Iintelligent problem solvers tiếng việt P.GS Đỗ Văn Nhơn

GIẢI TOÁN THÔNG MINH

I.

Các thành phần của hệ thống IPS (Intelligent Problem
Solvers)
- Một IPS là một hệ thống CSTT, trong đó hỗ trợ việc tìm
kiếm, truy vấn và giải quyết các vấn đề dựa trên vốn CSTT,
nó có cấu trúc của một hệ chuyên gia. Chúng ta có thể thiết
kế hệ thống IPS bao gồm các thành phần sau:

CSTT
 Bộ suy diễn
 Thành phần giải trình
 Bộ nhớ các phiên đang làm việc (quy ước là bộ nhớ
tức thời)
 Trình quản lý tri thức
 Giao diện
- CSTT chứa tri thức để giải quyết một số vấn đề trong một
miền phạm vi tri thức nhất định. Nó phải được chứa dưới
dạng một hình thức mà máy tính có thể đọc được và bộ máy
suy diễn có thể sử dụng để lập luận, ứng dụng vào giải quyết
các vấn đề. Chúng có thể chứa các khái niệm, đối tượng, các
quan hệ, phép toán và hàm, tập sự kiện và luật.
- Bộ suy diễn sẽ sử dụng tri thức được chứa trong CSTT để
giải quyết các vấn đề, để tìm kiếm hoặc trả lời cho câu truy
vấn. Nó được ví dụ “bộ não” của cả hệ thống, nó phải xác
định ra được vấn đề va sử dụng các chiến lược suy luận phù
hợp để tìm ra các tập sự kiện và tập luật cho việc giải quyết
các vấn đề. Trong một IPS, bộ suy diễn cũng có thể tạo ra các
khả năng của con người như đọc, suy nghĩ và viết.

- Bộ nhớ tức thời: chứa dữ liệu đã nhận từ người dùng trong
quá trình hoạt động của hệ thống. Kết hợp với tập luật trong


-

-

-

CSTT có thể tạo ra giá trị mới trong bộ nhớ tức thời, sửa lại
giá trị cũ, hoặc xóa những giá trị đã tồn tại. Ngoài ra, nó còn
chứa dữ liệu, tập sự kiện và luật trong quá trình tìm kiếm và
suy luận của bộ suy diễn.
Thành phần giải trình: hỗ trợ việc giải thích từng giai đoạn,
khái niệm trong quá trình giải quyết vấn đề. Nó trình bày các
phương pháp mà ở đó hệ thống ÍP đưa ra kết quả nhưng dưới
dạng không rõ ràng, làm cho người dùng khó hiểu và giải
thích quá trình lý luận tìm ra câu trả lời cuối cùng của hệ
thống.
Trình quản lý CSTT: mục đích hỗ trợ nâng cấp, chỉnh sửa
một tri thức và biến nó thành CSTT. Ngoài ra, nó còn hỗ trợ
việc tìm kiếm và kiểm tra sự tồn tại của tri thức.
Giao diện người dùng: là cổng kết nối giữa người dùng và hệ
thống IPS. Một giao diện có hiệu quả là giao diện phải có chỗ
nhận câu truy vấn, một lệnh diều khiển hoặc vấn đề mà người
dùng nhập vào, dịch chúng thành hình thức của các vấn đề để
các thành phần còn lại của hệ thống sử dụng được. Ngoài ra,
nó còn có thể dịch các câu trả lời của hệ thống sang một hình
thức mà con người có thể hiểu được. Các thành phần giao

diện của hệ thống được yêu cầu phải có a ngôn ngữ đặc tả tốt
cho việc giao tiếp giữa hệ thống và người học, giữa hệ thống
và kỹ sư. Hình 1 bên dưới cho thấy cấu trúc của hệ thống:


Hình 1: Cấu trúc của hệ thống IPS (intelligent problem
solvers)
Tóm tắt quá trình chính trong việc giải quyết vấn đề: từ
người dùng, một vấn đề sẽ được nhập vào, vấn đề được viết
dưới dạng ngôn ngữ đặc biệt đã được tạo, sau đó nó được
dịch để hệ thống nhận biết được vấn đề cần giải quyết (ở đây
bộ máy suy diễn sẽ đảm nhận việc tiếp nhận). Các thành phần
giao diện của hệ thống được yêu cầu phải có một ngôn ngữ
đặc tả và nó được đặt trong bộ nhớ tức thời. Sau khi phân
tích các vấn đề, động cơ suy diễn sẽ tạo ra một giải pháp
thích hợp để thực hiện một số chiến lược suy luận tự động
như suy diễn tiến, suy diễn lui hoặc Heuristic, tiếp theo các
giải pháp đầu tiên được phân tích và từ điều này động có suy
diễn sẽ tạo ra một giải pháp tốt cho các thành phần giao diện.
Dựa trên các giải pháp tốt được tìm thấy câu trả lời dưới dạng
ngôn ngữ tự nhiên của con người sẽ được tạo ra, và xuất ra
cho người dùng.
Quy trình xây dựng hệ thông IPS (Intelligent Problem
Solvers)
-

II.


