Nghiên cứu hệ chuyên gia và mạng ngữ nghĩa để giải bài toán tam giác lượng

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, kết quả của luận văn hoàn toàn là kết quả của tự bản thân
tôi tm hiểu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Ngô
Quốc Tạo.
Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính pháp lý quá trình nghiên cứu khoa học
của luận văn này.

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2015
Học viên

Trần Thị Dương

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


iii
iiii
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo PGS.TS. Ngô Quốc
Tạo đã định hướng và nhiệt tnh hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn.
Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ
thông tin và truyền thông, các thầy giáo, cô giáo ở Viện công nghệ thông tin Hà Nội đã
truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong thời gian học
tập.
Xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp tổ Tin – Công Nghệ trường
THPT Kinh Môn 2, các bạn học viên lớp cao học CK12B, những người thân trong gia
đình đã động viên, chia sẻ, tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và làm
luận văn.
Thái Nguyên, tháng 8 năm 2015

Học viên

Trần Thị Dương

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM
ƠN

.......................................................................................................

iii

MỤC

LỤC............................................................................................................. iv DANH MỤC
HÌNH

..............................................................................................

vi

MỞ

ĐẦU

............................................................................................................- 1 - Chương I : TỔNG

QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA VÀ MẠNG NGỮ NGHĨA- 3 1.1 Hệ chuyên gia. ........................................................................................- 3 1.1.1. Hệ chuyên gia là gì ? .......................................................................- 3 1.1.2 Đặc trưng và ưu điểm của hệ chuyên gia. ........................................- 4 1.1.3 Các lĩnh vực ứng dụng của hệ chuyên gia........................................- 4 1.1.4 Cấu trúc của hệ chuyên gia...............................................................- 6 1.1.5 Một số mô hình kiến trúc hệ chuyên gia ..........................................- 7 1.2. Mạng ngữ nghĩa ......................................................................................- 8 1.2.1 Đặc điểm...........................................................................................- 8 1.2.2 Ưu nhược điểm .................................................................................- 9 1.2.3 Cách biểu diễn tri thức....................................................................- 10 CHƯƠNG II: BIỂU DIỄN TRI THỨC ...........................................................- 12 2.1 Giới thiệu về tri thức ..............................................................................- 12 2.2 Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn(luật sinh) ............................................- 13 2.2.1. Khái niệm ......................................................................................- 13 2.2.2. Cơ chế suy luận trên các luật sinh .................................................- 14 2.2.3. Vấn đề tối ưu luật ..........................................................................- 15 2.2.4. Biểu diễn tri thức bằng Frame .......................................................- 17 2.2.5. Tính kế thừa...................................................................................- 19 2.2.6. Biểu diễn tri thức bằng Script........................................................- 20 2.2.7. Mô hình COKB .............................................................................- 21 2.3 Cơ sở tri thức .........................................................................................- 29 2.3.1

Phân biệt tri thức và dữ liệu .....................................................- 29 -

2.3.2Phân loại tri thức .............................................................................- 30 -

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


v
2.3.3Các cấp độ tri thức ..........................................................................- 32 2.4. Mô tơ suy diễn .....................................................................................- 33 2.4.1Cơ chế suy diễn ...............................................................................- 33 2.4.2Cơ chế điều khiển ............................................................................- 34 2.5. Phân loại tri thức ..................................................................................- 38 2.6. Các phương pháp biểu diễn tri thức......................................................- 39 2.6.1. Biểu diễn tri thức nhờ logic ..........................................................- 39 2.6.2. Bộ ba đối tượng - Thuộc tính – Giá trị ..........................................- 41 2.6.3. Các Luật dẫn ..................................................................................- 42 2.6.4. Biểu diễn tri thức bằng Frame .......................................................- 44 Chương III: ỨNG DỤNG GIẢI CÁC BÀI TOÁN TAM GIÁC .....................- 46 3.1 Giới thiệu bài toán ................................................................................- 46 3.2 Xây dựng bài toán hình học ..................................................................- 46 3.3. Bài toán hình tam giác: .........................................................................- 46 3.3.1Tam giác ..........................................................................................- 46 3.3.2Tam giác cân ...................................................................................- 50 3.3.3 Tam giác vuông ..............................................................................- 51 3.3.4 Tam giác vuông cân .......................................................................- 51 3.3.5 Tam giác đều ..................................................................................- 52 3.4 Các luật biến đổi ....................................................................................- 53 3.4.1.Một số luật liên quan đến tam giác : ..............................................- 53 3.4.2 Các luật dẫn: ...................................................................................- 54 3.5 Biểu diễn thông tin trên mạng ngữ nghĩa: .............................................- 55 3.6 Ứng dụng : .............................................................................................- 55 3.7 Demo chương trình: ...............................................................................- 57 - KẾT
LUẬN ......................................................................................................- 58 - TÀI LIỆU
THAM KHẢO................................................................................- 59 -

