Đang tải... (xem toàn văn)
Chương I: GIỚI THIỆU 4 Chương II: MÔ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN 5 1) Các đối tượng tính toán 2) Thành phần của mô hình COKB 3) Các loại sự kiện trong mô hình COKB 4) Ngôn ngữ kỹ thuật 5) Ví dụ về mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán 5 7 11 13 16 Chương III: MẠNG CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN 24 1) Định nghĩa 1 2) Định nghĩa 2 24 25 Chương IV: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 28 1) Cấu trúc hệ thống 2) Kỹ thuật thiết kế 3) Cấu trúc của các tập tin lưu trữ các thành phần trong COKB 4) Ưu điểm của mô hình COKB 28 29 31 34 Chương V: CÁC ỨNG DỤNG 35 Các phương pháp biểu diễn tri thức truyền thống được quan tâm và hữu ích cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, những phương pháp này thì không đủ và không dễ dàng để sử dụng cho việc xây dựng những chương trình thông minh hoặc các hệ thống cơ sở tri thức trong các lĩnh vực tri thức khác nhau, đặc biệt là các chương trình mà dữ liệu đầu ra con người có thể đọc được. Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán (mô hình COKB) đã được thiết lập từ phương pháp tiếp cận đối tượng định hướng để biểu diễn tri thức cùng với kỹ thuật lập trình cho việc tính toán đối tượng. Đã có nhiều kết quả và các công cụ cho phương pháp tiếp cận đối tượng, và một số nguyên tắc cũng như kỹ thuật trình bày. Với cách này cũng cho chúng ta một phương pháp để mô hình các bài toán và để thiết kế các thuật toán. Các mô hình này rất hữu ích cho việc xây dựng các thành phần và toàn bộ cơ sở tri thức của hệ thống thông minh trong thực hành các lĩnh vực tri thức. 1) CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN Trong nhiều bài toán chúng ta thường gặp nhiều loại đối tượng khác nhau. Mỗi đối tượng có các thuộc tính và các mối quan hệ bên trong giữa chúng. Các đối tượng này cũng có những hành vi cơ sở nhằm giải quyết các bài toán dựa vào các thuộc tính của chúng. Những quan hệ này giúp ta thực hiện sự suy diễn, tính toán và giải một số bài toán suy diễntính toán trên các thuộc tính của đối tượng. Ví dụ: trong giải toán hình học, một tam giác với các thuộc tính như 3 cạnh, 3 góc trong, diện tích, nửa chu vi, bán kính vòng tròn ngoại tiếp, … cùng với các công thức liên hệ giữa các thuộc tính đó sẽ cho ta một cấu trúc của một đối tượng như thế. Theo cách tiếp cận hướng đối tượng trong biểu diễn tri thức và giải toán, chúng ta tích hợp vào cấu trúc đối tượng trên một số hành vi giải toán nhất định để tạo ra một đối tượng. Dựa trên các đối tượng này, nhiều bài toán khác nhau có thể được biểu diễn dưới dạng mạng các đối tượng. Cách biểu diễn này có thể được áp dụng một cách có hiệu quả trong các hệ giải toán, chẳng hạn như các hệ giải các bài toán hình học. So với các phương pháp được trình bày trong các tài liệu khác, cách mô hình này tỏ ra có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng biểu diễn hầu như toàn bộ tri thức và các dạng bài toán tổng quát thuận tiện cho việc phát triển các thuật toán giải tự động và cung cấp những lời giải tự nhiên và phù hợp với cách nghĩ và viết của con người. Ngoài ra, nó còn giúp ích cho việc thiết kế và cài đặt phần cơ sở tri thức cũng như ngôn ngữ qui ước để đặc tả bài toán. Các kết quả nghiên cứu liên quan đến khái niệm về đối tượng tính toán và mô hình tri thức các đối tượng tính toán cùng với một số áp dụng của các mô hình được trình bày trong các bài báo. Một đối tượng tính toán (hoặc CObject) các đặc điểm sau đây: (i) Nó đã có các thuộc tính giá trị. Bộ thuộc tính bao gồm tất cả thuộc tính của đối tượng O sẽ được ký hiệu là M(O). (ii) Có các quan hệ tính toán bên trong giữa các thuộc tính của một đối tượng tính toán O. Điều này được thể hiện trong các tính năng của đối tượng sau: Với một tập hợp con A của M(O). Đối tượng O có thể hiển thị các thuộc tính mà có thể được xác định từ A. Đối tượng O sẽ cho giá trị của một thuộc tính. Nó cũng có thể hiển thị quá trình bên trong của việc xác định các thuộc tính. Các đối tượng tính toán có cấu trúc có thể được mô hình hóa bằng (Attrs, F, Facts, Rules). Attrs là một tập các thuộc tính, trong đó mỗi thuộc tính lấy giá trị trong một miền xác định nhất định, và giữa các thuộc tính ta có các quan hệ thể hiện qua các sự kiện, các luật