TIỂU LUẬN LẬP TRÌNH TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

Tiu lun mụn hc Lp trỡnh trớ tu nhõn to
đại học đà nẵng
trờng đại học bách khoa

tiểu luận
lập trình trí tuệ nhân tạo
Giảng viên hớng dẫn: PGS.TS Phan Huy Khánh
Học viên thực hiện:
Đặng Ngọc Tuấn
Lê Công Vợng
Trần Lơng Vơng
Lớp Cao học Khoa học máy tính K24 Quảng Bình
Đồng Hới, 02/2013
LI NểI U

Trớ tu nhõn to tr thnh mt mụn hc vi mc ớch chớnh l cung cp li
gii cho cỏc vn ca cuc sng thc t. Ngy nay, cỏc ng dng trớ tu nhõn
1
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
tạo rất đa dạng và phong phú, áp dụng cho nhiều lĩnh vực như điều khiển tự
động, các loại robot, các hệ dịch tự động cho các ngôn ngữ tự nhiên, các hệ
nhận dạng, trò chơi điện tử,…
Thuật ngữ trí tuệ nhân tạo được dùng để nói đến các máy tính có những
mục đích khác nhau, xử lý các lĩnh vực khác nhau trong đời sống. Ngành khoa
học nghiên cứu lý thuyết và các ứng dụng của trí tuệ nhân tạo ngày càng phát
triển. Đây là một ngành trọng yếu của tin học, liên quan đến cách cư xử, sự học
hỏi và khả năng thích ứng thông minh của máy móc. Lập trình Hàm bằng ngôn
ngữ Scheme và lập trình Prolog là các công cụ cơ bản và rất quan trọng trong
việc giải quyết các bài toán Trí tuệ nhân tạo.
Lập trình hàm là phong cách lập trình dựa trên định nghĩa hàm sử dụng
phép tính lambda (λ-calculus). Trong các ngôn ngữ lập trình hàm, hàm đóng vai

trò trung tâm, thay vì thực hiện lệnh, máy tính sẽ thực hiện tính toán các biểu
thức. Ngôn ngữ Scheme có tính phổ dụng cao, giải quyết thích hợp các bài toán
trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Một chương trình được lập trình dưới ngôn
ngữ Scheme là một dãy các định nghĩa hàm tích hợp lại để định nghĩa một hàm
hoặc nhiều hàm phức tạp hơn.
Prolog là ngôn ngữ lập trình logic, Prolog còn được gọi là ngôn ngữ lập
trình ký hiệu tương tự lập trình hàm. Nguyên lý lập trình logic dựa trên phép
suy đoán logic, liên quan đến những khái niệm toán học. Prolog thích hợp để
giải quyết những bài toán liên quan đến các đối tượng và mối quan hệ giữa các
đối tượng đó.
Có rất nhiều lĩnh vực liên quan đến lập trình trí tuệ nhân tạo, xong với điều
kiện và thời gian cho phép chúng em xin trình bày một số lĩnh vực nghiên cứu
sau đây:
Phần I: LÝ THUYẾT LẬP TRÌNH HÀM
Đề tài: Áp dụng kiểu dữ liệu trừu tượng, xây dựng kiểu cấu trúc dữ liệu
truyền thống ngăn xếp (Stack) trong Scheme. Cho ví dụ minh hoạ vận dụng
ngăn xếp để chuyển đổi một số từ hệ thập phân sang hệ nhị phân
Phần II: BÀI TOÁN LẬP TRÌNH HÀM
2
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Đề tài: Hãy viết chương trình Scheme mô phỏng các hàm đệ quy thực hiện
kiểm tra số nguyên tố (Test for Prime).
Phần III: BÀI TOÁN LẬP TRÌNH PROLOG
Đề tài: Cài đặt thuật toán tìm ước số chung lớn nhất sử dụng thuật toán
Euclide (Euclidean Algorithm).
Với thời gian và việc nghiên cứu của chúng tôi còn nhiều hạn chế nên
không tránh khỏi có những sai sót. Rất mong được sự góp ý và định hướng của
Thầy PGS.TS Phan Huy Khánh và các anh chị cùng lớp để chúng tôi có thể tiếp
tục nghiên cứu và đạt được kết quả tốt hơn trong thời gian tới.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Huy Khánh đã nhiệt tình giảng dạy,

