điện chiều, yếu tố biểu diễn biến thực dương thu thập phần II.1 Tập hợp quan hệ biến Các yếu tố mạch điện chiều biểu diễn biến có số Ví dụ: I1, I2, I3 : tên biến đại diện cho cường độ dòng điện qua đối tượng có số 1, 2, 3… kèm theo R1, R2, R3 : tên biến đại diện cho điện trở đối tượng có số 1, 2, 3… U1,U2,U3 : tên biến đại diện cho hiệu điện đối tượng có số 1, 2, 3… Các quan hệ biến biểu diễn sau: { phương trình quan hệ} - Ví dụ: {I=U/R} {P=U*I} { P = R * ( I^2 ) } { U3 = U2 } { I3 = I1 + I2 } { 1/R3 = 1/R1 + 1/R2 } Tổ chức lưu trữ máy tính Lưu trữ dạng tập tin TEXT có cấu trúc: File lưu biến số mạch điện chiều đơn vị tính tương ứng Page Tên file: Facts.txt Cấu trúc file: Cac phan cua mot doi tuong cua mach: { I(A), R(Om), U(V), P(W) } Chuthich: I : Cuong dong dien R : Dien tro U : Hieu dien the P : Cong suat tieu thu File lưu giá trị mặc định đầu vào cho yếu tố cần xác định trước đối tượng mạch điện chiều bào gồm điện trở (R), bóng đèn (L), dây dẫn (W), vôn kế(V), Ampe kế(A): Tên file: Items.txt Cấu trúc file: Begin R: {I, R, U, P} //Dien tro L: {I, R, U, P} //Bong den W: {I, R=0, U=0, P=0} //Day dan V: {I=0, R=10000, U, P=0} //Von ke A: {I, R=0, U=0, P=0} //Ampe ke End File lưu quan hệ nội yếu tố đối tượng mạch Tên file: InternalRels.txt Cấu trúc file: Cac cong thuc quan he giua cac doi tuong quan he noi tiep: { I = U/R } { P = U*I } { P = R*(I^2) } { P = (U^2)/R } File lưu quan hệ yếu tố mạch mắc song song Tên file: ParallelRels.txt Cấu trúc file: Cac cong thuc quan he giua cac doi tuong quan he noi tiep: { U1 = U2 } { U3 = U1 } Page { U3 = U2 } { I3 = I1 + I2 } { 1/R3 = 1/R1 + 1/R2 } Chuthich: I3, R3, U3: đại diện đối tượng phát sinh, giá trị tổng mạch gồm đối tượng thành phần với số đại diện File lưu quan hệ yếu tố mạch mắc nối tiếp Tên file: SeriesRels.txt Cấu trúc file: Cac cong thuc quan he giua cac doi tuong quan he noi tiep: { U3 = U1 + U2 } { I1 = I2 } { I3 = I1 } { I3 = I2 } { R3 = R1 + R2 } Chuthich: I3, R3, U3: đại diện đối tượng phát sinh, giá trị tổng mạch gồm đối tượng thành phần với số đại diện II THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ SUY DIỄN Mô hình toán a Mô hình: Dựa việc nghiên cứu toán cụ thể ta đề xuất mô hình toán tổng quát mô hình tri thức Mạng tính toán[2,3] gồm phần sau: A, B, C ( M, F ) Trong đó: • • • • A tập hợp đối tượng tính toán có giả thuyết B tập hợp đối tượng tính toán mục tiêu C tập hợp điều kiện, quan hệ đối tượng tính toán M tập hợp đầy đủ đối tượng tính toán không gian cho bao gồm đối tượng phát sinh tiền xử lí trước đưa vào mô hình Page • F tập hợp quan hệ đối tượng tính toán tập M Ví dụ: Cho mạch điện có biểu thức quan hệ sau: ((R1//R2)ntR3)ntR4 Cho U4=4, R3=2, I1=1.5, I2=2/3 *I1 U1234=12 Tính R2, I3 ? (Chú thích U1234 yếu tố đối tượng phát sinh có số “1234”) Bài toán mô hình hóa theo mô hình sau: A: { U4=4, R3=2, I1=1.5, U1234=12} B: {R2, I3} C:= f: I2 =2/3 * I1 M := {I1, R1, U1, P1, I2, R2, U2, P2, I3, R3, U3, P3, I4, R4, U4, P4, I12, R12, U12, P12, I123, R123, U123, P123, I1234, R1234, U1234, P1234 } Trong biến tập M khái niệm phần I.2 (thu thập tri thức) F : tập bao gồm phương trình f: I2 =2/3 * I1 C phương trình quan hệ nội yếu tố đối tượng, phương trình quan hệ song song nối tiếp toán dựa sở mục I.2 (thu thập tri thức) b Đặc tả toán: Đề