suy diễn hay các công thức tính toán. F là một tập hợp các phương trình được gọi là các quan hệ tính toán, Facts là một bộ các thuộc tính hiện hữu của đối tượng hoặc các sự kiện của các đối tượng, và Rules là một bộ quy tắc suy diễn trong các Fact. Ví dụ, kiến thức về một hình tam giác bao gồm các yếu tố (các góc, các cạnh, …) cùng với các công thức và một số thuộc tính của chúng có thể được mô hình hóa như là một lớp của các đối tượng tính toán. Các tập của đối tượng tính toán thì như sau: Attrs = {A, B, C, a, b, c, R, S, p, ha, hb, hc} là tập tất cả các thuộc tính của một tam giác. F = {A+B+C= ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; …} Facts = {a+b>c; a+c>b; b+c>a; …} Rules = { {a>b} {A>B}; {b>c} {B>C}; {c>a} {C>A}; {a=b} {A=B}; {a2 = b2 + c2} {A=pi2}; {A=pi2} {a2 = b2 + c2, b c}; …} Một đối tượng có hành vi cơ bản để giải quyết các bài toán trên những thuộc tính của nó. Các đối tượng là được trang bị những khả năng để giải quyết các bài toán như là: a. Xác định bao đóng của một tập các thuộc tính. b. Thực hiện giảm trừ và đưa ra câu trả lời cho các câu hỏi về các bài toán của biểu mẫu: xác định một số thuộc tính từ một số thuộc tính khác. c. Thực hiện tính toán. d. Đề xuất việc hoàn thành giả thuyết nếu cần thiết. Ví dụ: Khi một đối tượng tam giác được yêu cầu để cung cấp lời giải cho bài toán từ một cạnh a, 2 góc B và C để tìm diện tích ( {a, B, C} S ), nó sẽ cho một giải pháp bao gồm ba bước sau đây: Bước 1: Xác định A, A = B – C; Bước 2: Xác định b, b = a.sin(B)sin(A); Bước 3: Xác định S, S = a.b.sin(C)2; 2) THÀNH PHẦN CỦA MÔ HÌNH COKB Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán (mô hình COKB) bao gồm 6 thành phần: (C, H, R, Ops, Funcs, Rules) Trong đó: C là một tập các khái niệm của các đối tượng tính toán. Mỗi khái niệm trong C một lớp các đối tượng tính toán. H là một tập quan hệ hệ thống phân cấp về các khái niệm. R là một tập các mối quan hệ về các khái niệm. Ops là một tập các toán tử. Funcs là một tập các hàm. Rules là một tập các luật. a. Tập C các khái niệm về các CObject: Mỗi khái niệm là một lớp CObject có cấu trúc và được phân cấp theo sự thiết lập của cấu trúc đối tượng: 1 Các biến thực. 2 Các đối tượng cơ bản có cấu trúc rỗng hoặc có cấu trúc gồm một số thuộc tính thuộc kiểu thực (ví dụ như DIEM không có thuộc tính giá trị thực trong hình học phẳng). Các đối tượng loại này làm nền cho các đối tượng cấp cao hơn. 3 Các đối tượng CObject cấp 1. Loại đối tượng này có một thuộc tính loại và có thể được thiết lập từ một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Ví dụ: DOANA,B và GOCA,B,C trong đó A, B, C là các đối tượng cơ bản loại DIEM. 4 Các đối tượng CObject cấp 2. Loại đối tượng này có các thuộc tính loại real và các thuộc tính thuộc loại đối tượng cấp 1, và đối tượng có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Ví dụ: TAM_GIACA,B,C và TU_GIACA,B,C,D, trong đó A, B, C, D là các đối tượng cơ bản loại DIEM. Cấu trúc bên trong của mỗi lớp đối tượng gồm: Kiểu đối tượng. Kiểu nầy có thể là loại kiểu thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Danh sách các thuộc tính, mỗi thuộc tính có kiểu thực, kiểu đối tượng cơ bản hay kiểu đối tượng cấp thấp hơn. Quan hệ trên cấu trúc thiết lập. Quan hệ này thể hiện các sự kiện về sự liên hệ giữa đối tượng và các đối tượng nền (tức là các đối tượng thuộc danh sách đối tượng nền). Tập các điều kiện ràng buộc trên các thuộc tính. Tập các tính chất nội tại liên quan đến các thuộc tính của đối tượng. Mỗi tính chất nầy cho ta một sự kiện của đối tượng. Tập các quan hệ suy diễn tính toán. Mỗi quan hệ thể hiện một qui luật suy diễn và cho phép ta có thể tính toán một hay một số thuộc tính nầy từ một số thuộc tính khác của đối tượng. Tập các luật suy diễn trên các loại sự kiện khác nhau liên quan đến các thuộc tính của đối tượng hay bản thân đối tượng. Mỗi luật suy diễn có dạng: các sự kiện giả thiếtcác sự kiện kết luận Cùng với cấu trúc trên, đối tượng còn được trang bị các hành vi cơ bản trong việc giải quyết các bài toán suy diễn và tính toán trên các thuộc tính của đối tượng, bản thân đối tượng hay các đối tượng liên quan được thiết lập trên nền của đối tượng (nếu đối tượng được thiết lập trên một danh sách các đối tượng nền nào đó).
Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN KHĨA LUẬN BIỂU DIỄN TRI THỨC ĐỀ TÀI TÌM HIỂU MƠ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN Học viên : Nguyễn Tấn Mã số: CH1101038 Lớp : Cao học – Khóa GVHD: TS Đỗ Văn Nhơn Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn MỤC LỤC Trang Mục lục Lời mở đầu Chương I: GIỚI THIỆU Chương II: MƠ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN 1) Các đối tượng tính tốn 2) Thành phần mơ hình COKB 3) Các loại kiện mơ hình COKB 4) Ngơn ngữ kỹ thuật 5) Ví dụ mơ hình sở tri thức đối tượng tính tốn 5 11 13 16 Chương III: MẠNG CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN 1) Định nghĩa 2) Định nghĩa 24 24 Chương IV: 1) 2) 3) 4) 28 28 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ Cấu trúc hệ thống Kỹ thuật thiết kế Cấu trúc tập tin lưu trữ thành phần COKB Ưu điểm mơ hình COKB 25 29 31 Chương V: CÁC ỨNG DỤNG 34 35 Chương VI: KẾT LUẬN 39 Tài liệu tham khảo 40 Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ, người muốn máy tính hiểu biểu diễn tri thức cách tự nhiên người Cho đến có nhiều mơ hình kiến thức đề xuất ứng dụng khoa học trí tuệ nhân tạo Nhu cầu biểu diễn tri thức thực bùng nổ, theo đó, nhiều mơ hình kiến thức mạng ngữ nghĩa, đồ thị khái niệm mạng nơron Những mơ hình cơng cụ hữu ích để thiết kế hệ thống thông minh Tuy nhiên, chúng khơng thích hợp để biểu diễn tri thức lĩnh vực thực tế Từ khó khăn đó, mơ hình biểu diễn tri thức gọi mơ hình biểu diễn tri thức đối tượng tính tốn (gọi tắt mơ hình COKB) Tiến sĩ Đỗ Văn Nhơn đời ứng dụng hiệu việc biểu diễn tri thức lĩnh vực thực tế nêu trên, lĩnh vực giáo dục, giúp xây dựng hệ thống giải toán thông minh phổ thông bậc đại học Cùng với kiến thức cung cấp môn học biểu diễn tri thức, em chọn đề tài “Tìm hiểu mơ hình sở tri thức đối tượng tính tốn” làm nội dung nghiên cứu Để hồn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Đỗ Văn Nhơn, người dẫn tận tình, cung cấp thơng tin, tư liệu giảng có giá trị để giúp em hồn thành đề tài Việc đầu tư nghiên cứu đề tài nhiều hạn chế, mang tính chất khóa luận mơn học, tìm hiểu mức độ khái qt vấn đề Do khơng thể tránh thiếu sót Kính mong thơng cảm chia sẻ thầy Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2013 Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Trong khoa học trí tuệ nhân tạo, mơ hình phương pháp biểu diễn tri thức đóng vai trò quan trọng việc thiết kế hệ thống sở tri thức hệ thống chuyên gia Ngày có nhiều mơ hình tri thức khác đề xuất áp dụng Nhiều phương pháp biểu diễn tri thức phổ biến việc thiết kế hệ thống sở tri thức (KBS) hệ thống thông minh logic vị ngữ, lưới ngữ nghĩa, khung nhìn luật suy diễn Nhiều phương pháp kỹ thuật trình bày Trong đó, phương pháp mạng nơron logic vị từ sử dụng cho tính tốn thơng minh Một số phương pháp phù hợp cho việc biểu diễn xử lý ngữ nghĩa đồ thị khái niệm Các phương pháp hữu ích cho việc thiết kế hệ thống thông minh để giải vấn đề phức tạp Tuy nhiên, nhiều trường hợp, phương pháp khơng phù hợp để biểu diễn tri thức lĩnh vực ứng dụng thực tế, đặc biệt hệ thống mà giải toán thực tế dựa sở tri thức Vì vậy, cần thiết để phát triển mơ hình để biểu diễn tri thức lĩnh vực thực tế để biểu diễn vấn đề tri thức Các mơ hình biểu diễn tri thức sử dụng để thiết kế hệ thống sở tri thức hệ thống thông minh thực tế Mơ hình trình bày mơ hình tri thức sở đối tượng tính tốn Mơ hình sử dụng để biểu diễn tri thức tổng quát thiết kế thành phần hệ thống sở tri thức Hơn nữa, mạng đối tượng tính tốn sử dụng cho vấn đề mơ hình lĩnh vực tri thức Những mơ hình cơng cụ cho việc thiết kế động suy diễn hệ thống Các mơ hình sử dụng việc thiết kế số hệ thống sở tri thức giáo dục để giải vấn đề hệ thống hỗ trợ nghiên cứu tri thức giải phân tích vấn đề hình học, chương trình nghiên cứu giải tốn hình học phẳng, chương trình giải tốn dòng điện xoay chiều vật lý Những ứng dụng thực cách sử dụng công cụ lập trình hệ thống đại số tính tốn C++, JAVA, MAPLE Chúng dễ sử dụng cho học sinh việc nghiên cứu tri thức, để giải toán cách động đưa giải pháp mà người chấp nhận Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn CHƯƠNG II: MƠ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN Các phương pháp biểu diễn tri thức truyền thống quan tâm hữu ích cho nhiều ứng dụng Tuy nhiên, phương pháp khơng đủ khơng dễ dàng để sử dụng cho