-

-

Bước 1: Xác định phạm vi và miền tri thức, sau đó thu thập
tất cả các tri thức từ nguyền dữ liệu, thu thập khái niệm, đối
tượng, các mối liên hệ, phép toán và hàm, sự kiện – luật.
Chúng ta sẽ phân loại kiến thức theo một số cách như chia ra
từng chương, chủ đề, hoặc đối tượng việc phân loại này sẽ
giúp chúng ta thu thập được những vấn đề cần giải quyết một
cách thích hợp và dễ dàng. Ngoài ra vấn đề cần giải quyết
còn được phân loại theo một số cách khác như frame-based
problems, general forms of problems.
Bước 2: Chúng ta thực hiện việc biểu diễn tri thức hay gọi
cách khác là mô hình hóa tri thức để tạo ra mô hình cơ sở tri
thức chung cho cả hệ thống. Điều này rất quan trọng cho việc
thiết kế cơ sở tri thức. Không chỉ các tri thức mà các vấn đề
cần giải quyết cũng được mô hình hóa để tạo nên một mô
hình chung ban đầu.

** Các bước ở trên có thể thực hiện được bằng cách sử dụng mô hình
COKB, Com-Nets, CO-Nets, và các mô hình khác.
-

Bước 3: Thiết lập một tổ chức cho cơ sở tri thức dựa trên mô
hình COKB và ngôn ngữ đặc tả của nó. CSTT có thể được tổ
chức bằng file text cấu trúc. Bao gồm các file dưới đây:
 File chứa tên và cấu trúc của khái niệm.
 Một file chứa thông tin của giản đồ Hasse đại diện
cho các thành phần H của mô hình COKB.
 File chứa các mối liên hệ đặc biệt (thành phần R

của mô hình COKB).
 File chứa các phép toán (thành phần Ops của mô
hình COKB).
 File chứa các hàm (thành phần Funcs).
 File chứa định nghĩa cho các loại sự kiện.


File chứa các tập suy luận.
 File chứa đối tượng và sự kiện.
Bước 4: Mô hình hóa vấn đề giải quyết và thiết kế thuật giải
cho việc tự động suy luận của máy. Nói chung các vấn đề
đều có thể biểu diễn bằng mô hình COKB, Co-Nets, etc. Mô
hình biểu diễn vấn đề cần giải quyết của mô hình Co-Nets
gồm các thành phần:


-

O = {O1, O2, … , On}; f = {f1, f2, …, fn}
Goal = [g1, g2, … , gn]
Trong mô hình trên: O chứa n Com-object, F là tập các
sự kiện nhất định trên các đối tượng và Goal là một
danh sách trong đó bao gồm các mục tiêu.
Việc thế kế thuật giải cho việc tự động suy diễn giải quyết
vấn đề và thiết kế giao diện của hệ thống có thể phát triển dựa trên 3
bước sau:





Bước 1: Phân loại các vấn đề thành một frame.
Bước 2: Phân loại các sự kiện và đại diện của
chúng nên tảng là dựa trên “các loại sự kiện” của
mô hình COKB.
Bước 3: Mô hình hóa các loại vấn đề cần giải
quyết từ việc phân loại ở bước 1 và bước 2. Từ
mô hình của mỗi loại, chúng ta có thể xây dựng
cấu trúc chung cho “mô hình các vấn đề”, và cung
cấp cho hệ thống để giải quyết chúng.

Các kỹ thuật cơ bản cho việc thế kế các thuật toán suy luận là
sự hợp nhất của các sự kiện. Căn cứ vào các loại sự kiện và
cấu trúc của chúng, sẽ có các tiêu chí cho sự hợp nhất sau đó
tạo ra thuật toán để kiểm tra sự thống nhất của hai sự kiện.


Công việc quan trọng tiếp theo là nghiên cứu về vấn đề khấu
trừ để giải quyết các vấn đề trên máy tính. Điều khó khăn
nhất là mô hình hóa những thứ thuộc về kinh nghiệm, phản
ứng nhạy cảm, trực giác của con người để tìm ra được một
luật heuristic, ở đó máy tính có thể bắt chước tư duy con
người đề giải quyết các vấn đề.
-

-

-

Bước 5: Tạo một ngôn ngữ truy vấn cho các mô hình, ngôn

ngữ giúp thiết kế một phương thức giao tiếp giữa hệ thống và
người sử dụng thông qua các từ ngữ, giọng nói thuộc ngôn
ngữ đó.
Bước 6: Thiết kế giao diện hệ thống và cài đặt để tạo ra ứng
dụng. Ứng dụng giải quyết các vấn đề thông minh trong giáo
dục được áp dụng trên toán học, vật lý, hóa học. Được thực
hiện bằng các ngôn ngữ lập trình và công cụ như Visual
Basic.NET, C#, SQL Server, Maple. Chúng rất dễ sử dụng
đối với sinh viên.
Bước 7: Kiểm tra, bảo trì và phát triển ứng dụng. bước này
cũng tương tự trên các máy tính khác nhau.