Đề tài xây dựng chương trình minh họa thuật toán a

Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Mặc dù trong các thế kỉ 18, 19 và đầu thế kỉ 20, sự hình thức hóa trong khoa học và
tính toán đã tạo điều kiện tiên quyết về mặt trí tuệ cho việc nghiên cứu Trí tuệ nhân
tạo, nhưng phải cho đến thế kỉ 20 cùng với sự ra đời của máy tính số thì Trí tuệ nhân
tạo mới trở thành một ngành khoa học có sức sống. Một thành phần không thể thiếu
được của Trí tuệ nhân tạo là việc dùng các máy tính số như một phương tiện chọn lựa
để tạo ra và thử nghiệm các lý thuyết về trí tuệ. Hai mối quan tâm nền tảng nhất của các
nhà nghiên cứu Trí tuệ nhân tạo là biểu diễn tri thức và tìm kiếm. Sự quan tâm thứ nhất
chú ý đến vấn đề nắm bắt theo một ngôn ngữ tri thức đầy đủ mà hành vi thông minh đòi
hỏi. Trong khi đó, tìm kiếm là kĩ thuật giải quyết vấn đề theo cách khảo sát có hệ thống
một không gian trạng thái bài toán, tức là các giai đoạn tuần tự và có chọn lựa trong quá
trình giải quyết vấn đề.
Trong các chiến lược tìm kiếm, người ta biểu diễn quá trình giải quyết vấn đề như
một quá trình tìm kiếm đường đi trên một đồ thị không gian trạng thái mà trong đó: mỗi
trạng thái bài toán được xem như một nút của đồ thị hay còn gọi là một trạng thái và các
đường chuyển trạng thái khi áp dụng các phép toán hợp lệ vào một trạng thái nào đó sẽ
chuyển bài toán từ trạng thái này sang trạng thái khác được gọi là các liên kết của đồ thị.
Đây không phải chỉ là một trong những kĩ thuật hiệu quả mà tính quy tắc và chính xác
của nó làm cho việc cài đặt trên máy tính mang tính trực tiếp.
Trong bài tập lớn này, em tìm hiểu về Thuật toán tìm kiếm A* và sử dụng ngôn
ngữ lập trình Visual Basic để xây dựng chương trình minh họa cho thuật toán. Dựa trên
sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, dựa trên
những kiến thức đã học, em đã hoàn thành đề tài này tuy nhiên vẫn còn nhiều sai sót, rất

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

1

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

mong có sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Phần I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
I – TRÍ TUỆ NHÂN TẠO LÀ GÌ
Thuật ngữ trí tuệ nhân tạo được John McCarthy đưa ra trong hội thảo ở Dartmouth
vào mùa hè năm 1956. Đây được xem là thời điểm ra đời thật sự của lĩnh vực nghiên
cứu trí tuệ nhân tạo (TTNT).
Trong các sách viết về TTNT các năm gần đây, các tác giả đã đưa ra nhiều định
nghĩa về TTNT, nhưng nhìn chung, ta có thể hiểu: “TTNT là sự thiết kế và nghiên cứu
các chương trình máy tính ứng xử một cách thông minh. Các chương trình này được xây
dựng để thực hiện các hành vi mà khi thực hiện ở người và động vật chúng ta xem là
thông minh” (“Dean, Allen and Aloimonos, 1995).
Hiện nay nhiều nhà nghiên cứu quan niệm rằng, TTNT là lĩnh vực nghiên cứu sự
thiết kế các tác nhân thông minh (intelligent agent). Tác nhân thông minh là bất cứ cái gì
tồn tại trong môi trường và hành động một cách thông minh. Mục tiêu khoa học của

TTNT là hiểu được bản chất các hành vi thông minh. Mục tiêu thực tiễn, công nghệ của
TTNT là xây dựng nên các hệ thông minh, các máy thông minh.
Một số ngành khoa học khác cũng nghiên cứu các năng lực được xem là thông minh
của con người như: Triết học, Tâm lý học… Nhưng khác với các ngành khoa học trên,
TTNT là một ngành của khoa học máy tính – nghiên cứu xử lý thông tin bằng máy tính.
Do đó, TTNT đặt ra mục tiêu nghiên cứu: làm thế nào để hiểu được các hành vi thông
minh bằng thuật toán, rồi nghiên cứu các phương pháp cài đặt các chương trình có thể
thực hiện được các hành vi thông minh. Như vậy chúng ta cần xây dựng các mô hình
tính toán (computational models) phục vụ cho việc giải thích, mô tả các hành vi thông
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