mô tả dạng tập tin văn có cấu trúc đơn giản sau: Begin Relation: { } Hypothesis: {< tên đối tượng 1> = , = , , = } Conditions: {,, ,} Targets: {, , , } Page End Ví dụ đặc tả toán nêu phần II.1.a( mô hình) Begin Relation: {((R1//R2)ntR3)ntR4} Hypothesis: {U1234=12, U4=4, R3=2, I1=1.5} Conditions: { I2 =2*I1 /3} Targets: {R2, I3} End Thuật giải Sau số định nghĩa lại để dễ dàng đồng hóa với chương trình giải toán điện chiều: 1) 2) 3) 4) a ListRelations (M, F) ListNodes A ListEquations C ListTargets B Các bước chuẩn bị: Bước 1: Tạo đối tượng từ chuỗi quan hệ mắc đối tượng mạch, bao gồm đối tượng phát sinh Sử dụng kĩ xử lý chuỗi tạo nhị phân để giải vấn đề Page Ví dụ: từ chuỗi (R1//R2)NtR3 ta biểu diễn trực quan sau: Chú thích: Tên đối tượng có dạng “R + index _lesft + index_right” Như ta thấy hình vẽ đối tượng tạo từ đối tượng R1 R2 có tên R12 Op(Operator) toán tử: * -> song song, + -> nối tiếp Bước 2: tạo quan hệ(Relations) nội bộ, quan hệ song song, nối tiếp đối tượng : Page Sau biểu diễn trực quan relation: Bây ta có tập sau: ListNodes, ListRelations, ListTarget Bước 3: Tạo mạng lưới đồ thị từ ListNodes ListRelations: Gom node relation ta đồ thị chưa liên thông Và ta tiến hành kết nối chúng với Ta tiến hành liên kết relation khác có node tên với Đồng node ListNodes(các node cho giả thiết có giá trị) với node đồ thị, đồng thời kích hoạt relation chứa b Quá trình tìm lời giải: Bước 1: Loại bỏ yếu tố cần tìm mà tồn giá trị(đã cho giả thiết) cách xóa node ListTargets mà có ListNodes Bước 2: Chạy node ListTargets để tìm đường đến Target Page 10 Bước 3: Sau nhận node trả từ bước Nếu node null kết luận không tìm lời giải Ngược lại sang bước Bước 4: Ta dò ngược lại từ node để tìm danh sách relation chứa phương trình áp dụng tìm node Bước 5: Xóa bỏ relation trùng tìm đối tượng riêng lẻ c Ví dụ minh họa cho thuật giải Cho mạch điện có biểu thức quan hệ sau: ((R1//R2)ntR3)ntR4 Cho U4=4, R3=2, I1=1.5, I2=2/3 *I1 U1234=12 Tính R2, I3 ? - Mô tả toán: Page 11 Giả thiết: {((R1//R2)ntR3)ntR4, U4=4, R3=2, I1=1.5, I2=2/3 *I1,U1234=12 } • Kết luận: tính {R2, I3 } Ghi nhận thông tin toán theo mô hình mạng tính toán kết hợp với đồ thị: • - Begin Relation: {((R1//R2)ntR3)ntR4} Hypothesis: {U1234=12, U4=4, R3=2, I1=1.5} Conditions: { I2 =2*I1 /3} Targets: {R2, I3} End - Trình tự suy diễn toán mô tả qua lời giải sau: Áp dụng công thức f: I12 =I1 +I2 Ta có: I12 = I1+I2 Thế giá trị vào ta được: I12 = 1.5+ I12=2.5 (A) Áp dụng công thức f: I12 =I3 Ta có: I3 = I12 Thế giá trị vào ta được: I3=2.5 (A) Áp dụng công thức f: I3=U3/R3 Ta có: U3 = I3*R3 Thế giá trị vào ta được: U3 = 2.5* U3=5 (V) Áp dụng công thức f: U1234 =U123 +U4 Ta có: U123 = U1234-U4 Thế giá trị vào ta được: U123 = 12- U123=8 (V) Page 12 Áp dụng công thức f: U123 =U12 +U3 Ta có: U12 = U123-U3 Thế giá trị vào ta được: U12 = 8- U12=3 (V) Áp dụng công thức f: U12 =U2 Ta có: U2 = U12 Thế giá trị vào ta được: U2=3 (V) Áp dụng công thức f: I2=U2/R2 Ta có: R2 = U2/I2 Thế giá trị vào ta được: R2 = 3/ R2=3 (Om) III CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM - Chương trình viết ngôn ngữ C# không hỗ trợ bên thứ - Vẽ mạch điện thực duyệt theo hướng trái- phải-cha Vì việc vẽ mạch đơn giản nên nhóm không trình bày chi tiết - Theo khảo sát toán từ bậc trung học sở, thường