việc xây dựng chương trình thơng minh hệ thống sở tri thức lĩnh vực tri thức khác nhau, đặc biệt chương trình mà liệu đầu người đọc Mơ hình sở tri thức đối tượng tính tốn (mơ hình COKB) thiết lập từ phương pháp tiếp cận đối tượng định hướng để biểu diễn tri thức với kỹ thuật lập trình cho việc tính tốn đối tượng Đã có nhiều kết công cụ cho phương pháp tiếp cận đối tượng, số nguyên tắc kỹ thuật trình bày Với cách cho phương pháp để mơ hình tốn để thiết kế thuật tốn Các mơ hình hữu ích cho việc xây dựng thành phần toàn sở tri thức hệ thống thông minh thực hành lĩnh vực tri thức 1) CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN Trong nhiều toán thường gặp nhiều loại đối tượng khác Mỗi đối tượng có thuộc tính mối quan hệ bên chúng Các đối tượng có hành vi sở nhằm giải tốn dựa vào thuộc tính chúng Những quan hệ giúp ta thực suy diễn, tính tốn giải số tốn suy diễn-tính tốn thuộc tính đối tượng Ví dụ: giải tốn hình học, tam giác với thuộc tính cạnh, góc trong, diện tích, nửa chu vi, bán kính vòng tròn ngoại tiếp, … với công thức liên hệ thuộc tính cho ta cấu trúc đối tượng Theo cách tiếp cận hướng đối tượng biểu diễn tri thức giải tốn, tích hợp vào cấu trúc đối tượng số hành vi giải toán định để tạo đối tượng Dựa đối tượng này, nhiều tốn khác biểu diễn dạng mạng đối tượng Cách biểu diễn áp dụng cách có hiệu hệ giải toán, chẳng hạn hệ giải tốn hình học So với phương pháp trình bày tài liệu khác, cách mơ hình tỏ có nhiều ưu điểm, đặc biệt khả biểu diễn tồn tri thức dạng tốn tổng quát thuận tiện cho việc phát triển thuật toán giải tự động Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn cung cấp lời giải tự nhiên phù hợp với cách nghĩ viết người Ngoài ra, giúp ích cho việc thiết kế cài đặt phần sở tri thức ngôn ngữ qui ước để đặc tả toán Các kết nghiên cứu liên quan đến khái niệm đối tượng tính tốn mơ hình tri thức đối tượng tính tốn với số áp dụng mơ hình trình bày báo Một đối tượng tính tốn (hoặc C-Object) đặc điểm sau đây: (i) Nó có thuộc tính giá trị Bộ thuộc tính bao gồm tất thuộc tính đối tượng O ký hiệu M(O) (ii) Có quan hệ tính tốn bên thuộc tính đối tượng tính tốn O Điều thể tính đối tượng sau: - Với tập hợp A M(O) Đối tượng O hiển thị thuộc tính mà xác định từ A - Đối tượng O cho giá trị thuộc tính - Nó hiển thị q trình bên việc xác định thuộc tính Các đối tượng tính tốn có cấu trúc mơ hình hóa (Attrs, F, Facts, Rules) Attrs tập thuộc tính, thuộc tính lấy giá trị miền xác định định, thuộc tính ta có quan hệ thể qua kiện, luật suy diễn hay cơng thức tính tốn F tập hợp phương trình gọi quan hệ tính tốn, Facts thuộc tính hữu đối tượng kiện đối tượng, Rules quy tắc suy diễn Fact Ví dụ, kiến thức hình tam giác bao gồm yếu tố (các góc, cạnh, …) với công thức số thuộc tính chúng mơ hình hóa lớp đối tượng tính tốn Các tập đối tượng tính tốn sau: Attrs = {A, B, C, a, b, c, R, S, p, ha, hb, hc} tập tất thuộc tính tam giác F = {A+B+C= ; Nguyễn Tấn – CH1101038 a b c a b 2 R ; 2 R ; 2 R ; ; sin A sin B sin C sin A sin B Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán a c b c 1 ; ; S bc sin A ; S ac sin B ; S ab sin C ; sin A sin C sin B sin C 2 …} Facts = {a+b>c; a+c>b; b+c>a; …} Rules = { {a>b} {A>B}; {b>c} {B>C}; {c>a} {C>A}; {a=b} {A=B}; {a^2 = b^2 + c^2} {A=pi/2}; {A=pi/2} {a^2 = b^2 + c^2, b c}; …} Một đối tượng có hành vi để giải toán thuộc tính Các đối tượng trang bị khả để giải toán là: a Xác định bao đóng tập thuộc tính b Thực giảm trừ đưa câu trả lời cho câu hỏi tốn biểu mẫu: xác định số thuộc tính từ số thuộc tính khác c Thực tính tốn d Đề xuất việc hồn thành giả thuyết cần thiết Ví dụ: Khi đối tượng tam giác yêu cầu để cung cấp lời giải cho tốn từ cạnh a, góc B C để tìm diện tích ( {a, B, C} S ), cho giải pháp bao gồm ba bước sau đây: Bước 1: Xác định A, A = - B – C; Bước 2: Xác định b, b = a.sin(B)/sin(A); Bước 3: Xác định S, S = a.b.sin(C)/2; 2) THÀNH PHẦN CỦA MƠ HÌNH COKB Mơ hình sở tri thức đối tượng tính tốn (mơ hình COKB) bao gồm thành phần: (C, H, R, Ops, Funcs, Rules) Trong đó: - C tập khái niệm đối tượng tính tốn Mỗi khái niệm C lớp đối tượng tính toán - H tập quan hệ hệ thống phân cấp khái niệm - R tập mối quan hệ khái niệm - Ops tập toán tử Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn - Funcs tập hàm - Rules tập luật a Tập C khái niệm