2

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

minh bằng thuật toán, tiếp theo ta cần chỉ ra tính hiệu quả, tính khả thi của thuật toán
thực hiện một nhiệm vụ và từ đó đưa ra các phương pháp cài đặt.
II – GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG TÌM KIẾM
Vấn đề tìm kiếm, một cách tổng quát, có thể hiểu là tìm một đối tượng thỏa mãn một
số đòi hỏi nào đó, trong một tập hợp rộng lớn các đối tượng. Trong các lĩnh vực nghiên
cứu của trí tuệ nhân tạo, chúng ta thường xuyên phải đối đầu với vấn đề tìm kiếm. Đặc
biệt trong lập kế hoạch và học máy, tìm kiếm đóng vai trò rất quan trọng.
Trong khuôn khổ chương trình giảng dạy của nhà trường, chúng ta sẽ được tìm hiểu

các kỹ thuật sau:





Các kỹ thuật tìm kiếm mù.
Các kỹ thuật tìm kiếm kinh nghiệm (tìm kiếm heuristic).
Các kỹ thuật tìm kiếm tối ưu.
Các phương pháp tìm kiếm có đối thủ.

III – CÁC CHIẾN LƯỢC TÌM KIẾM TỐI ƯU
Vấn đề tìm kiếm tối ưu, một cách tổng quát, có thể phát biểu như sau: một đối tượng
x trong không gian tìm kiếm được gán với một số đo giá trị của đối tượng đó f(x), mục
tiêu của ta là tìm được đối tượng có giá trị f(x) lớn nhất (hoặc nhỏ nhất) trong không gian
tìm kiếm. Hàm f(x) được gọi là hàm mục tiêu.
Các chiến lược tìm kiếm bao gồm:
 Các kỹ thuật tìm đường đi ngắn nhất trong không gian trạng thái: Thuật toán
A*, thuật toán nhánh – và – cận.
 Các kỹ thuật tìm kiếm đối tượng tốt nhất: Tìm kiếm leo đồi, tìm kiếm
Gradient, tìm kiếm mô phỏng luyện kim.
 Tìm kiếm bắt chước sự tiến hóa: Thuật toán di truyền.
3.1 – Một số quy ước trong bài toán tìm đường đi

 Giá trị của cung (a,b) là độ dài đường nối từ a đến b.
 Độ dài đường đi từ trạng thái đầu đến trạng thái kết thúc là tổng độ dài các
cung trên đường đi.
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

3

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

 Không gian tìm kiếm: Tất cả các đường đi từ trạng thái đầu đến trạng thái
đích.
3.2 – Xây dựng hàm đánh giá

Giả sử u là một trạng thái tới (đi từ trạng thái đầu đến u), xây dựng các hàm:
 g(u): đánh giá độ dài đường đi từ trạng thái đầu đến u.
 h(u): đánh giá độ dài đường đi từ u đến trạng thái đích.
 f(u) = g(u) + h(u): đánh giá độ dài đường đi từ trạng thái đầu đến trạng thái
đích mà đi qua u.
IV – THUẬT TOÁN A*
Thuật toán A* là thuật toán sử dụng kỹ thuật tìm kiếm tốt nhất đầu tiên với hàm
đánh giá f(u). Tức là: trong các trạng thái chờ phát triển, chọn trạng thái có giá trị hàm
đánh giá nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) để phát triển tiếp. Đỉnh được phát triển có thể ở mức
hiện tại hoặc các mức trên.
4.1 – Thuật toán

1. Khởi tạo danh sách L chỉ chứa trạng thái ban đầu;
2. Loop do
2.1. If

L rỗng

then

{ thông báo thất bại; stop;}
2.2. Loại trạng thái u ở đầu danh sách L;
2.3. if

u là trạng thái đích

then

{ thông báo thành công; stop;}
2.4. for

mỗi trạng thái v kề u

do

{ g(v) ← g(u) + k(u,v);
f(v) ← g(v) + h(v);
Đặt v vào danh sách L; }
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

4

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

2.5. Sắp xếp L theo thứ tự tăng dần của hàm f sao cho trạng thái có
giá trị của hàm f nhỏ nhất ở đầu danh sách;
End loop;
4.2 – Một số nhận xét về thuật toán A*

