Giải quyết bài toán vật lý điện một chiều bằng mô hình mạng đối tượng tính toán

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
Đại Học Công Nghệ Thông Tin
Khoa Khoa Học Máy Tính
Lớp Kỹ Sư Tài Năng
TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG
TẠO KHOA HỌC
(Giải quyết bài toán vật lý điện một chiều bằng
mô hình mạng đối tượng tính toán)
Khoa : Khoa học máy tính
Chuyên đề : Phương Pháp Luận
STKH
GV phụ trách : GS. TSKH. Hoàng Kiếm
SV thực hiện : Châu Kim H)ng
06520186
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 1
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
HCM, 12/ 2009
Lời cảm ơn
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Hoàng 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 quá trình hoàn thiện nhân cách của mình.
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 2
[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 quá
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 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.
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. 3
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
MỤC LỤC
Phần 1
KHÁI NIỆM VỀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

1.1. 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, không còn phù hợp. Thí dụ: Quan niệm thực
vật là vật thể không có cảm giác được thay thế bằng quan niệm thực vật có cảm
nhận.
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 4
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
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 không 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.
1.2. 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.
1.3. Đề tài nghiên cứu khoa học
1.3.1. 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 không hoàn toàn 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:
* 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 công 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.
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 5
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
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.
1.3.3. 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 không 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 công việc nào đó trong
nghiên cứu mà người nghiên cứu mong muốn để hoàn thành, nhưng thường thì
mục đích khó có thể đo lường hay định lượng. Nói cách khác, mục đích là sự sắp đặt
công 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 Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 6
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Phần 2
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - BÀI
TOÁN TRONG TIN HỌC
2.1. 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 toán (công 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 ngôn ngữ bên
ngoài sang các ngôn 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.
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 7
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Các nguyên lý áp dụng trong phương pháp trực tiếp :
 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
thông qua các quy tắc xác định của ngôn ngữ lập trình cụ thể”
 Nguyên lý 2: Chuyển đổi quá trình tính toán của bài toán thành các cấu trúc của
chương trình, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán đều có thể mô 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 toán chính xác, có nghĩa là “Chương trình tính toán
theo các biểu thức chính xác không đồng nhất với quá trình tính toán chính xác về
mặt hình thức”.
 Nguyên lý 4: Biểu diễn các tính toán gần đúng bằng cấu trúc lặp, có
nghĩa là “Mọi quá trình tính toán gần đúng đều dựa trên các cấu trúc lặp với
tham số xác định”.
 Nguyên lý 5: Phân chi bài toán ban đầu thành những bài toán nhỏ hơn, có nghĩa là

“Mọi vấn đề-bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn
đề - bài toán nhỏ hơn”.
 Nguyên lý 6: Biểu diễn các tính toán không tường minh bằng đệ quy, có nghĩa là
“Quá trình đệ quy trong máy tính không đơn giản như các biểu thức quy nạp trong
toán học”.
2.2. 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 mạnh tính toán của máy tính. Tất nhiên, một lời giải trự tiếp bao giờ cũng
tốt hơn, nhưng không phải lúc nào cũng có.
2.2.1. 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.
 N guyên 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.
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 8
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
 Nguyên lý mê cung: Nguyên lý này được áp dụng khi chúng ta không 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.
 Nguyên lý thu gọn không gian tìm kiếm: Loại bỏ những trường hợp hoặc nhóm
trường hợp chắc chắn không dẫn đến lời giải.
 Nguyên lý đánh giá nhánh cận: Nhánh có chứa quả phải nặng hơn trọng lượng của
quả.
2.2.2. 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 trước.
 Nguyên lý chung : Chọn hướng đi triển vọng nhất trong số những hướng đi đã biết.
2.2.3. Phương pháp trí tuệ nhân tạo
Phương pháp trí tuệ nhân tạo dựa trên trí thông minh của máy tính. Phương
pháp này, người ta sẽ đưa vào máy trí thông 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.
Sơ đồ mạng tính toán để giải bài toán tam giác
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 9
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
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 không giám sát