góp ý để nhóm em hoàn thành tiểu luận này.
Nhóm học viên thực hiện:
Đặng Ngọc Tuấn
Lê Công Vượng
Trần Lương Vương
3
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
MỤC LỤC
§ång Híi, 02/2013 1
4
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Phần I
LÝ THUYẾT LẬP TRÌNH HÀM
Đề tài: Áp dụng kiểu dữ liệu trừu tượng, xây dựng kiểu cấu trúc dữ liệu
truyền thống ngăn xếp (Stack) trong Scheme. Cho ví dụ minh hoạ vận
dụng ngăn xếp để đổi một số từ hệ thập phân sang hệ nhị phân.
I. Tổng quan về ngăn xếp (Stack)
Ngăn xếp (Stack) là một kiểu danh sách tuyến tính đặc biệt mà phép bổ
sung hay loại bỏ luôn luôn thực hiện ở một đầu gọi là đỉnh (Top).
Có thể hình dung nó như cơ cấu của một hộp chứa đạn súng trường hoặc
súng tiểu liên. Lắp đạn vào hay lấy đạn ra cũng chỉ ở một đầu hộp. Viên đạn
mới nạp vào sẽ nằm ở đỉnh (Top) còn viên đạn nặp vào đầu tiên sẽ nằm ở
đáy(Bottom). Viên nạp vào sau cùng chính là viên lên nòng súng đầu tiên.
Nguyên tắc “Vào sau ra trước” như vậy của Stack đã đưa đến một tên gọi
khác: Danh sách kiểu LIFO (last - in - first - out). Stack có thể rỗng hoặc bao
gồm một số phần tử.
Có thể dùng cấu trúc dữ liệu vector (mảng) hoặc cấu trúc dữ liệu danh sách
móc nối để lưu trữ dữ liệu cho các Stack.
Ta có nguyên tắc hoạt động của Stack như sau:
5

Vào
Ra
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
II. Xây dựng kiểu cấu trúc dữ liệu truyền thống ngăn xếp (Stack)
trong Scheme
1. Đặc tả cấu trúc dữ liệu kiểu ngăn xếp:
Types Stack(T)
functions
empty-stack : → Stack(T)
empty-stack? : Stack(T) → boolean
push-stack : T × Stack(T) → Stack(T)
pop-stack : Stack(T) -/→ Stack(T)
top-stack : Stack(T) -/→ T
preconditions
pop-stack(s: Stack(T))
chỉ xác định khi và chỉ khi (not empty-stack?(S))
top-stack(s: Stack(T))
chỉ xác định khi và chỉ khi (not empty-stack?(S))
axioms
var x: T, s : Stack(T)
empty-stack?(empty-stack) = true
empty-stack?(push-stack (x, S)) = false
pop-stack(push-stack (x, S)) = S
top-stack(push-stack (x, S)) = x
6
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Ta cần xây dựng các hàm Scheme thao tác trên ngăn xếp như sau :
(empty-stack? (empty-stack))
#t
(empty-stack? (push-stack x S))

#f
(pop-stack (push-stack x S))
> S
(top-stack (push-stack x S)
> x
2. Xây dựng ngăn xếp:
Có nhiểu các để biểu diễn cấu trúc dữ liệu ngăn xếp trong Scheme.
Phương pháp tự nhiên hơn cả là biểu diễn ngăn xếp dưới dạng một danh sách
mà các thao tác bổ sung và loại bỏ một phần tử được thực hiện ở một đầu của
7
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
danh sách. Trong Scheme, mỗi lần bổ sung một phần tử vào danh sách kéo theo
việc tạo ra một bộ đôi (dotted pair) mới:
Ta có các hàm Scheme như sau:
(define (empty-stack) ’())
(define empty-stack? null?)
(define (push-stack x S)
(cons x S))
(define (pop-stack S)
(if (empty-stack? S)
(display ”ERROR: stack is empty!”)
(cdr S)))
(define (top-stack S)
(if (empty-stack? S)
(display ”ERROR: stack is empty!”)
(car S)))
III. Ví dụ minh hoạ vận dụng ngăn xếp để chuyển một số hệ thập
phân sang hệ nhị phân
Ta biết rằng dữ liệu lưu trong bộ nhớ của máy tính đều được biểu diễn nhị
phân. Như vậy nghĩa là các số xuất hiện trong chương trình đều phải chuyển đổi

từ thập phân sang nhị phân trước khi thực hiện các phép xử lý.
8
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Đối với hệ thập phân: khi ta viết 437 thì nó biểu diễn con số mà giá trị là
4.10
2
+ 3.10
1
+ 7.10
0

Với số ở hệ nhị phân cũng tương tự.
Chẳng hạn: 11010111
2
thì biểu diễn số:
1.2
7
+ 1.2
6
+ 0.2
5
+ 1.2
4
+ 0.2
3
+ 1.2
2
+ 1.2
1
+ 1.2

0
= (215)
10

Khi đổi một số nguyên từ hệ thập phân sang hệ nhị phân thì người ta dùng
phép chia liên tiếp cho 2 và lấy số dư (là các chữ số nhị phân) theo chiều ngược
lại.
Ví dụ:
9
215

