ỨNG DỤNG một số NGUYÊN tắc SÁNG tạo để GIẢI QUYẾT vấn đề bài TOÁN TRONG TIN học và ỨNG DỤNG GIẢI bài TOÁN 8 số TRÊN máy TÍNH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
-----------------

BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC

ĐỀ TÀI
ỨNG DỤNG MỘT SỐ NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO ĐỂ GIẢI QUYẾT
VẤN ĐỀ BÀI TOÁN TRONG TIN HỌC VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI
TOÁN 8 SỐ TRÊN MÁY TÍNH

GVHD: GS.TSKH. Hoàng Văn Kiếm
Học viên thực hiện: Huỳnh Thị Mỹ Hồng
Mã số học viên: CH1101086

TP.HCM, năm 2012


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI
QUYẾT .......................................................................................................... 4
1.1. Vấn đề khoa học ...................................................................................... 4
1.1.1. Khái niệm ............................................................................................. 4
1.1.2. Phân loại............................................................................................... 4
1.1.3. Các tình huống vấn đề .......................................................................... 5
1.2. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế .... 7
1.2.1. Vepol .................................................................................................... 7
1.2.2. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế . 8

1.2.3. Một số thủ thuật, nguyên tắc về phát minh, sáng tạo............................. 9
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, GIẢI QUYẾT VẤN
ĐỀ BÀI TOÁN TRONG TIN HỌC ............................................................. 21
2.1. Mục đích nghiên cứu giải quyết bài toán trong tin học .......................... 21
2.2. Các phương pháp thường dùng để giải quyết vấn đề bài toán trên máy
tính ............................................................................................................... 21
2.2.1. Phương pháp trực tiếp......................................................................... 21
2.2.2. Phương pháp gián tiếp hoặc tìm kiếm lời giải ..................................... 24
2.2.3. Các phương pháp Heuristic................................................................. 25
2.2.4. Các phương pháp trí tuệ nhân tạo ....................................................... 25
CHƯƠNG 3: LÝ THIẾT TRÒ CHƠI 8 SỐ .................................................. 26
3.1. Tìm hiểu trò chơi 8 số............................................................................ 26
3.1.1. Mục đích giải quyết bài toán 8 số trên máy tính.................................. 26


3.1.2. Mô tả .................................................................................................. 28
3.1.3. Xác định trạng thái đích...................................................................... 29
3.2. Thuật toán tìm đáp án ............................................................................ 30
3.2.1. Giới thiệu về A* ................................................................................. 30
3.2.2. Chi tiết thuật toán A*.......................................................................... 32
3.3. Cài đặt giải thuật ................................................................................... 38
3.3.1. Cài đặt giải thuật................................................................................. 38
3.3.2. Hướng dẩn sử dụng ............................................................................ 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 39


1

MỞ ĐẦU
Tất cả chúng ta công nhận rằng một nước muốn giàu có hùng mạnh

không những chúng ta có nhiều tài nguyên khoáng sản, có nhiều ruộng đất,
tiền của… mà điều quan trọng là để đất nước ta phát triển ta phải có nhiều
người tài giỏi để phát hiện ra cái hay cái mới nâng cao dần sự hoàn thiện để
sự giàu có của con người và sự phồn vinh của xã hội. Như ta đã biết Việt Nam
đang gia nhập với các nước trên thế giới. Nếu con ngưởi Việt Nam chỉ có cần
cù mà không thông minh và nếu chúng ta đi theo lối mòn kế thừa những cái
có sẵn thì chúng ta rất dễ bị lạc hậu.
Tôi xin kể một câu chuyện như sau:
Ngày xưa, có một anh thanh niên khỏe mạnh ít học nhưng có sức khỏe
rất cường tráng. Một ngày nọ anh đi tìm việc làm và được một ông chủ khai
thác gỗ nhận vào làm công việc khai thác gỗ. Anh thanh niên rất mừng rỡ.
Anh được ông chủ phát cho một cái rìu.
Hôm làm việc đầu tiên, anh thanh niên hăng hái vào rừng khai thác gỗ.
Anh khai thác được 14 góc gỗ. Ông chủ rất hài lòng và khen anh ta. Anh
thanh niên rất vui mừng và nghỉ thầm ngày mai sẽ cố gắng hơn nữa.
Ngày làm việc thứ hai, anh thanh niên thức sớm hơn ngày đầu và làm
việc rất vất vả đến chiều. Anh khai thác được 12 góc gỗ. Để động viên được
tinh thần làm việc của anh ta ông chủ vẫn khen anh ta. Anh thanh niên thấy
được lòng tốt của ông chủ và nguyện với lòng ngày mai sẽ cố gắng hơn ngày
hôm trước:
Ngày làm việc thứ ba, anh thanh niên thức sớm hơn ngày làm việc thứ
hai và làm việc cả ngày và không hề nghỉ trưa. Kết quả hôm làm việc thứ ba
anh đã cố gắng làm việc hơn hai ngày đầu nhưng kết quả chỉ được 11 góc gỗ.
Anh thanh niên rất buồn và nói với ông chủ rằng:


2

Thưa ông tôi rất cố gắng hết sức nhưng kết quả ngày càng không tăng
mà có xu hướng giảm.