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Hoạt động của hệ chuyên gia dựa trên tri thức ..................................- 3 - Hình
1.2: Cấu trúc của hệ chuyên gia ................................................................- 6 - Hình 1.3:
Mô hình J.L.Ermin .............................................................................- 7 - Hình 1.4 :Mô
hình C.Ernest ...............................................................................- 8 - Hình 1.5: Mô hình
E.V.Popov ...........................................................................- 8 - Hình 1.6: Ví dụ về mạng
ngữ nghĩa tiêu biểu ..................................................- 10 - Hình 1.7: Ví dụ về mạng ngữ
nghĩa kế thừa ....................................................- 11 - Hình 2.1: Cấu trúc một Frame xe
hơi ..............................................................- 18 - Hình 2.2: Quan hệ giữa các đối tượng
hình học phẳng ...................................- 20 - Hình 2.3: Sơ đồ tổ chức theo mô hình COKB
.................................................- 25 - Hình 2.4: Sơ đồ biểu diễn tri thức theo bộ ba (O-AV) ...................................- 41 Hình 3.1: Mạng ngữ nghĩa cho bài toán hình tam giác ....................................- 55 -

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


-1MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề.
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành công nghệ thông
tin là một trong những lĩnh vực có được những bước tiến lớn và đạt được những thành tựu
đáng kể. Cùng với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin, các vấn đề phức tạp trong
thực tế được đơn giản đi rất nhiều. Nhờ đó mà quá trình phát triển được thúc đẩy nhanh
chóng hơn.
Vai trò của của công nghệ thông tin trong thời buổi công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nước là không thể phủ nhận, tuy nhiên việc ứng dụng công nghệ thông tin vào những lĩnh
vực nào và ứng dụng như thế nào để có thể khai thác hết được thế mạnh của ngành công
nghệ thông tin luôn là một câu hỏi lớn. Việc ứng dụng tri thức nhân loại vào trong ngành
công nghệ thông tin để góp phần đưa ra những lời giải cho nhiều vấn đề khó được xem là
một giải pháp và cần thiết và có ý nghĩa. Các tri thức nhân loại đều có thể được xây dựng
thành một hệ thống hoàn chỉnh và ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau dưới sự hộ trợ
của công nghệ thông tin. Việc chuyển đổi tri thức nhân loại thành các hệ thống hay còn
được gọi là biểu diễn tri thức vẫn đang được thực hiện, những tri thức đó đã và đang được
ứng dụng rộng rãi trong quá trình phát triển của xã hội.
Biểu diễn tri thức đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc khảng định khả năng giải
quyết vấn đề của một hệ cơ sở tri thức. Dựa vào cách thức con người giải quyết vấn đề,
các nhà nghiên cứu đã xây dựng các kỹ thuật biểu diễn các dạng tri thức khác nhau trên máy
tính. Mục tiêu của tiểu luận này là nhằm tìm hiểu và phát triển các kỹ thuật biểu diễn tri thức
dựa trên tri thức theo logic, các luật dẫn, mạng ngữ nghĩa, Frame, đồng thời trình bày việc
ứng dụng giải bài toán tam giác bằng mạng ngữ nghĩa
Trong luận văn này, em nghiên cứu và đưa ra minh hoạ cho việc biểu diễn tri thức
trong công nghệ thông tin và ứng dụng minh hoạ cho quá trình biểu diễn tri thức đó. Cho dù
phạm vi ứng dụng của hệ thống này còn hạn chế, nhưng đây là một cơ sở để phát triển các
hệ thống chuyên gia. Và trong luận văn này, em muốn gửi đến một ứng dụng khác, đó là