C-Object: Mỗi khái niệm lớp C-Object có cấu trúc phân cấp theo thiết lập cấu trúc đối tượng: [1] Các biến thực [2] Các đối tượng có cấu trúc rỗng có cấu trúc gồm số thuộc tính thuộc kiểu thực (ví dụ DIEM khơng có thuộc tính giá trị thực hình học phẳng) Các đối tượng loại làm cho đối tượng cấp cao [3] Các đối tượng C-Object cấp Loại đối tượng có thuộc tính loại thiết lập từ danh sách đối tượng Ví dụ: DOAN[A,B] GOC[A,B,C] A, B, C đối tượng loại DIEM [4] Các đối tượng C-Object cấp Loại đối tượng có thuộc tính loại real thuộc tính thuộc loại đối tượng cấp 1, đối tượng thiết lập danh sách đối tượng Ví dụ: TAM_GIAC[A,B,C] TU_GIAC[A,B,C,D], A, B, C, D đối tượng loại DIEM Cấu trúc bên lớp đối tượng gồm: - Kiểu đối tượng Kiểu nầy loại kiểu thiết lập danh sách đối tượng - Danh sách thuộc tính, thuộc tính có kiểu thực, kiểu đối tượng hay kiểu đối tượng cấp thấp - Quan hệ cấu trúc thiết lập Quan hệ thể kiện liên hệ đối tượng đối tượng (tức đối tượng thuộc danh sách đối tượng nền) - Tập điều kiện ràng buộc thuộc tính - Tập tính chất nội liên quan đến thuộc tính đối tượng Mỗi tính chất nầy cho ta kiện đối tượng - Tập quan hệ suy diễn - tính tốn Mỗi quan hệ thể qui luật suy diễn cho phép ta tính tốn hay số thuộc tính nầy từ số thuộc tính khác đối tượng Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn - Tập luật suy diễn loại kiện khác liên quan đến thuộc tính đối tượng hay thân đối tượng Mỗi luật suy diễn có dạng: các kiện giả thiếtcác kiện kết luận Cùng với cấu trúc trên, đối tượng trang bị hành vi việc giải toán suy diễn tính tốn thuộc tính đối tượng, thân đối tượng hay đối tượng liên quan thiết lập đối tượng (nếu đối tượng thiết lập danh sách đối tượng đó) b Tập H quan hệ phân cấp loại đối tượng: H đại diện cho mối quan hệ đặc biệt C Mối quan hệ mối quan hệ thứ tự C, H coi biểu đồ Hasse cho mối quan hệ TAM GIÁC VNG CÂN TAM GIÁC VNG TAM GIÁC ĐỀU TAM GIÁC CÂN TAM GIÁC Mối quan hệ đặc biệt lớp tam giác c Tập R khái niệm loại quan hệ C-Object: R tập mối quan hệ khác C, trường hợp quan hệ r quan hệ nhị phân, có đặc tính phản xạ, đối xứng, Trong hình học phẳng hình học giải tích có nhiều mối quan hệ như: quan hệ "phụ thuộc" điểm với đường thẳng, quan hệ "trung điểm" điểm với đoạn thẳng, quan hệ "song song" hai đoạn thẳng, quan hệ "vng góc" hai đoạn thẳng, quan hệ tam giác d Tập Ops toán tử : Thành phần đại diện cho phần tri thức toán tử đối tượng Hầu hết lĩnh vực tri thức có thành phần chứa toán tử Trong Nguyễn Tấn – CH1101038 10 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn Bước 1: Solution empty; Bước 2: if G H then begin Solution_found true; goto Bước 5; end else Solution_found false; Bước 3: Repeat Hold H; Select f F; while not Solution_found and (f found) begin if (applying f from H produces new facts) then begin H H M(f); Add f to Solution; end; if G H then Solution_found true; Select new f F; end; Until { while } Solution_found or (H = Hold); Bước 4: if not Solution_found then begin Select Oi O such that Oi(H) H; if (the selection is successful) then begin H Oi(H); Add Oi to Solution; if (G H) then begin Solution_found true; Nguyễn Tấn – CH1101038 28 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn goto Bước 5; end; else goto Bước 3; end; end; Bước 5: if not Solution_found then There is no solution found; else Solution is a solution of the problem; Ví dụ 2: Xét mạng (O, F) ví dụ tốn H G, mà H = {O 1.a, O1.A} G = {O2.a} Ta có: M(f1) = { O1.c , O3.a }, M(f2) = { O1.b , O4.a }, M(f3) = { O2.b , O4.a }, M(f4) = { O2.c , O3.a }, M(f5) = { O1 , O2 }, M = { O1.a, O1.b, O1.c, O1.A, O2.b, O2.c, O2.A, O2.a, O3.a, O4.a } Thuật toán phát sinh giải pháp D = [f5, O1, f1, f2, f3, f4, O2] Và trình mở rộng tập thuộc tính sau: A0 f5 A4 f3 A1 A5 O f4 A2 A6 f1 O A3 f2 A7 Mà: A0 = A = {O1.a , O1.A}, A1 = {O1.a , O1.A , O2.A }, A2 = {O1.a , O1.A , O2.A , O1.b , O1.c }, A3 = {O1.a , O1.A , O2.A , O1.b , O1.c , O3.a }, A4 = {O1.a , O1.A , O2.A , O1.b , O1.c , O3.a , O4.a }, A5 = {O1.a , O1.A , O2.A , O1.b , O1.c , O3.a , O4.a , O2.b}, A6 = {O1.a , O1.A , O2.A , O1.b , O1.c , O3.a , O4.a , O2.b , O2.c }, Nguyễn Tấn – CH1101038 29 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán A7 = {O1.a , O1.A , O2.A , O1.b , O1.c , O3.a , O4.a , O2.b , O2.c , O2.a} CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1) CẤU