Tiểu luận Phương pháp Sáng tạo Nghiên cứu Khoa học

fnt2
December 21, 2009

fnt3

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
U
I2 = I * R

P U
I1 = R1* I
W R2
U1 = U * I * T
I R3
U
IU
U2
R2
R1
R
fnt4, fnt5, fnt6
U, I, R, P, W, T

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

1


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

2


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
Đại Học Cơng Nghệ Thơng Tin
Khoa Khoa Học Máy Tính
Lớp Kỹ Sư Tài Năng

TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG
TẠO KHOA HỌC
(Giải quyết bài tốn vật lý điện một chiều bằng
hình mạng đối tượng tính tốn)

Khoa

:

Khoa học máy tính

Chun đề

:

mơ

Phương Pháp Luận

STKH
GV phụ trách :
SV thực hiện :

GS. TSKH. Hoàng Kiếm
Châu Kim Hùng

06520186

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

3


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

HCM, 12/ 2009

Lời cảm ơn
Đầu tiên, em xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy Hồng Văn Kiếm, người
đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt chuyên đề
này. Thầy đã định hướng cho em từ cách đặt vấn đề, phương pháp nghiên cứu khoa
học, cho đến những công việc cụ thể nhất.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Quốc Sơn, thầy Nguyễn Tuấn Kiệt những

người đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em trong quá trình học tập thực hiện chuyên
đề.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, cảm ơn các anh chị, bạn bè, những người luôn
sát cánh, động viên em trên bước đường học tập cũng như trong cuộc sống. Xin chân
thành biết ơn sự tận tình dạy dỗ và sự giúp đỡ của tất cả quý thầy cô tại trường Đại
học Công Nghệ Thông Tin, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Khoa học máy tính. Tất
cả các kiến thức mà nhà trường và quý thầy cô đã truyền đạt là hành trang to lớn để
em mang theo trên con đường học tập, làm việc và nghiên cứu cũng như trong q
trình hồn thiện nhân cách của mình.

Trường ĐH Cơng Nghệ Thơng Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

4


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Lời nói đầu

Để có được định hướng, mục tiêu và mong muốn trên con đường nghiên cứu
khoa học, việc tìm hiểu và nắm rõ “Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học” là một
điều cần thiết cho những người nghiên cứu để có thể nắm rõ những nguyên tắc, và
phương pháp làm khoa học.
Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học là lý thuyết về phương pháp nghiên
cứu khoa học, lý thuyết về con đường nhận thức, khám phá và cải tạo hiện thực.
Phương pháp luận nghiên cứu khoa học là kết quả của quá trình khái quát lý
thuyết và thực tiễn nghiên cứu khoa học và trở thành công cụ sắc bén để chỉ dẫn các
nhà khoa học, các nhà quản lý trong công tác tổ chức, quản lý và thực hành nghiên

cứu khoa học một cách sang tạo.
Nghiên cứu khoa học là một quá trình nhận thức chân lý khoa học, một q
trình lao động trí tuệ phức tạp, gian khổ nhưng đầy hào hứng, đầy hứa hẹn những
triển vọng lớn lao trong việc nghiên cứu “những điểm trắng” của khoa học.
Nắm vững phương pháp luận nghiên cứu khoa học là nắm vững lý thuyết về
con đường sáng tạo, giúp người nghiên cứu có cách tiếp cận đúng trong việc thiết kế
và thi cơng cơng trình nghiên cứu khoa học, tìm chọn phương pháp nghiên cứu hợp
lý để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu và đạt được mục đích nghiên cứu.
Qua những kiến thức và định hướng khoa học, báo cáo chuyên đề “Phương
pháp luận sáng tạo khoa học” sẽ vận dụng kiến thức về phương pháp luận, phương
pháp sáng tạo để giải quyết một vấn đề cụ thể trong tin học.
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