ứng dụng mạng ngữ nghĩa để giải bài toán tam giác lượng của chương trình phổ thông.


2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Luận văn tập trung nghiên cứu các phương pháp giải bài toán lượng giác. Để giải
các bài toán hình học là bài toán cơ sở, mà từ đó con người đã xây dựng rất nhiều ứng dụng
như: Giải các bài toán tam giác lương, hệ thức lượng trong tam giác…
3. Hướng nghiên cứu của đề tài:
- Nắm chắc các kiến thức cơ bản về một số bài toán tam giác lượng để sử dụng một
số giải thuật .
- Tìm hiểu lịch sử phát triển của cơ sở tri thức trong giải các bài toán tam giác
lượng .
- Tìm hiểu và nắm được những khái niệm cơ bản về tam giác lượng và những ứng
dụng thực tế.
4. Nội dung nghiên cứu:
Chương I: Tổng quan về hệ chuyên gia và mạng ngữ nghĩa.
Ở chương này đề tài sẽ đi vào tìm hiểu các khái niệm về hệ chuyên gia và mạng ngữ
nghĩa.
Các ưu nhược điểm của mạng ngữ nghĩa.
Chương II: Biểu diễn tri thức.
Trong chương này đi tìm hiểu sâu về các luật và cách biểu diễn tri thức. Chương III:
Ứng dung mạng ngữ nghĩa để giải bài toán tam giác lượng. Chương này sẽ đưa ra
mục đích, yêu cầu cũng như mô tả chương trình thực
nghiệm đã được xây dựng
5. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu các tài liệu và viết tổng quan.
- Phương pháp phân tích, đánh giá bài toán
- Nghiên cứu triển khai thử nghiệm hệ thống

Chương I :

TỔNG QUAN VỀ HỆ CHUYÊN GIA
VÀ MẠNG NGỮ NGHĨA

1.1 Hệ chuyên gia.
1.1.1. Hệ chuyên gia là gì ?
Hệ chuyên gia là một hệ thống chương trình máy tính chứa các thông tin, tri thức
và các quá trình suy luận về một lĩnh vực cụ thể nào đó để giải quyết các vấn đề khó hoặc
hóc búa đòi hỏi sự tinh thông đầy đủ của các chuyên gia con người đối với các giải pháp của
họ. Nói một cách khác hệ chuyên gia là dựa trên tri thức của các chuyên gia con người giỏi
nhất trong lĩnh vực quan tâm.
 Tri thức của hệ chuyên gia bao gồm các sự kiện và các luật. Các sự kiện được
cấu thành bởi một số nhiều các thông tin, được thu thập rộng rãi, công khai và được sự
đồng tnh của các chuyên gia con người trong lĩnh vực. Các luật biểu thị sự quyết đoán
chuyên môn của các chuyên gia trong lĩnh vực.
 Mức độ hiệu quả của một hệ chuyên gia phụ thuộc vào kích thước và chất lượng
của cơ sở tri thức mà hệ đó có được.
 Mỗi hệ chuyên gia chỉ đặc trưng cho một lĩnh vực vấn đề nào đó, như y học, tài
chính, khoa học hay công nghệ, vv…, mà không phải là cho bất cứ một lĩnh vực vấn đề
nào.
 Ví dụ : hệ chuyên gia về lĩnh vực y học để phát hiện các căn bệnh lây nhiễm sẽ có
nhiều tri thức về một số triệu chứng lây bệnh, lĩnh vực tri thức y học bao gồm các căn
bệnh, triệu chứng và chữa trị.
 Hoạt động của một hệ chuyên gia dựa trên tri thức được minh họa như sau:

Người sử dụng

Hệ
thống

giao
tiếp

Cơ sở tri thức

Máy suy diễn

Hình 1.1: Hoạt động của hệ chuyên gia dựa trên tri thức


1.1.2 Đặc trưng và ưu điểm của hệ chuyên gia.
Có 4 đặc trưng cơ bản:
 Hiệu quả cao: Khả năng trả lời với mức độ tinh thông bằng hoặc cao hơn so với
chuyên gia (người) trong cùng lĩnh vực.
 Thời gian trả lời thỏa đáng: Thời gian trả lời hợp lý, bằng hoặc nhanh hơn so với
chuyên gia (người) để đi đến cùng một quyết định.
 Độ tin cậy cao: Không thể xảy ra sự cố hoặc giảm sút độ tin cậy khi sử dụng.
 Dễ hiểu: Hệ chuyên gia giải thích các bước suy luận một cách dễ hiểu và nhất
quán.
Những ưu điểm của hệ chuyên gia :
Phổ cập: Là sản phẩm chuyên gia, được phát triển không ngừng với hiệu quả sử
dụng không thể phủ nhận.
Giảm giá thành.
Giảm rủi ro: Giúp con người tránh được rủi ro trong các môi trường nguy
hiểm.
Tính thường trực: Bất kể lúc nào cũng có thể khai thác sử dụng. Trong khi con
người có thể mệt mỏi, nghỉ ngơi hay vắng mặt.
Đa lĩnh vực: Chuyên gia về nhiều lĩnh vực khác nhau và được khai thác đồng thời
bất kể thời gian sử dụng.
Độ tin cậy.

Khả năng giảng giải: Câu trả lời với mức độ tinh thông được giảng giải rõ ràng,
chi tiết, dễ hiểu.
Khả năng trả lời nhanh.
Tính ổn định, suy luận có lý và đầy đủ mọi lúc mọi nơi.
Trợ giúp thông minh như một người hướng dẫn.
Có thể truy cập như là một cơ sở dữ liệu thông minh.
1.1.3 Các lĩnh vực ứng dụng của hệ chuyên gia
Tính đến thời điểm này, hàng trăm hệ chuyên gia đã được xây dựng và báo cáo
thường xuyên trong các tạp chí, sách báo và hội thảo khoa học. Ngoài ra còn các hệ


chuyên gia được sử dụng trong các công ty, các tổ chức quân sự mà không được công bố vì lí
do bảo mật.
Dưới đây là một số lĩnh vực ứng dụng diện rộng của các hệ chuyên gia :

Lĩnh vực

Ứng dụng diện rộng

Cấu hình

Tập hợp thích đáng những thành phần của một hệ thống
theo cách riêng

Chẩn đoán

Lập luận dựa trên những chứng cứ quan sát được

Truyền đạt

Dạy học kiểu thông minh sao cho sinh viên có thể hỏi

Giải thích

Giải thích những dữ liệu thu nhận được

Kiểm tra

So sánh dữ liệu thu lượm được với chuyên môn để đánh
giá hiệu quả

Lập kế hoạch

Lập kế hoạch sản xuất theo yêu cầu

Dự đoán

Dự đoán hậu quả từ một tình huống xảy ra

Chữa trị

Chỉ định cách thụ lý một vấn đề

Điều khiển

Điều khiển một quá trình, đòi hỏi diễn giải, chẩn đoán, kiểm
tra, lập kế hoạch, dự đoán và chữa trị


1.1.4 Cấu trúc của hệ chuyên gia

Một hệ chuyên gia kiểu mẫu gồm các thành phần cơ bản sau :
Chuyên gia
con người

Bộ thu nạp
tri thức

Người sử
dụng

Giao diện
người, máy

Bộ giải
thích

Mô tơ suy diễn
Suy diễn

Điều khiển

Cơ sở tri thức

Bộ nhớ
làm việc
Hình 1.2: Cấu trúc của hệ chuyên gia
 Giao diện người, máy : Thực hiện giao tiếp giữa hệ chuyên gia và người sử dụng.
Nhận các thông tin từ người dùng (các câu hỏi, các yêu cầu về lĩnh vực) và đưa ra các lời
khuyên, các câu trả lời, các giải thích về lĩnh vực đó.
 Bộ giải thích : Giải thích các hoạt động của hệ khi có yêu cầu của người sử

dụng.