Chúng ta đưa ra một số nhận xét về thuật toán A* như sau:
Người ta chứng minh được rằng, nếu hàm đánh giá h(u) là đánh giá thấp (trường
hợp đặc biệt, h(u) = 0 với mọi trạng thái u) thì thuật toán A* là thuật toán tối ưu, tức là
nghiệm mà nó tìm ra là ngiệm tối ưu. Ngoài ra, nếu độ dài của các cung không nhỏ hơn
một số dương δ nào đó thì thuật toán A* là thuật toán đầy đủ theo nghĩa rằng, nó luôn
dừng và tìm ra cây nghiệm.
Trong trường hợp hàm đánh giá h(u) = 0 với mọi u, thuật toán A* chính là thuật
toán tìm kiếm tốt nhất đầu tiên với hàm đánh giá g(u).
Thuật toán A* đã được chứng tỏ rằng là thuật toán hiệu quả nhất trong số các thuật
toán đầy đủ và tối ưu cho vấn đề tìm kiếm đường đi ngắn nhất.
4.3 – Ví dụ minh họa

Để thấy được thuật toán A* làm việc ra sao, ta xét đồ thị không gian trạng thái như
hình vẽ. Trong đó trạng thái ban đầu là trạng thái A, trạng thái đích là B, các số ghi cạnh
các cung là độ dài cung đó, các số cạnh các đỉnh là giá trị của hàm h. Đầu tiên, phát triển
đỉnh A sinh ra các đỉnh con C, D, E và F. Tính giá trị hàm f tại các đỉnh này ta có:
g(C) = 9

f(C) = 9 + 15 = 24

g(D) = 7

f(D) = 7 + 6 = 13

g(E) = 13

f(E) = 13 + 8 = 21

g(F) = 20

f(F) = 20 + 7 = 27

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

5

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Như vậy đỉnh tốt nhất là D (vì f(D) = 13 là nhỏ nhất). phát triển đỉnh D, ta nhận
được các đỉnh con H và E. ta đánh giá H và E (mới).
g(H) = g(D) + độ dài cung (D, H) = 7 + 8 = 15
f(H) = 15 + 10 = 25
Đường đi tới E qua D có độ dài:

g(E) = g(D) + độ dài cung (D,E) = 7 + 4 = 11
f(E) = g(E) + h(E) = 11 + 8 = 19
Trong số các đỉnh chờ phát triển thì đỉnh E với đánh giá f(E) = 19 là đỉnh tốt nhất.
Phát triển đỉnh này, ta nhận được các đỉnh con của nó là K và I. Chúng ta tiếp tục quá
trình trên cho tới khi đỉnh được chọn để phát triển là đỉnh kết thúc B, độ dài đường đi
ngắn nhất tới B là g(B) = 19. Để theo dõi quá trình làm việc của thuật toán, ta lập bảng
phân tích gồm 4 cột:





Lần lặp: số lần lặp của thuật toán
u: đỉnh phát triển u
v: các đỉnh con của u
L: Danh sách L

Với quy ước: đỉnh . Ta có bảng phân tích như sau
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

6

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Đường đi ngắn nhất:

A→D→E→I→B

Quá trình tìm kiếm trên được mô tả bởi cây tìm kiếm sau.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

7

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Phần II: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MINH HỌA
I – GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUAL BASIC VÀ
CÔNG CỤ LẬP TRÌNH MICROSOFT VISUAL BASIC
Visual Basic (viết tắt VB) là một ngôn ngữ lập trình hướng sự kiện (event-driven)
và môi trường phát triển tích hợp (IDE) kết bó được phát triển đầu tiên bởi Alan Cooper
dưới tên Dự án Ruby (Project Ruby), và sau đó được Microsoft mua và cải tiến nhiều.
Visual Basic đã được thay thế bằng Visual Basic.NET. Phiên bản cũ của Visual Basic
bắt nguồn phần lớn từ BASIC và để lập trình viên phát triển các giao diện người dùng đồ
họa (GUI) theo mô hình phát triển ứng dụng nhanh (Rapid Application Development,
RAD); truy cập các cơ sở dữ liệu dùng DAO (Data Access Objects), RDO (Remote Data

Objects), hay ADO (ActiveX Data Objects); và lập các điều khiển và đối tượng ActiveX.
Một lập trình viên có thể phát triển ứng dụng dùng các thành phần (component) có
sẵn trong Visual Basic. Các chương trình bằng Visual Basic cũng có thể sử dụng
Windows API, nhưng làm vậy thì phải sử dụng các khai báo hàm bên ngoài.
Trong lĩnh vực lập trình thương mại, Visual Basic có một trong những nhóm khách
hàng lớn nhất. Theo một số nguồn, vào năm 2003, 52% của những lập trình viên sử
dụng Visual Basic, làm nó thành ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất vào lúc đó. Tuy
nhiên, cuộc nghiên cứu của Evans Data cho rằng 43% của các lập trình viên đó có ý định
đổi qua một ngôn ngữ khác. Dù vậy, trong thực hành thí nghiệm thì VB vẫn được dùng
khá phổ biến vì sự gần gũi và dễ học dễ làm của nó. Hiện nay xu hướng lập trình đang
chuyển dần sang .NET vì những ưu điểm và lợi thế tuyệt vời của nó.
Microsoft Visual Basic. NET hay còn gọi là VB.NET được Microsoft phát triển từ
cuối thập niên 1990 và ra phiên bản đầu vào năm 2002 (cùng với Visual C# và
ASP.NET). Phiên bản mới nhất hiện nay là Visual Basic. NET 2010.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