5


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

MỤC LỤC

Phần 1

KHÁI NIỆM VỀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

1. Khoa học
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

6

December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Khoa học là quá trình nghiên cứu nhằm khám phá ra những kiến thức mới,
học thuyết mới,…về tự nhiên và xã hội. Những kiến thức hay học thuyết mới này, tốt
hơn, có thể thay thế dần những cái cũ, khơng cịn phù hợp. Thí dụ: Quan niệm thực
vật là vật thể khơng có cảm giác được thay thế bằng quan niệm thực vật có cảm
nhận.
Như vậy, khoa học bao gồm một hệ thống tri thức về qui luật của vật chất và
sự vận động của vật chất, những qui luật của tự nhiên, xã hội, và tư duy. Hệ thống tri
thức này hình thành trong lịch sử và khơng ngừng phát triển trên cơ sở thực tiễn xã
hội. Phân biệt ra 2 hệ thống tri thức: tri thức kinh nghiệm và tri thức khoa học.

2. Nghiên cứu khoa học
Nghiên cứu khoa học là một họat động tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc

thử nghiệm. Dựa trên những số liệu, tài liệu, kiến thức,… đạt được từ các thí nghiệm
NCKH để phát hiện ra những cái mới về bản chất sự vật, về thế giới tự nhiên và xã
hội, và để sáng tạo phương pháp và phương tiện kỹ thuật mới cao hơn, giá trị hơn.
Con người muốn làm NCKH phải có kiến thức nhất định về lĩnh vực nghiên cứu và cái
chính là phải rèn luyện cách làm việc tự lực, có phương pháp từ lúc ngồi trên ghế
nhà trường.

3. Đề tài nghiên cứu khoa học
3.1. Khái niệm đề tài

Đề tài là một hình thức tổ chức NCKH do một người hoặc một nhóm người

thực hiện. Một số hình thức tổ chức nghiên cứu khác khơng hồn tồn mang tính
chất nghiên cứu khoa hoc, chẳng hạn như: Chương trình, dự án, đề án. Sự khác biệt
giữa các hình thức NCKH nầy như sau:

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

7


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

* Đề tài: được thực hiện để trả lời những câu hỏi mang tính học thuật, có
thể chưa để ý đến việc ứng dụng trong hoạt động thực tế.
* Dự án: được thực hiện nhằm vào mục đích ứng dụng, có xác định cụ thể
hiệu quả về kinh tế và xã hội. Dự án có tính ứng dụng cao, có ràng buộc thời gian và
nguồn lực.
* Đề án: là loại văn kiện, được xây dựng để trình cấp quản lý cao hơn, hoặc
gởi cho một cơ quan tài trợ để xin thực hiện một cơng việc nào đó như: thành lập
một tổ chức; tài trợ cho một hoạt động xã hội, ... Sau khi đề án được phê chuẩn, sẽ
thành những dự án, chương trình, đề tài theo yêu cầu của đề án.
* Chương trình: là một nhóm đề tài hoặc dự án được tập hợp theo một mục
đích xác định. Giữa chúng có tính độc lập tương đối cao. Tiến độ thực hiện đề tài, dự
án trong chương trình không nhất thiết phải giống nhau, nhưng nội dung của
chương trình thì phải đồng bộ.
3.2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: là bản chất của sự vật hay hiện tượng cần xem xét
và làm rõ trong nhiệm vụ nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu: đối tượng nghiên cứu được khảo sát trong trong phạm
vi nhất định về mặt thời gian, không gian và lĩnh vực nghiên cứu.
3.3. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

Khi viết đề cương nghiên cứu, một điều rất quan trọng là làm sao thể hiện
được mục tiêu và mục đích nghiên cứu mà khơng có sự trùng lấp lẫn nhau. Vì vậy,
cần thiết để phân biệt sự khác nhau giữa mục đích và mục tiêu.
* Mục đích: là hướng đến một điều gì hay một cơng việc nào đó trong

nghiên cứu mà người nghiên cứu mong muốn để hoàn thành, nhưng thường thì mục
Trường ĐH Cơng Nghệ Thơng Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