TRÚC HỆ THỐNG Một hệ thống sở tri thức mà hỗ trợ tìm kiếm, truy vấn giải tốn có cấu trúc hệ chun gia Chúng ta thiết kế hệ thống bao gồm sáu thành phần: - Cơ sở tri thức - Máy suy luận - Thành phần giải thích - Bộ nhớ làm việc - Quản lý tri thức - Giao diện Cơ sở tri thức chứa tri thức nhằm giải số toán lĩnh vực tri thức cụ thể Các động suy diễn sử dụng kiến thức lưu trữ sở tri thức để giải toán, để tìm kiếm để trả lời truy vấn Nó phải xác định toán sử dụng chiến lược suy luận thích hợp để tìm quy tắc kiện cho việc giải toán Bộ nhớ làm việc lưu trữ kiện quy tắc trình tìm kiếm loại trừ Các thành phần giải thích hỗ trợ để giải thích cơng đoạn, khái niệm q trình giải tốn Nguyễn Tấn – CH1101038 30 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán Quản lý tri thức hỗ trợ cập nhật tri thức vào sở tri thức Nó hỗ trợ tìm kiếm kiến thức kiểm tra quán tri thức Thành phần giao diện hệ thống u cầu để có ngơn ngữ đặc tả để giao tiếp hệ thống với người học, hệ thống với người dạy cho tốt 2) KỸ THUẬT THIẾT KẾ Q trình phân tích thiết kế thành phần hệ thống bao gồm giai đoạn sau Giai đoạn 1: Thu thập kiến thức thực tế dựa mơ hình COKB Giai đoạn 2: Phân loại kiến thức Giai đoạn để phân tích yêu cầu Giai đoạn 3: Xây dựng việc tổ chức sở tri thức cho hệ thống dựa mô hình COKB ngơn ngữ đặc tả Cơ sở tri thức tổ chức theo cấu trúc tập tin văn Chúng bao gồm tập tin đây: - Tập tin OBJECT_KINDS.txt lưu trữ tên khái niệm - Tập tin HIERARCHY.txt lưu trữ thông tin biểu đồ Hasse biểu diễn thành phần H mơ hình COKB - Các tập tin RELATIONS.txt RELATIONS_DEF.txt lưu trữ đặc điểm kỹ thuật quan hệ (thành phần R mơ hình COKB) - Các tập tin OPERATORS.txt OPERATORS_DEF.txt lưu trữ đặc điểm kỹ thuật toán tử (thành phần Ops mơ hình COKB) - Các tập tin FUNCTIONS.txt FUNCTIONS_DEF.txt lưu trữ đặc điểm kỹ thuật hàm (thành phần Funcs mơ hình COKB) - Tập tin FACT_KINDS.txt lưu trữ định nghĩa loại kiện - Tập tin RULES.txt lưu trữ luật suy diễn - Tập tin SOMEOBJECTS.txt lưu trữ đối tượng định Giai đoạn 4: Thực mơ hình toán thiết kế thuật toán Các toán biểu diễn cách sử dụng mạng đối tượng tính tốn Nó bao gồm tập sau: O = {O1, O2, …, On}, Nguyễn Tấn – CH1101038 31 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán F = {f1, f2, …, fm}, Goal = {g1, g2, …, gm} Trong mơ hình trên, tập O gồm n đối tượng tính tốn, F tập kiện cho đối tượng Goal gồm mục tiêu Thiết kế thuật toán suy diễn nhằm giải toán thiết kế giao diện hệ thống phát triển ba bước: Bước 1: Phân loại toán chẳng hạn toán khung, toán xác định chứng kiện, tốn việc tìm kiếm đối tượng kiện, Bước 2: Phân loại kiện biểu diễn chúng dựa loại kiện mơ hình COKB Bước 3: Mơ hình hóa loại tốn từ việc phân lớp bước Từ mơ hình loại, ta xây dựng mơ hình chung cho toán cung cấp cho hệ thống để giải chúng Kỹ thuật để thiết kế thuật toán suy diễn thống kiện Dựa loại kiện cấu trúc chúng, có tiêu chí cho thống đề nghị Sau đó, tạo thuật toán để kiểm tra thống hai kiện Công việc quan trọng làm nghiên cứu chiến lược loại trừ để giải tốn máy tính Điều khó kinh nghiệm cho việc mơ hình hóa, phản ứng hợp lý trực giác người để tìm quy tắc dự đốn mà bắt chước tư người để giải tốn Giai đoạn 5: Tạo ngơn ngữ truy vấn cho mơ hình Các ngơn ngữ giúp thiết kế liên lạc hệ thống người sử dụng thông qua từ ngữ Giai đoạn 6: Thiết kế giao diện phần mềm lập trình phần mềm Ứng dụng ta thực cách sử dụng cơng cụ lập trình hệ thống đại số tính toán Visual Basic.NET C#, SQL Server Chúng dễ dàng sử dụng sinh viên để nghiên cứu, truy vấn giải toán cách tự động Giai đoạn 6: Thực thử nghiệm, trì phát triển ứng dụng Cơng việc tương tự hệ thống tính tốn khác Nguyễn Tấn – CH1101038 32 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn 3) CẤU TRÚC CỦA CÁC TẬP TIN LƯU TRỮ CÁC THÀNH PHẦN TRONG COKB Các tập tin lưu trữ thành phần cở sở tri thức C-Object ghi dạng văn có cấu trúc dựa số từ khóa qui ước cú pháp đơn giản tự nhiên Dưới phần liệt kê cấu trúc tập tin: - Cấu trúc tập tin “Objects.txt” begin_Objects end_Objects - Cấu trúc tập tin “RELATIONS.txt” begin_Relations [, , , ], , , [, , , ], , , end_Relations - Cấu trúc tập tin “Hierarchy.txt” begin_Hierarchy [, ] [, ] end_Hierarchy - Cấu trúc tập tin “.txt” begin_object: [các đối tượng nền] : ; : ; Nguyễn Tấn – CH1101038 33 