8

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

II – TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH
2.1 – Cấu trúc chương trình

Chương trình gồm có các thành phần như sau:









Form chính: mainForm.vb
Form tác giả: author.vb
Form hướng dẫn sử dụng: tutorial.vb
Form hiển thị bảng kết quả: process.vb
Module chứa các hàm và thủ tục hỗ trợ: functions.vb
Module chứa các hàm và thủ tục vẽ: draw.vb
Module chứa các hàm và thủ tục lưu, mở đồ thị: saveload.vb
Khai báo các lớp sử dụng trong chương trình: classes.vb

Form giao diện chính của chương trình (mainForm.vb) bao gồm các control của
Visual Basic, các sự kiện của control được lập trình bên trong code của mainForm.vb.
Thuật toán A* và các thao tác nhập, xuất được thể hiện ở form này. Các bạn có thể mở
project đi kèm với tập báo cáo này để biết thêm chi tiết.
Form hướng dẫn sử dụng (tutorial.vb) hiển thị những hướng dẫn cơ bản và một số
chú ý khi sử dụng chương trình.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

9

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Form tác giả (author.vb) bao gồm các thông tin về chương trình và tác giả. Code của
form này chỉ lấy thông tin chương trình rồi đưa ra hiển thị (code được viết bên trong
phần onload của form).
Form hiển thị kết quả (process.vb) bao gồm hai control, một label ghi tiêu đề và một
listView. Code của form này chỉ lấy kết quả tính toán đổ vào listView và hiển thị ra màn
hình (viết trong phần onload của form).
Chúng ta sẽ đi chi tiết hơn ở phần định nghĩa các hàm, thủ tục trong module và định
nghĩa các class sử dụng trong chương trình ở phần sau.
2.2 – Hoạt động

Các thủ tục và sự kiện trong form chính sẽ chứa các dòng lệnh nhập và xuất kết quả.
Quá trình nhập và xuất được thực hiện thông qua các phương thức có sẵn của VB và các
hàm, thủ tục được định nghĩa trong các module. Để phục vụ cho thuật toán A* - thuật
toán chính của chương trình - thì các thành phần hỗ trợ cho nó cũng được định nghĩa đầy
đủ trong các module.
2.3 – Các lớp được sử dụng

Để làm việc có hiệu quả hơn và tận dụng các ưu điểm của lập trình hướng đối tượng,
chương trình đã sử dụng phương pháp lập trình này. Một lớp các đỉnh được khai báo
trong file classes.vb. Thực chất đây là file được thêm vào từ menu add new item, class.

Các bạn mở file này ra sẽ thấy các định nghĩa cho các lớp. Có 3 lớp được sử dụng
trong chương trình là lopDinh, Child và listItem trong đó:
 lopDinh là lớp chính bao gồm các thuộc tính cần thiết của một đỉnh trong
thuật toán A* (tọa độ, tên đỉnh, giá trị hàm đánh giá, các đỉnh con và khoảng
cách tương ứng, các đỉnh cha, giá trị hàm f và g)
 Child là lớp các con của một đỉnh, nó gồm các thuộc tính như cname (tên
con) và cdistance(khoảng cách từ cha của nó đến nó)
 listItem là lớp được sử dụng để lưu kết quả tính toán và đưa ra bảng kết quả.
Lớp này gồm 4 thuộc tính tương ứng với bảng sử dụng để thực hiện thuật
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

10

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

toán A* (các thuộc tính gồm số lần lặp, đỉnh u, tập các đỉnh con v, và danh
sách L).
Chi tiết về lớp sẽ được chi tiết hóa ở phần sau.
2.4 – Một số giao diện chương trình

Giao diện chính của chương trình

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

11

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Xử lý lỗi trong chương trình

Sau khi tìm kiếm thành công

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

12

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Kết quả tìm kiếm

III – CẤU TRÚC CHI TIẾT
3.1 – Định nghĩa các lớp

Các lớp được sử dụng trong chương trình được định nghĩa đầy đủ trong file
classes.vb
3.1.1 – Lớp các đỉnh – lớp chính của chương trình – lớp lopDinh