8


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

đích khó có thể đo lường hay định lượng. Nói cách khác, mục đích là sự sắp đặt cơng
việc hay điều gì đó được đưa ra trong nghiên cứu. Mục đích trả lời câu hỏi “nhằm
vào việc gì?”, hoặc “để phục vụ cho điều gì?” và mang ý nghĩa thực tiển của nghiên
cứu, nhắm đến đối tượng phục vụ sản xuất, nghiên cứu.
* Mục tiêu: là thực hiện điều gì hoặc hoạt động nào đó cụ thể, rõ ràng mà
người nghiên cứu sẽ hoàn thành theo kế hoạch đã đặt ra trong nghiên cứu. Mục tiêu
có thể đo lường hay định lượng được. Nói cách khác, mục tiêu là nền tảng hoạt động
của đề tài và làm cơ sở cho việc đánh giá kế hoạch nghiên cứu đã đưa ra, và là điều
mà kết quả phải đạt được. Mục tiêu trả lời câu hỏi “làm cái gì?”.

Trường ĐH Cơng Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

9


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Phần 2

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - BÀI TOÁN
TRONG TIN HỌC

1. Phương pháp trực tiếp
Đặc điểm của cách giải quyết vấn đề này là đều xác định trực tiếp được lời
giải qua một thủ tục tính tốn (cơng thức, hệ thức, định luật,…) hoặc qua các bước
căn bản để có được lời giải. Đối với phương pháp này, việc giải quyết vấn đề trên
máy tính chỉ là thao tác lập trình hay là sự chuyển đổi lời giải từ ngơn ngữ bên
ngồi sang các ngơn ngữ được sử dụng trong máy tính. Tìm hiểu về phương pháp
này chính là tìm hiểu về kỹ thuật lập trình trên máy tính.
Các nguyên lý áp dụng trong phương pháp trực tiếp :

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

10


December 21, 2009



[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Nguyên lý 1: Chuyển đổi dữ liệu bài toán thành dữ liệu của chương trình,

có nghĩa là “Dữ liệu của bài tóan sẽ được biểu diễn lại dưới dạng các biến của
chương trình thơng qua các quy tắc xác định của ngơn ngữ lập trình cụ thể”


Ngun lý 2: Chuyển đổi q trình tính tốn của bài tốn thành các

cấu trúc của chương trình, có nghĩa là “Mọi q trình tính tốn đều có thể mơ tả và
thực hiện dựa trên ba cấu trúc cơ bản : Cấu trúc tuần tự, cấu trúc rẽ nhánh và cấu
trúc lặp”.


Nguyên lý 3: Biểu diễn các tính tốn chính xác, có nghĩa là “Chương trình

tính tốn theo các biểu thức chính xác khơng đồng nhất với q trình tính tốn chính
xác về mặt hình thức”.


Ngun lý 4: Biểu diễn các tính tốn gần đúng bằng cấu trúc lặp, có nghĩa

là “Mọi q trình tính tốn gần đúng đều dựa trên các cấu trúc lặp với tham số xác
định”.


Nguyên lý 5: Phân chi bài tốn ban đầu thành những bài tốn nhỏ hơn, có

nghĩa là “Mọi vấn đề-bài tốn đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành
những vấn đề - bài toán nhỏ hơn”.


Ngun lý 6: Biểu diễn các tính tốn khơng tường minh bằng đệ quy, có

nghĩa là “Q trình đệ quy trong máy tính khơng đơn giản như các biểu thức quy
nạp trong toán học”.

2. Phương pháp gián tiếp
Phương pháp này được sử dụng khi chưa tìm ra lời giải chính xác của vần đề.
Đây cũng chính là cách tiếp cận chủ yếu của loài người từ xưa đến nay. Điểm khác ở
đây là chúng ta đưa ra những giải pháp mang đặc trưng của máy tính, dựa vào sức

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

11


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

mạnh tính tốn của máy tính. Tất nhiên, một lời giải trự tiếp bao giờ cũng tốt hơn,
nhưng không phải lúc nào cũng có.

2.1.