1
2
107

1
2
53

1
2
26

0
2
13

1
2
6

0
2
3

1
2
1

1
2
0
 11010111
2
437

1
2
218

0
2
109

1
2
54

0
2

27

1
2
13

1
2
6

0
2
3

1
2
0
 110110101
2
1
1
2
0
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Như vậy rõ ràng trong cách biến đổi này các số dư được tạo ra sau lại
được hiển thị trước. Cơ chế sắp xếp này chính là cơ chế của Stack. Để thực hiện
biến đổi ta sẽ dùng một Stack để lưu trữ số dư qua từng phép chia: Khi thực
hiện phép chia thì nạp số dư vào Stack, sau đó lấy chúng lần lượt từ Stack ra.
Ví dụ: với số (26)
10

 (0 1 0 1 1) = (11010)
2

PUSH
1
1 1
0 0 0
1 1 1 1
0 0 0 0 0
POP
1
0 0
1 1 1
0 0 0 0
1 1 0 1 0
10
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Phần II
BÀI TOÁN LẬP TRÌNH HÀM
Đề tài: Hãy viết chương trình Scheme mô phỏng các hàm đệ quy thực hiện
kiểm tra số nguyên tố (Test for Prime)
Cho một số nguyên n, cần tìm các số nguyên tố trong khoảng từ 2 n. Có
nhiều thuật toán tìm số nguyên tố, sau đây là thuật toán sử dụng sàng (sieve)
Eratosthènes viết bằng ngôn ngữ mệnh lệnh:
1. Khởi động tập hợp kết quả S chứa các số nguyên tố.
2. Xây dựng sàng sieve chứa danh sách các số từ 2 n.
3. Repeat
Tìm số nguyên tố prime.
Thêm prime vào tập hợp kết quả S
Loại trừ khỏi sàng (sieve) các bội số của Prime là 2*prime, 3*prime, …

until sieve = rỗng
Sau đây là chương trình Scheme :
(define (interval-list m n)
(if (> m n)
’()
(cons m (interval-list (+ 1 m) n))))
(define (sieve L)
(define (remove-multiples n L)
(if (null? L)
’()
(if (= (modulo (car L) n) 0) ; division test
(remove-multiples n (cdr L))
(cons (car L)
(remove-multiples n (cdr L))))))
(if (null? L)
’()
(cons (car L)
11
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
(sieve (remove-multiples (car L) (cdr L))))))
(define (primes<= n)
(sieve (interval-list 2 n)))
(primes<= 500)
> ’(2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67
71 73 79 83 89 97 101 103 107 109 113 127 131 137 139
149 151 157 163 167 173 179 181 191 193 197 199 211 223
227 229 233 239 241 251 257 263 269 271 277 281 283 293
307 311 313 317 331 337 347 349 353 359 367 373 379 383
389 397 401 409 419 421 431 433 439 443 449 457 461 463
467 479 487 491 499)

12
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Phần III
BÀI TOÁN LẬP TRÌNH PROLOG
Đề tài: Cài đặt thuật toán tìm ước số chung lớn nhất sử dụng thuật toán
Euclide (Euclidean Algorithm).
Hàm gcd tìm ước số chung lớn nhất của hai số
Cách 1:
gcd(A,B,GCD):-A=B,GCD=A.
gcd(A,B,GCD):-A<B,
NB is B-A,
gcd(A,NB,GCD).
gcd(A,B,GCD):-A>B,
NA is A-B,
gcd(NA,B,GCD).
?- gcd(3,5,N).
N=1
Yes
?- gcd(4,6,N).
N=2
Yes
?- gcd(8,9,N).
N=1
Yes
13
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
?- gcd(5,15,N).
N=5
Yes

Cách 2:
ucln(A,0,A).
ucln(A,B,N):-A<0,
NA is -A,
ucln(NA,B,N).
ucln(A,B,N):-B<0,
NB is -B,
ucln(A,NB,N).
ucln(A,B,N):-A<B,
ucln(B,A,N).
ucln(A,B,N):-D is (A mod B),
ucln(B,D,N).?
ucln(4,5,N).
N=1
Yes
?- ucln(6,8,N).
N=2
14
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
Yes
?- ucln(4,8,N).
N=4
Yes
?- ucln(4,8,4).
Yes
?- ucln(4,8,7).
ERROR: mod/2: Arithmetic: evaluation error: `zero_divisor`
^ Exception: (9) _G262 is 4 mod 0 ? creep
Exception: (6) ucln(4, 8, 7) ? creep?- ucln(3,4,1).
Yes

?- ucln(3,4,2).
ERROR: mod/2: Arithmetic: evaluation error: `zero_divisor`
^ Exception: (10) _G265 is 1 mod 0 ? creep
Exception: (6) ucln(3, 4, 2) ? creep
15
Tiểu luận môn học Lập trình trí tuệ nhân tạo
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS. TS. Phan Huy Khánh – Lập trình hàm - Nhà xuất bản Khoa học
kỹ thuật.
[2] PGS. TS. Phan Huy Khánh – Lập trình Logic trong Prolog - Nhà xuất
bản Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004.
[3] Đinh Mạnh Tường – Trí Tuệ nhân tạo - Nhà xuất bản Khoa học kỹ
thuật.
[4] Các tài liệu trên Internet.
16