Lớp đỉnh cũng như các lớp khác trong chương trình, không định nghĩa thuộc tính
trực tiếp (định nghĩa giống cú pháp <tên thuộc tính> as <kiểu dữ liệu>) mà
định nghĩa các biến riêng để lưu giá trị và định nghĩa các thuộc tính để thông qua các
thuộc tính đó, lưu các giá trị cần thiết vào các biến riêng. Theo các tài liệu lập trình
hướng đối tượng thì phương pháp này được khuyến khích sử dụng vì có nhiều ưu điểm
hơn và hạn chế được các nhược điểm của khai báo thuộc tính trực tiếp.
Các thuộc tính của lopDinh bao gồm:








x: tọa độ x của đỉnh, kiểu số nguyên (Short)
y: tọa độ y của đỉnh, kiểu số nguyên (Short)
name: tên đỉnh, kiểu Char
value: giá trị hàm đánh giá h, kiểu số nguyên (Short)
fval: giá trị hàm f, kiểu số nguyên (Short)
gval: giá trị hàm g, kiểu số nguyên (Short)
childs: các đỉnh con, thuộc tính này là tập hợp các đối tượng thuộc lớp Child

sẽ được nói đến ngay sau phần này.
 parents: có kiểu là string, lưu tên các đỉnh cha
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

13

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Riêng 2 thuộc tính childs và parents được định nghĩa trực tiếp.
Mỗi thuộc tính được định nghĩa bằng phát biểu:
Property <tên thuộc tính>([tham biến nếu có]) As <kiểu>

Kiểu có thể là kiểu dữ liệu nguyên thủy hoặc các lớp đối tượng…
Việc định nghĩa thuộc tính như trên giống cho tất cả các lớp được sử dụng trong
chương trình.

Hai thủ tục New và New(danh sách tham biến) dùng để khởi tạo giá trị mặc định
cho các thuộc tính của lớp. Chi tiết về định nghĩa lớp, các bạn có thể tìm hiểu trên thư
viện của Microsoft ().

Các lớp nói chung, đa số đều được định nghĩa tuân theo tư tưởng lập trình hướng đối
tượng. Nhưng do tính phức tạp của chương trình chưa phải là cao, nên một số thuộc tính
vẫn được định nghĩa một cách trực tiếp.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

14

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

3.1.2 – Lớp các con - lớp Child

Lớp này gồm có các thuộc tính sau:
 cname: kiểu Char, lưu tên của đỉnh con
 cdistance: kiểu Short, lưu giá trị là khoảng cách từ cha nó đến nó
Một đỉnh thuộc lopDinh sẽ có một thuộc tính childs lưu tập hợp các con và khoảng
cách tương ứng. Với một dinh thuộc lopDinh thì các con của nó sẽ là dinh.childs(i), với i
là chỉ số tương ứng (vì childs là một danh sách các đối tượng thuộc lớp Child).
3.1.3 – lớp listItem

Lớp này gồm các thuộc tính tương ứng với bảng quá trình tính toán:





lanlap: kiểu Short, lưu số lần lặp của thuật toán

u: kiểu String, lưu tên đỉnh u và các giá trị hàm f, g tương ứng
v: kiểu String, lưu tên các đỉnh v và các giá trị hàm f, g tương ứng
L: kiểu String, lưu danh sách L gồm tên các đỉnh và các giá trị hàm f, g tương
ứng

Lớp này được sử dụng để lưu các kết quả tính toán và đưa ra bảng tính toán (form
process.vb). Các giá trị hàm f, g sẽ được chuyển sang xâu ký tự trước khi thêm vào
thuộc tính u, v và L của đối tượng thuộc lớp này.
3.2 – Các thủ tục vẽ

Các thủ tục vẽ được định nghĩa trong Module functions.vb.
3.2.1 – Vẽ một đỉnh của đồ thị

Sử dụng các thủ tục và hàm có sẵn để vẽ. Tạo một đối tượng đồ họa trên panel vẽ
(panel này có tên là pnlMain và thuộc form chính mainForm). Sử dụng thủ tục
FillEllipse với chiều rộng bằng chiều ngang để vẽ một hình tròn không viền và sử dụng
thủ tục DrawEllipse để vẽ viền cho nó. Tương tự, vẽ một elip khác bên trên elip cũ để
thể hiện giá trị hàm đánh giá.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