Phương pháp thử sai

Khi xây dựng lời giải bài toán theo phương pháp thử – sai, người ta thường
dựa vào 3 nguyên lý sau :


Nguyên lý vét cạn: Đây là nguyên lý đơn giản nhất, liệt kê tất cả các

trường hợp có thể xảy ra.


Nguyên lý ngẫu nhiên: Dựa vào việc thử một số khả năng được chọn một

cách ngẫu nhiên. Khả năng tìm ra lời giải đúng phụ thuộc rất nhiều vào chiến lược
chọn ngẫu nhiên.


Nguyên lý mê cung: Nguyên lý này được áp dụng khi chúng ta khơng thể

biết được chính xác “hình dạng” lời giải mà phải xây dựng dần lời giải qua từng
bước một giống như tìm đường đi trong mê cung.

Để thực hiện tốt phương pháp thử - sai, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý
sau


Nguyên lý vét cạn toàn bộ: Muốn tìm được cây kim trong đống rơm, hãy

lần lượt rút ra từng cọng rơm cho đến khi rút được cây kim.


Nguyên lý mắt lưới: Lưới bắt cá chỉ bắt được những con cá có kích thước

lớn hơn kích thước mắt lưới.


Nguyên lý giảm độ phức tạp của thử và sai: Thu hẹp trường hợp trước và

trong khi duyệt, đồng thời đơn giản hóa tối đa điều kiện chấp nhận một trường hợp.
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

12


December 21, 2009



[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Ngun lý thu gọn khơng gian tìm kiếm: Loại bỏ những trường hợp hoặc

nhóm trường hợp chắc chắn khơng dẫn đến lời giải.


Nguyên lý đánh giá nhánh cận: Nhánh có chứa quả phải nặng hơn trọng

lượng của quả.

2.2.

Phương pháp Heuristic

Phương pháp Heuristic có đặc điểm là đơn giản và gần gủi với cách suy nghĩ
của con người, cho ra được những lời giải đúng trong đa số các trường hợp áp dụng.
Các thuật giải Heuristic được xây dựng dựa trên một số nguyên lý rất đơn giản như:
vét cạn thông minh, tối ưu cục bộ (Greedy), Hướng đích, sắp thứ tự …Để thực hiện
tốt phương pháp Heuristic, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau:


Nguyên lý leo núi: Muốn leo lên đến đỉnh thì bước sau phải “cao hơn” bước



Nguyên lý chung : Chọn hướng đi triển vọng nhất trong số những hướng

trước.

đi đã biết.

2.3.

Phương pháp trí tuệ nhân tạo

Phương pháp trí tuệ nhân tạo dựa trên trí thơng minh của máy tính. Phương
pháp này, người ta sẽ đưa vào máy trí thơng minh nhân tạo giúp máy tính bắt chước
một phần khả năng suy luận như con người, máy tính dựa trên những điều đã được
“học“ để tự đưa ra phương án giải quyết vấn đề.

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

13

December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Sơ đồ mạng tính tốn để giải bài tốn tam giác

Trong lĩnh vực “máy học” , các hình thức học có thể phân chia như sau :
- Học vẹt
- Học bằng cách chỉ dẫn
- Học bằng qui nạp
- Học bằng tương tự
- Học dựa trên giải thích
- Học dựa trên tình huống
- Khám phá hay học khơng giám sát
Các kỹ thuật thường được áp dụng trong “máy học” là: khai khoáng dữ liệu,
mạng nơ ron, thuật giải di truyền…
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

14


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Phần 3

BÀI TOÁN ĐIỆN VẬT LÝ MỘT CHIỀU

1. Giới thiệu
Một trong những vấn đề hiện nay đang được quan tâm của “Trí Tuệ Nhân Tạo”
là nghiên cứu các phương pháp biểu diễn và xử lý tri thức. Trên cơ sở đó có thể tạo ra
được những chương trình “thơng minh” ở mức độ nào đó để giải quyết những vấn đề
của con người. Trong nhiều lĩnh vực hàng ngày, chúng ta thường gặp những vấn đề có
dạng như sau: thực hiện tính tốn hay suy diễn ra những yếu tố nào đó từ những yếu tố
Trường ĐH Cơng Nghệ Thơng Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