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn begin_variables : ; : ; end_variables begin_constraints end_constraints begin_properties end_properties begin_computation_relations begin_relation flag= Mf={các thuộc tính} rf=1 vf={ghi thuộc tính kết flag = 0} expf= `biểu thức tính tốn` cost = end_relation end_computation_relations begin_rules begin_rule kind_rule = ""; hypothesis_part: {các kiện giả thiết luật} Nguyễn Tấn – CH1101038 34 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán goal_part: { kiện kết luận luật "Object"} end_rule end_rules end_object begin_inside_net parameters: objects: facts: end_inside_net - Cấu trúc tập tin “Operators.txt” begin_Operators [, [các kiểu toán hạng], , ] [, [các kiểu tốn hạng], , ] end_Operators - Cấu trúc tập tin “FACTS.txt” begin_Facts 1, , , 2, , , end_Facts - Cấu trúc tập tin “RULES.txt” begin_rules begin_rule kind_rule = ""; : ; : ; Nguyễn Tấn – CH1101038 35 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán hypothesis_part: {các kiện giả thiết luật} goal_part: { kiện kết luận luật "Object"} end_rule end_rules 4) ƯU ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH COKB Thích hợp cho việc thiết kế cớ sở tri thức với khái niệm biểu diễn C-Object Cấu trúc tường minh giúp dễ dàng thiết kế môđun truy cập sở tri thức Tiện lợi cho việc thiết kế mơ đun giải tốn tự động Thích hợp cho việc định ngơn ngữ khai báo toán đặc tả toán cách tự nhiên Nguyễn Tấn – CH1101038 36 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn CHƯƠNG V: CÁC ỨNG DỤNG Một số hệ thống thông minh thực tế sản xuất với thiết kế dựa mơ hình COKB ngơn ngữ đặc tả Các ứng dụng bao gồm: - Hệ thống hỗ trợ nghiên cứu tri thức giải toán hình học giải tích Hệ thống bao gồm ba thành phần: giao diện, sở tri thức, mô-đun xử lý tri thức động suy diễn Chương trình có bảng chọn cho người dùng tìm kiếm tri thức họ cần họ truy cập sở tri thức Bên cạnh đó, có cửa sổ cho việc đưa vào toán Người dùng hỗ trợ ngôn ngữ đơn giản cho tốn cụ thể Ngồi có cửa sổ mà chương trình đưa lời giải tốn số liệu - Chương trình nghiên cứu giải tốn hình học phẳng Nó giải tốn mẫu tổng quát Người dùng cần đưa giả thuyết kết tốn dựa vào ngơn ngữ đơn giản đủ mạnh để giải tốn cụ thể Giả thuyết bao gồm đối tượng, quan hệ đối tượng thuộc tính Nó chứa cơng thức, tính chất xác định số thuộc tính giá trị chúng Kết tính tốn thuộc tính, để xác định đối tượng, uan hệ công thức Sau xác định tốn, người dùng u cầu chương trình để giải cách tự động cung cấp hướng dẫn giúp tự giải tốn Chương trình cho lời giải mà người đọc, dễ dàng đọc chấp nhận với cách suy nghĩ viết học sinh giáo viên Chức thứ hai chương trình "Tìm kiếm tri thức " Chức giúp người dùng tìm hiểu tri thức cần thiết cách nhanh chóng Họ tìm kiếm khái niệm, định nghĩa, tính chất, định lý liên quan cơng thức, mẫu tốn - Những ví dụ minh họa chức hệ thống giải toán hình học giải tích hệ thống giải tốn hình học phẳng Hệ thống thiết kế cách sử dụng mơ hình COKB, ngơn ngữ thuật tốn Hệ thống triển khai thực JAVA MAPLE Mỗi ví dụ trình bày tốn ngơn ngữ tự nhiên, tốn cụ thể ngơn ngữ đặc tả để nhập vào hệ thống, giải pháp sản xuất từ hệ thống Nguyễn Tấn – CH1101038 37 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn Ví dụ 1: Cho đường thẳng d có phương trình 3x + 4y – 12 = P Q giao điểm d trục Ox, Oy (a) Tìm trung điểm PQ (b) Tìm hình chiếu O đường thẳng d Đặc điểm toán: Các đối tượng = {[d,đường thẳng], [P,điểm], [Q, điểm]} Giả thuyết = { d.f = (3*x+4*y-12=0), Ox.f = (y=0), O = [0, 0], P = GIAODIEM(Ox, d), Q = GIAODIEM(Oy, d), H = HINHCHIEU(O, d), Oy.f = (x=0)} Kết = { TRUNGDIEM(P, Q), H } Hệ thống cho lời giải: Bước 1: { d.f = (3*x+4*y-12=0), Ox.f = (y=0), Oy.f = (x=0)} {d.f, Ox.f, Oy.f} Bước 2: {Ox.f, Oy.f, d.f} {Ox, Oy, d} Bước 3: {P = GIAODIEM(Ox,d), d, Ox} {P = [4, 0]} Bước 4: {d, Oy, Q = GIAODIEM(Oy, d)} {Q = [0, 3]} Bước 5: {P = [4, 0], Q = [0, 3]} {P, Q} Bước 6: {P, Q} {TRUNGDIEM(P, Q) = [2, 3/2]} Bước 7: {d, H = HINHCHIEU(O, d), O} {H = [36/25, 48/25]} Bước 8: {H = [36/25, 48/25]} {H} Ví dụ 2: Cho hai điểm P(2, 5) Q(5, 1) Giả sử d đường thẳng chứa điểm P khoảng cách từ Q đến d Tìm phương trình đường thẳng d Đặc điểm toán: Các đối tượng = { [P,điểm], [Q, điểm], [d,đường thẳng]} Giả thuyết = {KHOANGCACH(Q, d) = 3, P = [2, 5], Nguyễn Tấn – CH1101038 38 