Các kỹ thuật thường được áp dụng trong “máy học” là: khai khoáng dữ liệu,
mạng nơ ron, thuật giải di truyền…
Phần 3
BÀI TOÁN ĐIỆN VẬT LÝ MỘT CHIỀU
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 10
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
3.1. 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 “thông 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 toán hay suy diễn ra những yếu tố nào đó từ những
yếu tố đã biết. Có nhiều mô hình biểu diễn tri thức đã được đặt ra để giải quyết những
vấn đề đó. Một trong những mô hình được sử dụng rộng rãi là mô hình “Mạng Tính
Toán” và “Mạng Các Đối Tượng Tính Toán” (còn gọi là Mạng Đối Tượng). Những
mô hình trên đã được ứng dụng thành công để giải quyết những bài toán trong giáo
dục.
Để hiểu rõ hơn về các mô 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
mô 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 không 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.
3.2. Sơ lược về mạng tính toán và mạng đối tượng tính
toán
3.2.1. Mạng tính toán
Mạng tính toán là một dạng biểu diễn tri thức có thể dùng để biểu diễn
các tri thức về các vấn đề tính toán. Mỗi mạng tính toán là một mạng ngữ nghĩa chứa
các biến và những quan hệ có thể cài đặt và sử dụng được cho việc tính toán. Nếu gọi
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 11

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
M là tập hợp các biến và F là tập những quan hệ trên M, ta có thể mô hình mạng tính
toán như sau :
M = {x
1
,x
2
, ,x
n
},
F = {f
1
,f
2
, ,f
m
}.
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)
thì ta có M(f) = u(f)
∪
v(f).
3.2.2. Mạng các đối tượng tính toán
Một mạng tính toán có thể xem là một đối tượng tính toán. Mạng các đối
tượng tính toán bao gồm một tập hợp các đối tượng tính toán:

O = {O
1
,O
2
, , O
n
}
và một tập các quan hệ giữa các đối tượng:
F = {f
1
,f
2
, , f
m
}.
Trong đó O
i
ký hiệu một đối tượng trong mạng và f
i
là một quan hệ giữa các
biến của các đối tượng tính
3.3. Bài toán vật lý điện một chiều
3.3.1. Mô tả bài toán
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 toàn mạch.
Chương trình giải toán điện một chiều (cho đoạn mạch không chứa nguồn chỉ
có điện trở) được mô tả như sau:
Input: bài toán điện một chiều A.
Output: chương trinh đưa ra lời giải, kết quả của bài toán B.

3.3.2. Tổ chức lưu trữ tri thức
Thông tin về các biến, tri thức về các quan hệ của mạng tính toán, 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
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…
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 12
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
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.
3.3.3. Mô tả tri thức cho bài toán
Trước hết, ta xét một đoạn mạch cơ bản (đoạn mạch đơn) chỉ gồm một điện
trở. Ta sử dụng mạng tính toán để mô hình hóa cho cho đoạn mạch cơ bản. Mạng
tính toán của đoạn mạch cơ bản được biểu diễn thành mô hình (M, F):

M = { U, I, R, P, W, T }
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 dòng điện, điện trở,
công suất và điện năng của mạch, T là thời gian tính điện năng.
Đoạn mạch tổng quát là đoạn mạch của toàn bài toán. Một đoạn mạch tổng
quát 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 công 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 mô hình tổng quát cho tri thức điện một chiều.
3.4. Mô 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
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 13
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
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 hoặc song song nhau. Trên cơ sở phân tách đó, ta tiến hành tính toán trên
từng tổ hợp. Nếu xem mỗi mạch đơn cơ bản là một đối tượng tính toán thì mỗi tổ

hợp có thể xem là một mạng đối tượng nhỏ với quan hệ nối tiếp hoặc song song.
3.4.1. 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 còn có những tri thức sau:
Cường độ dòng điện:
f
nt1
: I = I1 = I2.
Hiệu điện thế đoạn mạch:
f
nt2
: U = U1 + U2.
Điện trở đoạn mạch:
f
nt3
: R = R1 + R2.
Các công thức của mạch đơn áp dụng cho đoạn mạch:
f
nt4
: U = I * R, f
nt5:
P = U * I,
f
nt6:
W = U * I * T.
3.4.2. 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 còn có những tri thức sau:

Cường độ dòng điện:
f
ss1
: I = I1 + I2.
Hiệu điện thế đoạn mạch:
f
ss2
: U = U1 = U2.
Điện trở đoạn mạch:
f
ss3
: R = (R1 * R2)/(R1 +R2).
Các công thức của mạch đơn áp dụng cho đoạn mạch:
f
ss4
: U = I * R,
f
ss5:
P = U * I,
f
ss6:
W = U * I * T
3.4.3. Tính toán trên quan hệ nối tiếp hoặc song song
Trước hết ta tính toán trong mạch đơn cơ bản trên mạng tính toán. Xuất
phát từ giả thiết, ta áp dụng các quan hệ để mở rộng dần tập các biến có giá trị
được xác định. Quá 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 không cần thiết thì loại bỏ.

Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 14
U = I * R P = U * I
W = U * I * T
I
U
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Giả sử S = [f
1
, f
2
, …, f
k
] là tập luật tìm được, thuật toán dưới đây mô tả cách
loại bỏ bước thừa:
for i:=k down 1 do
if (f
i
không cần thiết)
loại f
i
khỏi S.
Có thể biểu diễn mạch đơn thành một sơ đồ mạng như sau:
Tiếp theo, ta tiến hành tính toán trên quan hệ nối tiếp giữa hai điện
trở. Dựa vào những thông số đã xác định được giá trị, ta tiến hành tính toán
thông 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:
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 15
M1 M2

M
fnt1 fnt2 fnt3
I2
I1
U1
U
I
U2
R2R1
R
fnt4, fnt5, fnt6
U, I, R, P, W, T
R1 R2
R3
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Tính toán 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 toán trên các mạch
nối tiếp, song song gồm hai đối tượng
3.5. Phân tích ví dụ
Input: Công 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:
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].
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 16

[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Trước hết, ta phân tích mục tiêu cần tìm B thuộc mạch song song M123. Áp
dụng phương pháp suy diễn và những thuật toán 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 toán là dãy các quan hệ sau:
f
ss2
:U123 = U12. Từ quan hệ này, ta đi tìm U12.
f
ss2
:U12 = U3. Quan hệ này không thể xác định được U12 (vì chưa có đủ thông
tin để xác định U3). Do đó, ta tìm một quan hệ khác để xác định U12.
f
nt2
: U12 = U1 + U2. Ta đi tìm U1 và U2.
f
nt4
: U2 = I2 * R2. Tìm I2 để xác định U2.
f
nt5
: U1 = I1 * R1. Xác định được U1.
f
nt3
: R12 = R1 + R2.
f
nt1
: I12 = I1.
f
nt1
: I1 = I2. Xác định được I2.

Có thể nhận thấy rằng lời giải trên không 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:
{ f
ss2
, f
nt2
, f
nt4
, f
nt1
, f
nt5
}
tương ứng với tập công thức:
{U123 = U12, U12 = U1 + U2, U2 = I2 * R2, I1 = I2, U1 = I1 * R1}
Phần 4
TỔNG KẾT
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 17
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
Ngày nay, các mô hình biểu diễn tri thức ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Các mô 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 toán cũng như các hệ giải
thông minh. Các hệ thống này có hoạt động tư duy giải toán 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 mô 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), nguyên tắc thứ tự…Bài toán không thể giải quyết bằng việc cài đặt các
thủ tục, thuật toán thông thường; những bài toán như thế này có tính khát quát chung
cho nhiều trường hợp và việc cài đặt cho từng trường hợp cụ thể là không thể được.
Vì vậy cần nắm bắt được mô hình, ý tưởng chung của bài toán thông 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
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 18
[TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẤN SÁNG TẠO KHOA HỌC]
[1] Phương pháp luận nghiên cứu khoa học – PGS.TS Lưu Xuân Mới.
[2] Mạng tính toán và ứng dụng (1995) – GSTS. Hoàng Kiếm và TS. Đỗ Văn
Nhơn
[3] Trí tuệ nhân tạo, các phương pháp và ứng dụng (1989) – Bạch Hưng Khang
và Hoàng Kiếm
[4] Trí tuệ nhân tạo - GS.TSKH. Hoàng 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. Hoàng Kiếm
Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin | Phương pháp luận sáng tạo khoa học. 19