15


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

đã biết. Có nhiều mơ hình biểu diễn tri thức đã được đặt ra để giải quyết những vấn đề
đó. Một trong những mơ hình được sử dụng rộng rãi là mơ hình “Mạng Tính Tốn” và
“Mạng Các Đối Tượng Tính Tốn” (cịn gọi là Mạng Đối Tượng). Những mơ hình trên
đã được ứng dụng thành cơng để giải quyết những bài toán trong giáo dục.
Để hiểu rõ hơn về các mơ hình biểu diễn tri thức, chúng ta sẽ cùng nhau

tìm hiểu một ứng dụng cụ thể của nó. Phần tiếp theo sẽ trình bày một ứng dụng của
những mơ hình biểu diễn tri thức ở trên để giải bài toán Vật lý điện một chiều, áp dụng
cho đoạn mạch chỉ có điện trở và khơng chứa nguồn. Bài toán này được giải quyết
dựa trên phương pháp luận “phương pháp trí tuệ nhân tạo” và các nguyên
tắc sáng tạo cơ bản trong nghiên cứu - sáng tọa khoa học.

2. Sơ lược về mạng tính tốn và mạng đối tượng tính
tốn

2.1.

Mạng tính tốn

Mạng tính tốn là một dạng biểu diễn tri thức có thể dùng để biểu diễn các tri
thức về các vấn đề tính tốn. Mỗi mạng tính tốn là một mạng ngữ nghĩa chứa các biến
và những quan hệ có thể cài đặt và sử dụng được cho việc tính tốn. Nếu gọi M là tập
hợp các biến và F là tập những quan hệ trên M, ta có thể mơ hình mạng tính tốn như
sau :
M = {x1,x2,...,xn},
F = {f1,f2,...,fm}.
Đối với mỗi f ∈ F, ta ký hiệu M(f) là tập các biến có liên hệ trong quan hệ f. Dĩ
nhiên M(f) là một tập con của M: M(f) ⊆ M. Nếu viết f dưới dạng:
f : u(f) → v(f)

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

16


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

thì ta có M(f) = u(f) ∪ v(f).

2.2.

Mạng các đối tượng tính tốn

Một mạng tính tốn có thể xem là một đối tượng tính tốn. Mạng các đối
tượng tính tốn bao gồm một tập hợp các đối tượng tính tốn:
O = {O1,O2, ... , On}

và một tập các quan hệ giữa các đối tượng:
F = {f1,f2, ... , fm}.
Trong đó Oi ký hiệu một đối tượng trong mạng và fi là một quan hệ giữa các
biến của các đối tượng tính

3. Bài tốn vật lý điện một chiều
3.1.

Mơ tả bài tốn

Ví dụ 1: Cho mạch điện hỗn hợp gồm điện trở R1 song song với điện trở R2, tổ
hợp hai điện trở này nối tiếp với R3. Cho các giá trị R1 = 5, R2 = 2, I1 = 10. Tính hiệu
điện thế U của tồn mạch.
Chương trình giải tốn điện một chiều (cho đoạn mạch không chứa nguồn chỉ có
điện trở) được mơ tả như sau:
Input: bài tốn điện một chiều A.
Output: chương trinh đưa ra lời giải, kết quả của bài tốn B.

3.2.

Tổ chức lưu trữ tri thức

Thơng tin về các biến, tri thức về các quan hệ của mạng tính tốn, tri thức của
tưng đối tượng mạch nối tiếp, song song được lưu trữ trên file Text theo cấu trúc sau:
object: TÊN_ĐỐI_TƯỢNG
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

17


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

begin_variables
//danh sách các biến của đối tượng có dạng: <Tên biến> = chú giải.
I1 = "cuong do dong dien I1"
I2 = " cuong do dong dien I2"
U1 = "hieu dien the U1"
U2 = "hieu dien the U2"
v.v…
end_variables
begin_relations
begin_relation 0
//danh sách các biến liên quan của relation.
Mf ={I1, I2}
//biểu thức của quan hệ.
expf = `I1 = I2`
end_relation
v.v…
end _relations
Chương trình đọc dữ liệu từ file để tạo ra danh sách các biến M và danh sách các
quan hệ giữa các biến F của đối tượng.