Ông chủ trả lời: anh là một người rất chăm chỉ làm việc nhưng anh
không biết nâng cấp dụng cụ lao động. Ví dụ cái rìu anh ngày đầu nó rất bén
nên anh khai thác được nhiều gỗ nhưng đến một ngày nào đó nó không còn
bèn nữa, đó là nói đến thời gian gần, nếu nói đến một thời điểm xa hơn nó
không còn phù hợp nữa mà phải thay bằng một dụng cụ khác. Ông chủ nói
tiếp, ngoài việc nâng cấp dụng cụ lao động anh còn phải biết sáng tạo trong
lao động, anh phải suy nghĩ làm thế nào để tốn ít sức lao động và công việc
đạt được nhiều hiệu quả hơn.
Từ câu chuyện của anh thanh niên ta rút ra được bài học là nghiên cứu
sáng tạo ra cái mới là rất cần thiết cho mỗi con người chúng ta nói riêng và sự
phát triển của xã hội nói chung.
Theo Gaudin, chúng ta không thể bằng lòng với vốn kiến thức quá hạn
hẹp thu nhận được trong những năm ngồi trên ghế nhà trường, mà phải học
suốt đời, phải có đủ vốn kiến thức về phương pháp để tự mình học tập, nghiên
cứu suốt đời. Có người đưa ra định nghĩa về cuộc đời như sau: “Cuộc đời là
chuỗi đề cần giải quyết và chuỗi quyết định cần phải ra”. Thật vậy mỗi ngày
chúng ta phải đối mặt biết bao vấn đề cần giải quyết. Câu hỏi đặt ra rằng
chúng ta phải giải quyết như thế nào để có hiệu quả nhất. Một con người khôn
ngoan sống lúc nào họ cũng muốn tiến dần đến sự hoàn thiện vì vậy họ luôn
đầu tư, tìm tòi ra cái hay, cái mới.
Ngày nay, nghiên cứu khoa học là một việc làm hết sức cần thiết đối với
mỗi chúng ta và nó trở thành một hoạt động sôi nổi trên thế giới. Tham gia
nghiên cứu khoa học được xem là cống hiến lớn của nhân loại cho khoa học
và xã hội vì tất cả các cơ quan nhà nước luôn luôn đãi ngộ đối với những
người đã cống hiến chất xám mình vào nghiên cứu khoa học. Để nghiên cứu


3

khoa học được thành con người phải có một tri thức nhất định và nhiều tâm

quyến để cần nghiên cứu sáng tạo. Hiện nay, công nghệ thông tin là một
ngành mũi nhọn, nó là chìa khóa để mở cửa cho tư duy và sáng tạo của con
người.
Qua bài thu hoạch này, em sẽ trình bày các suy nghĩ chủ quan của mình
về các thủ thuật, nguyên tắc về phát minh sáng tạo trong nghiên cứu khoa học
em cảm thấy ấn tượng nhất để có thể áp dụng vào trong đời sống hằng ngày
và trong ngành môn tin học của mình và cách giải bài toán trên máy tính. Qua
đây, em cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TSKH. Hoàng Văn
Kiếm, người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản cho
chúng em về môn học “Phương pháp nhiên cứu khoa học trong tin học”. Bên
cạnh đó cũng không thể không nhắc đến công lao trợ giúp không mệt mỏi của
các chuyên gia cố vấn qua mạng thuộc Trung tâm phát triển CNTT – ĐH
Quốc gia TP.HCM và toàn thể các bạn bè học viên trong lớp.


4

CHƯƠNG 1
VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

1.1. Vấn đề khoa học
1.1.1. Khái niệm
Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên
cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi
người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa
học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn.
1.1.2. Phân loại
Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề:
- Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm.
- Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực

tiễn nhưng vấn đề thuộc lớp thứ nhất.
Cách giải quyết vấn đề khoa học như thế nào?
Giải quyết vấn đề khoa học. Đây là mong muốn của những người muốn
bước vào con đường khoa học. Như ta đã biết có rất nhiều ứng dụng vi mô từ
phát minh sáng chế khoa học thành công trong cuộc sống.
Một người muốn phát minh sáng tạo cần có 3 yếu tố cần thiết sau:
- Kiến thức đủ để sáng tạo: Người phát minh sáng tạo cần có một kiến
thức nhất định phù hợp với công trình nghiên cứu. Một người có kiến thức
phổ thông đã biết sáng tạo khoa học nhưng mỗi người sáng tạo như thế nào?
mức độ nào? là hoàn toàn khác nhau.
- Môi trường đòi hỏi sáng tạo: Môi trường ảnh hưởng rất lớn đến đời
sống của con người kể cả vấn đề sáng tạo của con người. Sống trong môi
trường luôn đòi hỏi con người sáng tạo là môi trường luôn luôn đổi mới để
hoàn thiện và phát triển.