15

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Các lệnh rẽ nhánh If … Then được dùng để căn chỉnh vị trí cho các ký tự có độ rộng
đặc biệt. Thủ tục drawString dùng để vẽ một xâu ký tự lên màn hình ở vị trí được chỉ
định. Thủ tục này dùng để vẽ tên đỉnh và giá trị hàm đánh giá. Ở thủ tục vẽ mũi tên nối
hai đỉnh của đồ thị, nó cũng được sử dụng để vẽ giá trị khoảng cách giữa hai đỉnh.
sFont, vFont là kiểu font với kích cỡ và kiểu (đậm, nghiêng, thường, gạch chân…)
cho các xâu ký tự tương ứng (tên đỉnh, giá trị hàm đánh giá), ta khai báo hai kiểu Font
này để phục vụ cho lệnh drawString.
Các tham biến truyền vào thủ tục này gồm có:
 dinh: đối tượng thuộc lopDinh
 p: đối tượng thuộc lớp System.Drawing.pen dùng để vẽ viền
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

16

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

 b: đối tượng thuộc lớp System.Drawing.brush dùng để tô màu
3.2.2 – Thủ tục vẽ mũi tên nối hai đỉnh của đồ thị

Trong thủ tục này, chúng ta sẽ sử dụng một chút kiến thức về toán học. Hình vẽ thể
hiện cách nghĩ và phương pháp thực hiện của thủ tục này.

Ở hình vẽ, r là bán kính của đường tròn. Từ các tọa độ của 2 đỉnh, ta tính được các
dx = x2 – x1 và dy = d2 – d1, ta tính được độ dài đoạn thẳng nối 2 tâm của nó, và nhờ đó
tính được sinα và cosα. Theo phương trình đường tròn thì ta sẽ tìm được giao điểm của
đoạn thẳng nối 2 tâm của 2 đỉnh với đường tròn tương ứng.
x = x1 + r*sinα và y = y1 + r*cosα

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

17

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

r

α

(x1,y1)

Đỉnh 1

size
y2- y1

(x2,y2)

x2-x1

Đỉnh 2

Tùy vào hướng của đoạn thẳng (vị trí của đỉnh thứ 2 so với đỉnh thứ nhất) mà ta sẽ
cộng hoặc trừ tương ứng. Sau khi tính được 2 tọa độ giao điểm, ta vẽ một đường thẳng
nối 2 tọa độ này và vẽ một hình tam giác thể hiện cho mũi tên ở cuối đoạn thằng. Cách
tính tọa độ này còn được mở rộng để tìm các vị trí thích hợp để vẽ giá trị khoảng cách từ
đỉnh cha tới đỉnh con.
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

18

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Các lệnh được sử dụng gồm drawLine để vẽ đoạn thẳng, drawString để vẽ xâu ký tự.
Biến arrow dùng để tạo ra một hình mũi tên ở cuối đoạn thẳng. Ở đây thì đối với đỉnh
thứ 2, điểm cuối của đoạn thẳng sẽ cách giao điểm của đoạn thẳng đó kéo dài và đường
tròn một khoảng = 4. Ta sẽ dùng khoảng trống này để vẽ phần nhọn của mũi tên.
Các tham biến truyền vào của thủ tục này gồm có:
 Đỉnh cha và đỉnh con: đối tượng thuộc lớp lopDinh.

 Khoảng cách tương ứng: kiểu số nguyên Short
 db (dinh brush), dp (dinh pen): tương ứng thuộc lớp brush và lớp pen. Tham
biến này dùng để xác định giá trị màu cho viền và màu tô cho đỉnh.
 lb (line brush), lp (line pen): tương ứng thuộc lớp brush và lớp pen. Tham
biến này dùng để xác định giá trị màu cho đoạn thẳng và màu mũi tên.
3.2.3 – Thủ tục vẽ toàn bộ đồ thị

Thủ tục này dùng để vẽ toàn bộ đồ thị với màu ban đầu (ta coi màu trắng, viền xanh,
đường nối màu xám là các màu ban đầu của đồ thị).
Cách nghĩ của thủ tục này là:
 Kiểm tra xem đồ thị có rỗng hay không. Nếu rỗng thì lệnh return được thực
hiện.
 Nếu đồ thị không rỗng, duyệt tất cả các đỉnh thuộc danh sách đỉnh, ứng với
mỗi đỉnh, vẽ mũi tên nối đỉnh đó với các con của nó. Vị trí các đỉnh con trong
danh sách được tìm qua thủ tục pSearch.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