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn Q = [5, 1], [“THUOC”, P, d]} Kết = [d.f] Hệ thống cho lời giải: Bước 1: P = [2, 5] {P} Bước 2: {KHOANGCACH(Q, d) = 3} {KHOANGCACH(Q, d)} Bước 3: {d, P} {2d[1]+5d[2]+d[3] = 0} 5d [1] d [2] d [3] Bước 4: {KHOANGCACH(Q, d) = 3} 2 d[1] d[2] 3 Bước 5: {d[1] = 1, 2d[1] + 5d[2] + d[3] = 0, 5d [1] d [2] d [3] 2 d[1] d[2] 3 } {d.f = x 24 y 134 0 , 7 d.f = (x – = 0)} Bước 6: {d.f = x 24 134 y 0 , d.f = x – = 0} {d.f} 7 Ví dụ 3: Cho hình bình hành ABCD Giả sử M N hai điểm đoạn thẳng AC cho AM = CN Chứng minh ABM = CDN Đặc điểm toán: Các đối tượng = {[A,DIEM], [B,DIEM], [C,DIEM], [D,DIEM], [M,DIEM], [N,DIEM], [O1, HBH[A, B, C, D], [O2, TAMGIAC[A, B, M], [O3, TAMGIAC[C, D, N]} Giả thuyết = { [“THUOC”, N, DOAN[A, C], DOAN[A, M] = DOAN[C, N] } Nguyễn Tấn – CH1101038 39 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn Kết = { O2 = O3 } Hệ thống cho lời giải: Bước 1: Giả thuyết { O2.DOAN[A, M] = O3.DOAN[C, N], O2.DOAN[A, B] = O1.DOAN[A, B], O3.DOAN[C, D] = O1.DOAN[C, D]} Bước 2: Phát sinh đối tượng liên quan đến O2, O3 O1 { [O4.TAMGIAC[A, B, C], O5.TAMGIAC[C, D, A]} Bước 3: {[O1, HBH[A, B, C, D]} { [O4 = O5, DOAN[A, B] = DOAN[C, D] } Bước 4: { O2.DOAN[A, B] = O1.DOAN[A, B], O3.DOAN[C, D] = O1.DOAN[C, D], DOAN[A, B] = DOAN[C, D]} { O2.DOAN[A, B] = O3.DOAN[C, D]} Bước 5: {[“THUOC”, M, DOAN[A, C]} {O4.goc_A = O2.goc_A} Bước 6: {[“THUOC”, N, DOAN[A, C]} {O5.goc_A = O3.goc_A} Bước 7: {O4 = O5} {O4.goc_A = O5.goc_A} Bước 8: {O4.goc_A = O2.goc_A, O5.goc_A = O3.goc_A, O4.goc_A = O5.goc_A} {O2.goc_A = O3.goc_A} Bước 9: {O2.DOAN[A, M] = O3.DOAN[C, N], O2.DOAN[A, B] = O3.DOAN[C, D], {O2.goc_A = O3.goc_A} {O2 = O3} Nguyễn Tấn – CH1101038 40 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN Mơ hình COKB cơng cụ biểu diễn tri thức sử dụng để thiết kế tiến hành hệ thống thông minh để giải toán dựa sở tri thức Nó có ngơn ngữ đặc tả, mạng đối tượng cho việc mơ hình hóa toán, thuật toán giải toán tự động Các mơ hình đề xuất cung cấp cách tự nhiên cho việc biểu diễn thức Bằng phương pháp tiếp cận hướng đối tượng trực quan đại diện cho tri thức thiết lập Đây sở cho việc thiết kế sở tri thức hệ thống Cơ sở tri thức thuận tiện để truy cập sử dụng cách máy suy diễn Các phương pháp mơ hình hóa toán thuật toán để giải toán tự động biểu diễn cho cách suy nghĩ viết người cách bình thường Mơ hình COKB công cụ phương pháp hữu ích để thiết kế sở tri thức thực tế, mơ hình hóa tốn phức tạp thiết kế thuật toán để giải tự động tốn dựa sở tri thức Nó dùng để thiết kế thành phần khác hệ thống sở tri thức Mơ hình COKB dùng để sản xuất phần mềm giáo dục thông minh chúng thực việc cách sử dụng C++, JAVA MAPLE Bên cạnh ứng dụng trình bày đây, sử dụng lĩnh vực tri thức khác vật lý hóa học Hơn nữa, sử dụng để phát triển ứng dụng cho phủ điện tử Việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài “Mơ hình sở tri thức đối tượng tính tốn” mức độ tìm hiểu, khái qt Do đó, luận nhiều thiếu sót hạn chế Song việc tìm hiểu đề tài mở thêm nhiều hướng nghiên cứu sâu hơn, phát triển việc sử dụng mơ hình COKB để biểu diễn tri thức cho nhiều lĩnh vực tri thức thực tế Nguyễn Tấn – CH1101038 41 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Đỗ Văn Nhơn, Model for Knowledge Bases of Computational Objects, Department of Computer Science, University of Information Technology, Ho Chi Minh City, Vietnam [2] TS Đỗ Văn Nhơn, Bài giảng Biểu diễn sở tri thức ứng dụng, Trường Đại học CNTT TP.HCM [3] TS Đỗ Văn Nhơn, Nguyễn Đình Hiển, Phương pháp suy diễn mơ hình COKB dựa tri thức Bài tốn mẫu Ứng dụng, Đại học Công nghệ thông tin - ĐHQG Tp HCM {nhondv, hiennd}@uit.edu.vn Nguyễn Tấn – CH1101038 42 ... diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính toán MỤC LỤC Trang Mục lục Lời mở đầu Chương I: GIỚI THIỆU Chương II: MƠ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN 1) Các đối. .. diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn Nguyễn Tấn – CH1101038 Biểu diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn CHƯƠNG II: MƠ HÌNH CƠ... diễn tri thức ứng dụng - Tìm hiểu Mơ hình sơ tri thức đối tượng tính tốn CHƯƠNG III: MẠNG CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TỐN 1) ĐỊNH NGHĨA Một quan hệ tính tốn f thuộc tính đối tượng đối tượng gọi quan hệ đối