3.3.

Mơ tả tri thức cho bài tốn

Trước hết, ta xét một đoạn mạch cơ bản (đoạn mạch đơn) chỉ gồm một điện
trở. Ta sử dụng mạng tính tốn để mơ hình hóa cho cho đoạn mạch cơ bản. Mạng
tính toán của đoạn mạch cơ bản được biểu diễn thành mơ hình (M, F):
M = { U, I, R, P, W, T }
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

18


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

F = { U = I * R, P = U * I, W = U * I * T }
trong đó U, I, R, P, W lần lượt là hiệu điện thế, cường độ dịng điện, điện trở,
cơng suất và điện năng của mạch, T là thời gian tính điện năng.
Đoạn mạch tổng quát là đoạn mạch của toàn bài tốn. Một đoạn mạch

tổng qt có thể là đoạn mạch cơ bản hoặc đoạn mạch phức tạp được thành lập từ
nhiều đoạn mạch cơ bản ghép nối tiếp hay song song với nhau.
Đoạn mạch tổng quát được biểu diễn dưới dạng một cơng thức. Trong đó các
hằng biểu diễn một đoạn mạch cơ bản và các toán tử là các quy tắc thành lập đoạn
mạch phức tạp từ những đoạn mạch cơ bản. Toán tử “*” biểu diễn một quan hệ nối
tiếp và toán tử “+” biểu diễn một quan hệ song song giữa các đoạn mạch.
Đoạn mạch trong ví dụ 1 trên có thể được biểu diễn như sau:
[[M1 * M2] + M3]
trong đó, M1, M2, M3 tương ứng với các mạch đơn của các điện trở R1, R2, R3.
Các dấu ngoặc vuông thể hiện thứ tự ghép của các đoạn mạch thành phần trong toàn

mạch. Các đoạn mạch thành phần được biểu diễn như sau:
M1 = [{U1, I1, R1, P1, W1, T1},
{ U1 = I1 * R1, P1 = U1 * I1, W1 = U1 * I1 * T1}].
các đoạn mạch M2, M3 được biểu diễn tương tự. Từ những phân tích trên, ta
đưa ra mơ hình tổng qt cho tri thức điện một chiều.

4. Mơ hình tổng quát cho đoạn mạch tổng hợp tri thức điện một
chiều
Bài toán điện một chiều tổng quát được giải dựa trên quan hệ nối tiếp và song
song giữa hai mạch đơn cơ bản. Đoạn mạch tổng quát của bài toán được phân tách
thành nhiều tổ hợp, mỗi tổ hợp là một quan hệ nối tiếp hoặc song song giữa hai
mạch đơn. Nói cách khác, mỗi tổ hợp là một đoạn mạch bao gồm hai điện trở nối tiếp
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

19


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

hoặc song song nhau. Trên cơ sở phân tách đó, ta tiến hành tính tốn trên từng tổ
hợp. Nếu xem mỗi mạch đơn cơ bản là một đối tượng tính tốn thì mỗi tổ hợp có thể
xem là một mạng đối tượng nhỏ với quan hệ nối tiếp hoặc song song.

4.1.

Quan hệ nối tiếp giữa hai đoạn mạch cơ bản

Xét đoạn mạch gồm hai điện trở R1 và R2 nối tiếp nhau. Ta tiến hành phân

tích tri thức cho đoạn mạch M = [M1 * M2]. Ngoài các tri thức riêng cho từng mạch,
đoạn mạch nối tiếp cịn có những tri thức sau:
Cường độ dòng điện:
fnt1:

I = I1 = I2.

Hiệu điện thế đoạn mạch:
fnt2:

U = U1 + U2.

Điện trở đoạn mạch:
fnt3:

R = R1 + R2.