19

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

3.2.4 – Các thủ tục khác

Ngoài các thủ tục nêu trên thì trong module này còn hai thủ tục
 clearPanel: dùng để xóa panel vẽ (sử dụng khi nhấn nút [đồ thị mới] và khi
nhấn nút [mở đồ thị], điều kiện của mở đồ thị là phải mở thành công thì thủ
tục này mới thực hiện)
 coloredDraw: dùng để vẽ một đồ thị với một màu khác, chỉ cần truyền tham
số màu cho thủ tục nối đỉnh ở mục 3.2.2. Trong thủ tục này có sử dụng vòng
lặp để lấy giá trị khoảng cách từ thuộc tính childs.
3.3 – Các thủ tục và hàm hỗ trợ

Các thủ tục và hàm hỗ trợ này được định nghĩa trong Module functions.vb và đa số
có phạm vi public để có thể sử dụng ở mọi nơi trong chương trình. Nó cũng bao gồm các

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

20

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

hàm và thủ tục có phạm vi private nhưng chỉ dùng để phục vụ cho các hàm và thủ tục
trong module.
3.3.1 – Xóa đỉnh

Tư tưởng của thuật toán xóa đỉnh rất đơn giản. Đầu tiên tìm đỉnh con của nó và
tương ứng với mỗi con, loại bỏ giá trị trùng với giá trị tên của đỉnh cần xóa trong thuộc
tính đỉnh cha (parents). Tương tự, tìm đỉnh cha của đỉnh cần xóa và tương ứng với mỗi
cha, loại bỏ thành phần trùng với tên đỉnh cần xóa trong thuộc tính đỉnh con (childs).
Giá trị trả về của hàm này là một danh sách các đỉnh với đỉnh đã được xóa, các
thuộc tính của các đỉnh liên quan đến đỉnh đó cũng bị xóa.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

21

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Tham biến truyền vào của hàm này là một đỉnh thuộc lớp lopDinh và một danh sách
các đỉnh.
3.3.2 – Đưa dữ liệu vào bảng kết quả

Bảng kết quả nằm trên Form process.vb và trong form này có một control là
ListView1. Listview này có 4 sub item (ta coi nó là 4 cột). Tương ứng chúng ta đã định
nghĩa một lớp listItem gồm 4 thành phần, và khai báo danh sách đối tượng thuộc lớp đó.
Do vậy ở đây chỉ việc thêm các giá trị của thuộc tính của mỗi đối tượng trong danh sách
vào trong ListView1. Công việc của thủ tục này có thể được hiểu đơn giản giống như là
thêm một bản ghi vào một bảng.

3.3.3 – Các thủ tục và hàm khác

Các thủ tục và hàm này cũng có tư tưởng và thuật toán rất đơn giản.
 Hàm thêm một đỉnh mới: Kiểm tra xem đỉnh đó đã có trong danh sách chưa,
nếu có thì trả về false, và chưa thì trả về true. Tương tự với các hàm thêm
đỉnh cha, thêm đỉnh con. Chỉ khác là 2 hàm này thêm giá trị vào thuộc tính
của một đỉnh chứ không phải thêm đỉnh.
 Hàm tìm đỉnh có tên cho trước: Hàm này sẽ trả về giá trị là vị trí của đỉnh
trong danh sách đỉnh nếu tìm được và trả về -1 nếu không tìm được. Tư
tưởng chỉ là so sánh tên với tên của tất cả các đỉnh thuộc danh sách đỉnh, nếu
tên trùng, có nghĩa là đã có đỉnh đó.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

22

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

 Hàm xóa một ký tự trong xâu: Kiểm tra vị trí ký tự cần xóa, lấy các phần còn
lại của xâu mà không bao gồm ký tự đó, gán trở lại cho xâu cũ. Giá trị trả về
là một xâu đã xóa ký tự cần xóa. Hàm này dùng để xóa tên đỉnh cha trong
thuộc tính parents của một đỉnh và nó phục vụ cho hàm xóa đỉnh.

 Hàm sắp xếp danh sách L: Sắp xếp danh sách L theo thuật toán sắp xếp nổi
bọt.
 Thủ tục xóa trắng các textbox: dùng để xóa textbox khi cần thiết.
3.4 – mainForm – Form chính của chương trình
3.4.1 – Các khai báo

Trong Form này, khai báo 3 danh sách bao gồm:
 dinh: danh sách các đối tượng thuộc lớp lopDinh. Đây là danh sách chính của
chương trình.
 Dlist: danh sách các đối tượng thuộc lớp lopDinh. Dùng để lưu danh sách L
(danh sách thực sự) và lưu danh sách kết quả. Khi tìm kiếm thành công, nó
được xóa đi và sẽ được dùng lại để lưu các đỉnh nằm trên đường đi.
 resultList: một danh sách đối tượng thuộc lớp listItem, danh sách này được sử
dụng để lưu kết quả tìm kiếm khi tìm kiếm thành công. Phạm vi public để có
thể sử dụng khi định nghĩa thủ tục đưa dữ liệu vào bảng kết quả (mục 3.3.2).
3.4.2 – Nhập dữ liệu vào