trung bình toán có khoảng đối tượng mạch Vì lí chương trình xử lý khoảng 10 đối tượng thành phần - Một vài hạn chế chương trình là: Khi người nhập sai chương trình báo lỗi chung chung Một số dạng quan hệ dạng tam thức bậc chưa giải - Giao diện chương: Page 13 - Hướng dẫn sử dụng chương trình: : Mở hộp thoại để chọn đề mẫu: Page 14 : Thực lời giải cho tập: Page 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] GSTS Hoàng Kiếm & PGS.TS Đỗ Văn Nhơn- Mạng tính toán ứng dụng (1996) [2] Nhon Van Do, Constructing of Intelligent Computation Systems, Ph.D Thesis, National University of Ho Chi Minh City (2002) [3] Nhon Do, Tam Pham - Problem Solving Techniques with Extensive Computational Network and Applying in an Educational Software (2010) Page 16 [...]... trình bày chi tiết - Theo khảo sát các bài toán từ bậc trung học cơ sở, thường thì trung bình một bài toán có khoảng dưới 8 đối tượng trong mạch Vì lí do đó chương trình này cũng xử lý khoảng dưới 10 đối tượng thành phần - Một vài hạn chế của chương trình là: Khi người nhập sai thì chương trình chỉ báo lỗi chung chung Một số dạng quan hệ dạng tam thức bậc 2 chưa giải được - Giao diện chương: Page 13... *I1 và U1234=12 Tính R2, I3 ? - Mô tả bài toán: Page 11 3 Giả thiết: {((R1//R2)ntR3)ntR4, U4=4, R3=2, I1=1.5, I2=2/3 *I1,U1234=12 } • Kết luận: tính {R2, I3 } Ghi nhận thông tin của bài toán theo mô hình mạng tính toán kết hợp với đồ thị: • - Begin Relation: {((R1//R2)ntR3)ntR4} Hypothesis: {U1234=12, U4=4, R3=2, I1=1.5} Conditions: { I2 =2*I1 /3} Targets: {R2, I3} End - Trình tự suy diễn của bài toán. .. các giá trị vào ta được: U12 = 8- 5 U12=3 (V) Áp dụng công thức f: U12 =U2 Ta có: U2 = U12 Thế các giá trị vào ta được: U2=3 (V) Áp dụng công thức f: I2=U2/R2 Ta có: R2 = U2/I2 Thế các giá trị vào ta được: R2 = 3/ 1 R2=3 (Om) III CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM - Chương trình được viết trên ngôn ngữ C# không hỗ trợ của bên thứ 3 - Vẽ mạch điện được thực hiện duyệt cây theo hướng trái- phải-cha Vì việc vẽ mạch đơn...3 Bước 3: Sau khi nhận một node trả về từ bước 2 Nếu node này null thì kết luận không tìm được lời giải Ngược lại sang bước 4 Bước 4: Ta dò ngược lại từ node đó để tìm danh sách các relation chứa các phương trình áp dụng tìm node đó Bước 5: Xóa bỏ các relation trùng nhau do tìm từng đối tượng riêng lẻ c Ví dụ minh họa cho thuật giải Cho mạch điện có biểu thức quan hệ sau: ((R1//R2)ntR3)ntR4... tả qua lời giải như sau: Áp dụng công thức f: I12 =I1 +I2 Ta có: I12 = I1+I2 Thế các giá trị vào ta được: I12 = 1.5+ 1 I12=2.5 (A) Áp dụng công thức f: I12 =I3 Ta có: I3 = I12 Thế các giá trị vào ta được: I3=2.5 (A) Áp dụng công thức f: I3=U3/R3 Ta có: U3 = I3*R3 Thế các giá trị vào ta được: U3 = 2.5* 2 U3=5 (V) Áp dụng công thức f: U1234 =U123 +U4 Ta có: U123 = U1234-U4 Thế các giá trị vào ta được:... thức bậc 2 chưa giải được - Giao diện chương: Page 13 3 - Hướng dẫn sử dụng chương trình: : Mở hộp thoại để chọn các đề mẫu: Page 14 3 : Thực hiện lời giải cho bài tập: Page 15 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] GSTS Hoàng Kiếm & PGS.TS Đỗ Văn Nhơn- Mạng tính toán và ứng dụng (1996) [2] Nhon Van Do, Constructing of Intelligent Computation Systems, Ph.D Thesis, National University of Ho Chi Minh City (2002) [3]