5

- Khát vọng sáng tạo của con người: Có lẻ đây là vấn đề rất quan trọng
để phát minh sáng tạo. Phát minh sáng tạo đòi hỏi con người phải có lòng
ham mê, ốc sáng tạo và vượt khó, kiên trì bởi có rất nhiều nhà khoa học phát
minh ra một cái mới họ phải thử đi thử lại rất nhiều có khi phải mất hàng chục
năm.
1.1.3. Các tình huống vấn đề
Có ba tình huống: Có vấn đề, không có vấn đề, giả vấn đề được cho
trong hình dưới đây:
Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học. Có 6 phương pháp:
1) Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới
2) Tìm những bất đồng
3) Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường

4) Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn
5) Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn
6) Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào
đó.
Một tiếp cận không gian giải quyết vấn đề.
Ý tưởng  Bài toán  Mô hình  Cách giải

Bài toán P
Điểm nhìn
Không gian, vấn đề

P

Bài toán P: Sau khi có ý tưởng, bài toán P được đặt ra nhằm giải quyết
mục đích cuối cùng là gì? Trong cùng điểm nhìn, cùng một không gian, nếu ta


6

thay đổi bài toán thì vấn đề cũng thay đổi nhưng chỉ thay đổi theo mục đích
yêu cầu của bài toán.
Ví dụ: Khi lập trình giải bài toán phương trình bậc 1 nếu cần chuyển
sang giải phương trình bậc 2 thì bài toán lúc này có khác ta chỉ thay đổi mục
đích yêu cầu từ bậc 1 sang bậc 2.
Điểm nhìn: nơi có vị trí, tầm nhìn khách quan nhất, bao quát vấn đề để
khi giải quỵết không còn sai sót hoặc sai sót ít có thể chấp nhận được. Nếu
cùng một bài toán cùng một không gian nhưng điểm nhìn khác nhau thì vấn
đề có thay đổi, nhưng cũng không thay đổi một cách tuyệt đối hoàn toàn.
Cũng có những vấn đề được nhìn nhận tương tự nhau.
Ví dụ: Do đâu rất nhiều tai nạn giao thông xảy ra ở nước ta.

Cùng một vấn đề trên nếu ở hai điểm nhìn khác nhau sẽ trả lời khác
nhau:
- Nhìn từ phía xây dựng: Mặt đường chưa bằng phẳng, đường còn hẹp,
còn nhiều công trình cầu đường cần nâng cấp.
- Nhìn từ phía cảnh sát giao thông: Ý thức chấp hành luật giao thông của
người tham gia giao thông còn kèm.
Không gian vấn đề: Bài toán P đặt trong không gian vấn đề sao cho
không quá phức tạp, nhưng cũng không thể đơn giản quá dẫn tới sai sót. Nếu
cùng một bài toán, cùng một điểm nhìn, nhưng không gian khác nhau thì vấn
đề sẽ có nhiều thay đổi hơn.
Ví dụ: Cùng một phần mềm được ứng dụng ở một trường học lại khác ở
một ngành nghề khác.
Như vậy tính thay đổi của vấn đề từ thấp đến cao như sau:
Bài toán (P)  Điểm nhìn  Không gian


7

1.2. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế
1.2.1. Vepol
“Bất cứ hệ thống kỹ thuật nào ít nhất cũng phải có hai thành phần vật
chất tác động tương hỗ và một loại trường hay năng lượng”
Từ đó có một thuật ngữ về tam giác kỹ thuật gọi là tam giác Vepol.
Vepol là mô hình hệ thống kỹ thuật. Vepol được quy ước đưa ra cốt chỉ để
phản ánh một tính chất vật chất của hệ thống nhưng là chủ yếu nhất với bài
toán đã cho. Ví dụ xét bài toán nâng cao tốc độ tàu phá băng thì băng đóng
vai trò vật phẩm, tàu phá băng đóng vai trò cộng cụ và trường cơ lực đặt vào
tàu để tác động tương hỗ với băng.
Việc phân loại các chuẩn để giải quyết các bài toán sáng chế dựa vào
phân tích Vepol. Mô hình Vepol gồm 3 yếu tố: một Trường T và trong T có

hai vật chất V1, V2.

T

V1

V2

Tuy nhiên, một hệ thống ban đầu chưa hẳn đã có một chuẩn Vepol đủ 3
yếu tố trên, hoặc đã đủ thì có thể phát triển gì thêm trên Vepol đó.
Có 5 phương pháp:
- Dựng Vepol đầy đủ
- Chuyển sang Fepol
- Phá vỡ Vepol
- Xích Vepol
- Liên trường