Việc nhập dữ liệu vào được thông qua các thủ tục kiểm soát các sự kiện như bấm
chuột, nhấn nút…
Các thủ tục nhập như vẽ một đỉnh bằng chuột, vẽ đỉnh bằng nút, nhập đỉnh cha, đỉnh
con, nhập đỉnh đầu, đỉnh cuối (để vẽ đường mũi tên nối hai đỉnh) đều có một đoạn lệnh
đầu để bắt các lỗi có thể xảy ra, khi có lỗi thì sẽ có một bảng thông báo lỗi
(messageBox) hiện lên và tiếp sau đó câu lệnh return sẽ được thực hiện. Ở đây tất cả các
thủ tục nhập đều có kiểm tra lỗi và lệnh return sẽ đưa quá trình chạy chương trình về
trạng thái mà thủ tục chứa nó chưa được kích hoạt. Nếu lệnh return được thực hiện thì
các lệnh sau nó sẽ không được thực hiện.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

23

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

Vẽ đỉnh bằng chuột thực chất là một sự kiện click chuột trên panel vẽ. Ta sử dụng
đối tượng sự kiện e và 2 thuộc tính của nó là x và y để lấy tọa độ click chuột. Tọa độ này
sẽ được lưu vào thuộc tính của một đối tượng đỉnh thuộc danh sách các đối tượng đỉnh
(dinh) thuộc lớp lopDinh khi không có lỗi nào xảy ra. Hai lệnh đầu tiên (sau các lệnh
khai báo) sẽ hiển thị giá trị tọa độ click chuột ra 2 ô textbox để tiện theo dõi.

Khi đã nhập đầy đủ các dữ kiện, thì một đỉnh sẽ được vẽ ra panel vẽ thông qua thủ
tục drawDinh được định nghĩa trong module draw.vb. Thủ tục này sẽ được gọi khi click
chuột trên panel vẽ hoặc bấm nút vẽ đỉnh. Các giá trị sẽ được lưu vào các thuộc tính
tương ứng của một đỉnh tạm (đối tượng này thuộc lớp lopDinh) và thêm vào danh sách
dinh thông qua thủ tục có sẵn (add) của kiểu danh sách (list (of T)). Khi thêm một đối
Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

24

Lớp ĐHCQ K6B


Đề tài: Xây dựng chương trình minh họa thuật

GVHD: Nông Thị Hoa

toán A*

tượng đỉnh vào danh sách thì hàm kiểm tra thêm đỉnh mới sẽ được gọi (hàm này định
nghĩa trong module functions.vb). Nếu đỉnh đó đã tồn tại trong danh sách thì ta lại sử
dụng messageBox để báo lỗi và một lệnh return để quay về trạng thái trước khi thủ tục
được kích hoạt…

Nút vẽ đồ thị có chức năng vẽ mũi tên nối 2 đỉnh, và nó sẽ gọi đến thủ tục vẽ mũi
tên (dconnect) trong module draw.vb. Tư tưởng của nó chỉ là: tìm vị trí đỉnh cha và đỉnh
con (tên của hai đỉnh này được nhập từ bàn phím) thông qua thủ tục pSearch
(functions.vb). Sau đó thuộc tính của đỉnh cha sẽ được thêm vào một đối tượng thuộc
lớp Child tương ứng với tên đỉnh con vừa nhập, và thuộc tính parents (kiểu String) của
đỉnh con cũng được thêm vào một ký tự tương ứng với tên đỉnh cha vừa nhập. Các đối
tượng đỉnh cha, đỉnh con (thuộc lớp lopDinh), giá trị khoảng cách, và các giá trị màu tô,
màu vẽ sẽ được dùng làm tham biến thực sự khi gọi đến thủ tục vẽ mũi tên (dconnect
trong module draw.vb).
Khi nhấn nút vẽ đồ thị, các hàm kiểm tra sẽ được gọi để kiểm tra xem đỉnh cha, đỉnh
con có tồn tại trong đồ thị hay không. Nếu một trong hai, hoặc cả hai không tồn tại thì sẽ
báo lỗi. Các hàm kiểm tra (addChild, addParent) được định nghĩa trong module
funtions.vb.

Sinh viên thực hiện: Ngô Hoàng Liêm

25

Lớp ĐHCQ K6B