Các công thức của mạch đơn áp dụng cho đoạn mạch:
fnt4:

U = I * R,
fnt6:

4.2.

fnt5:

P = U * I,

W = U * I * T.

Quan hệ song song giữa hai đoạn mạch cơ bản

Đối với đoạn mạch gồm hai điện trở R1 và R2 song song với nhau, ta cũng
phân tích tri thức cho đoạn mạch M = [M1 + M2]. Ngoài các tri thức riêng cho từng
mạch, đoạn mạch song song cịn có những tri thức sau:
Cường độ dòng điện:
fss1:

I = I1 + I2.

Hiệu điện thế đoạn mạch:
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

20


December 21, 2009

fss2:

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

U = U1 = U2.

Điện trở đoạn mạch:
fss3:

R = (R1 * R2)/(R1 +R2).

Các công thức của mạch đơn áp dụng cho đoạn mạch:
fss4:

U = I * R,

fss5:

P = U * I,

fss6:

W=U*I*T

4.3.

Tính tốn trên quan hệ nối tiếp hoặc song song

Trước hết ta tính tốn trong mạch đơn cơ bản trên mạng tính tốn. Xuất phát
từ giả thiết, ta áp dụng các quan hệ để mở rộng dần tập các biến có giá trị được xác
định. Q trình này lan truyền tính xác định trên tập các biến cho đến khi đạt đến tập
biến có chứa (những) biến cần tìm. Sau đó ta tiến hành loại bỏ những bước thừa để
tìm lời giải tốt cho bài toán. Việc loại bỏ bước thừa được thực hiện bằng cách truy
ngược theo lời giải, ứng với mỗi bước giải mà sự kiện mới được sinh ra nhưng
khơng cần thiết thì loại bỏ.
Giả sử S = [f1, f2, …, fk ] là tập luật tìm được, thuật tốn dưới đây mơ tả cách
loại bỏ bước thừa:
for i:=k down 1 do
if (fi không cần thiết)
loại fi khỏi S.
Có thể biểu diễn mạch đơn thành một sơ đồ mạng như sau:

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

21


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Tiếp theo, ta tiến hành tính tốn trên quan hệ nối tiếp giữa hai điện trở. Dựa
vào những thông số đã xác định được giá trị, ta tiến hành tính tốn thơng qua quan
hệ giữa các đối tượng. Việc tính toán trên quan hệ nối tiếp cũng sử dụng cơ chế suy
diễn để tìm ra tập luật, sau đó tiến hành loại bỏ những luật không cần thiết.
Sơ đồ mạng của mạch hai điện trở nối tiếp như sau:

Tính tốn trên quan hệ song song giữa hai điện trở được thực hiện tương tự
như trong quan hệ nối tiếp.
Như vậy, ta đã đưa bài toán tổng quát về bài toán tính tốn trên các mạch nối
tiếp, song song gồm hai đối tượng

5. Phân tích ví dụ
Input: Cơng thức mạch: [[M1 * M2] + M3] và các giá trị ban đầu của các biến
R1 = 5, I1 = 10, R2 = 2.

Output: Hiệu điện thế toàn mạch B = {U123}.
Từ giả thiết của bài toán, ta khởi tạo tất cả các đối tượng của mạch cùng với
các biến đã được xác định giá trị của từng đối tượng:
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

22


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

A = [["M1", I1 = 2, R1 = 10], ["M12"], ["M2", R2 = 3], ["M3"], ["M123"]]
trong đó M12 là mạch gồm hai điện trở R1 và R2 ghép nối tiếp M12 = [M1 * M2],
M123 là một tổ hợp ghép song song của hai mạch M12 và M3, M123 = [M12 * M3].
Trước hết, ta phân tích mục tiêu cần tìm B thuộc mạch song song M123. Áp
dụng phương pháp suy diễn và những thuật tốn tìm lời giải cho từng đối tượng (từng
mạch đơn) và mạch tổng (những mạch đơn có quan hệ nối tiếp hoặc song song), ta có
một lời giải cho bài tốn là dãy các quan hệ sau:
fss2:U123 = U12. Từ quan hệ này, ta đi tìm U12.
fss2:U12 = U3. Quan hệ này khơng thể xác định được U12 (vì chưa có đủ thơng
tin để xác định U3). Do đó, ta tìm một quan hệ khác để xác định U12.
fnt2:

U12 = U1 + U2. Ta đi tìm U1 và U2.

fnt4:

U2 = I2 * R2. Tìm I2 để xác định U2.

fnt5:

U1 = I1 * R1. Xác định được U1.

fnt3:

R12 = R1 + R2.

fnt1:

I12 = I1.

fnt1:

I1 = I2.

Xác định được I2.

Có thể nhận thấy rằng lời giải trên khơng phải là lời giải tốt vì có tính bước thừa.
Do đó, ta tiến hành loại bỏ các bước thừa. Tập luật cuối cùng tìm được chính là một lời
giải tốt của bài toán:
{ fss2 , fnt2 , fnt4, fnt1, fnt5}
tương ứng với tập công thức:
{U123 = U12, U12 = U1 + U2, U2 = I2 * R2, I1 = I2, U1 = I1 * R1}

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

23


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

Phần 4

TỔNG KẾT

Ngày nay, các mơ hình biểu diễn tri thức ngày càng được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Các mơ hình biểu diễn tri thức là cơ sở và là công
cụ cho việc thiết kế cơ sở tri thức, bộ suy luận tự động giải tốn cũng như các hệ giải
thơng minh. Các hệ thống này có hoạt động tư duy giải tốn tương tự như con người và
có khả năng cho các lời giải tường minh, tự nhiên và phù hợp với cách nghĩ, cách viết
của con người. Bài toán điện một chiều đã giúp ta hiểu rõ hơn về ứng dụng của các mơ
hình biểu diễn tri thức trong một miền tri thức nhỏ thuộc lĩnh vực giáo dục. Đây là một
ví dụ cơ sở để phát triển các ứng dụng lớn hơn.
Như ta đã thấy bài toán điện một chiều được giải quyết bằng phương pháp gián
tiếp – phương pháp trí tuệ nhân tạo và sử dụng một số nguyên tắc như: nguyên tắc
phân nhỏ (chia đoạn mạch tổng quát thành những mạch nhỏ có quan hệ nối tiếp và song
song), ngun tắc thứ tự…Bài tốn khơng thể giải quyết bằng việc cài đặt các thủ tục,
thuật tốn thơng thường; những bài tốn như thế này có tính khát qt chung cho nhiều
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

24


December 21, 2009

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]

trường hợp và việc cài đặt cho từng trường hợp cụ thể là khơng thể được. Vì vậy cần
nắm bắt được mơ hình, ý tưởng chung của bài tốn thơng qua các phương pháp giải
quyết vấn đề - bài toán trong tin học và có thể cải tiến chúng phù hợp với mục tiêu cần
giải quyết. Nắm vững phương pháp luận nghiên cứu khoa học là nắm vững lý thuyết
về con đường sáng tạo, giúp người nghiên cứu có cách tiếp cận đúng trong việc thiết

kế và thi công công trình nghiên cứu khoa học, tìm chọn phương pháp nghiên cứu
hợp lý để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu và đạt được mục đích nghiên cứu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phương pháp luận nghiên cứu khoa học – PGS.TS Lưu Xuân Mới.
[2] Mạng tính tốn và ứng dụng (1995) – GSTS. Hồng Kiếm và TS. Đỗ Văn
Nhơn
[3] Trí tuệ nhân tạo, các phương pháp và ứng dụng (1989) – Bạch Hưng Khang
và Hồng Kiếm
[4] Trí tuệ nhân tạo - GS.TSKH. Hồng Kiếm và Ths. Đinh Nguyễn Anh Dũng
[5] Slide: phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học (Research Methodology in
Computer Science) - GS.TSKH. Hồng Kiếm

Trường ĐH Cơng Nghệ Thơng Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học.

25