 Bộ thu nạp tri thức : Làm nhiệm vụ thu nhận tri thức từ chuyên gia con
người, từ kỹ sư tri thức và cả người sử dụng thông qua các câu hỏi và yêu cầu của họ, sau đó
lưu trữ vào cơ sở tri thức.
 Cơ sở tri thức : Lưu trữ, biểu diễn các tri thức trong lĩnh vực mà hệ đảm nhận,
làm cơ sở cho các hoạt động của hệ. Cơ sở tri thức bao gồm các sự kiện và các
luật.
 Mô tơ suy diễn : Làm nhiệm vụ sử lý và điều khiển các tri thức được biểu diễn
trong cơ sở tri thức nhằm đáp ứng các câu hỏi, các yêu cầu của người sử dụng.
(*) Để thực hiện được các công việc của các thành phần trên trong cấu trúc hệ chuyên
gia phải có một hệ điều khiển và quản lý việc tạo lập, tích lũy tri thức cho lĩnh vực hệ đảm
nhận gọi là “Hệ quản trị cơ sở tri thức”. Hệ quản trị cơ sở tri thức thực chất là quản lý và
điều khiển công việc của Bộ thu nạp tri thức, Bộ giải thích, Mô tơ suy diễn. Nó phải đảm bảo
các yêu cầu :
 Giảm dư thừa tri thức, dữ liệu.
 Tính nhất quán và phi mâu thuẫn của tri thức.
 Tính toàn vẹn và an toàn.
 Giải quyết các vấn đề cạnh tranh.
 Chuyển đổi tri thức.
 Ngôn ngữ xử lý tri thức.
1.1.5 Một số mô hình kiến trúc hệ chuyên gia
a)Mô hình J.L.Ermin:

Hình 1.3: Mô hình J.L.Ermin


b)Mô hình C.Ernest :

Hình1.4 :Mô hình C.Ernest

c)Mô hình E.V.Popov :

Hình 1.5: Mô hình E.V.Popov
1.2. Mạng ngữ nghĩa
1.2.1 Đặc điểm
Mạng ngữ nghĩa là một phương pháp biểu diễn tri thức, được xây dựng dựa trên
phương pháp đồ thị để biểu diễn các mối liên hệ giữa các tri thức tổng quát, các khái niệm,
các sự việc...
Do mạng ngữ nghĩa là một loại đồ thị cho nên ta có thể dùng những thuật toán của
đồ thị trên mạng ngữ nghĩa như thuật toán tìm liên thông, tìm đường đi ngắn nhất,… để
thực hiện các cơ chế suy luận. Điểm đặc biệt của mạng ngữ nghĩa so với đồ thị thông thường
chính là việc gán một ý nghĩa cho các cung. Cung nối giữa hai đỉnh


cho biết giữa hai khái niệm tương ứng có sự liên hệ như thế nào. Việc gán ngữ nghĩa vào các
cung của đồ thị đã giúp giảm bớt được số lượng đồ thị cần phải dùng để biễu diễn các mối
liên hệ giữa các khái niệm.
Một đặc điểm quan trọng của mạng ngữ nghĩa là tính kế thừa. Chính đặc tính kế thừa của
mạng ngữ nghĩa đã cho phép ta có thể thực hiện được rất nhiều phép suy diễn từ những
thông tin sẵn có trên mạng.
Cơ chế suy diễn áp dụng trong mạng ngữ nghĩa là thực hiện theo thuật toán loang truyền
đơn giản theo hai bước sau:
 Kích hoạt các đỉnh đã cho ban đầu (các đỉnh đã có giá trị)
 Nếu một đỉnh chưa xác định nối với n đỉnh khác (thông qua những mối liên hệ).
Và trong đó có n-1 đỉnh đã xác định thì đỉnh đó cũng được xác định. Lặp lại bước
này cho đến khi xác định được tất cả các đỉnh.
1.2.2 Ưu nhược điểm
1.2.2.1 Ưu điểm:

 Mạng ngữ nghĩa rất linh động, có thể thêm vào mạng các đỉnh hoặc cung mới
để bổ sung các tri thức cần thiết
 Mạng ngữ nghĩa có tính trực quan cao nên rất dễ hiểu
 Mạng ngữ nghĩa cho phép các đỉnh có thể kế thừa các tính chất từ các đỉnh khác
thông qua các cung loại “là’ từ đó có thể tạo ra các liên kết “ngầm” giữa những đỉnh không
có liên kết trực tiếp với nhau.
 Mạng ngữ nghĩa hoạt động khá tự nhiên theo cách thức con người ghi nhận thông
tin.
1.2.2.2 Nhược điểm:
 Vẫn chưa có một chuẩn nào quy định các giới hạn cho các đỉnh và cung của mạng.
Điều đó đồng nghĩa với người dùng có thể gắn bất kỳ khái niệm nào cho đỉnh hoặc cung.
 Tính thừa kế trong mạng có thể dẫn đến khả năng mâu thuẩn tri thức


1.2.3 Cách biểu diễn tri thức
Khi biểu diễn một mạng ngữ nghĩa, các đỉnh của đồ thị là các đối tượng (khái niệm,
tri thức, sự việc) nào đó, còn các cung giữa các đỉnh thể hiện các mối liên hệ
giữa các đối tượng (khái niệm, tri thức, sự việc) này.

Xe máy

Xăng
là
chạy bằng
Xe
có
di chuyển trên
Động cơ

Đường

Hình 1.6: Ví dụ về mạng ngữ nghĩa tiêu biểu
Trong ví dụ trên, các yếu tố như “Xe máy, Xe, Động cơ, Xăng, Đường” được xem là
các đối tượng của mạng ngữ nghĩa. Trong khi đó các yếu tố “Là, Di chuyển trên, chạy bằng
hay có” là các mối liên hệ giữa các đối tượng.


Xét ví dụ bên dưới đây:
Hình vuông

là

2 đường chéo
bằng nhau

có
Hình chữ nhật

là

là

Hình bình hành
Hai cặp cạnh
bằng nhau

Tứ giác
có có
4 góc

Hình 1.7: Ví dụ về mạng ngữ nghĩa kế thừa
Trong mạng ngữ nghĩa trên ta có thể thấy được các mối quan hệ như sau:
- Hình vuông là hình chữ nhật + là tứ giác + có 4 góc. Từ đó ta có thể suy luận được là
hình vuông có 4 góc.
- Hình chữ nhật là hình bình hành + hình bình hành có hai cặp cạnh bằng nhau. Từ đó
có thể suy ra hình chữ nhật có hai cặp cạnh bằng nhau.
Dù không có đường liên hệ trực tiếp từ đối tượng “Hình vuông” đến đối tượng “4
góc” nhưng thông qua tính chất kế thừa ta có thể xác định được là đối tượng
“Hìnhvuông” có liên hệ “có” với đối tượng “4 góc”.
Tương tự với trường hợp của đối tượng “Hình chữ nhật” và đối tượng “Hai cặp cạnh
bằng nhau”.
Tuy mạng ngữ nghĩa là một kiểu biểu diễn trực quan đối với con người nhưng khi đưa
vào máy tính, các đối tượng và mối liên hệ giữa chúng thường được biểu diễn dưới dạng
những phát biểu động từ (như vị từ). Hơn nữa, các thao tác tìm kiếm trên mạng ngữ nghĩa
thường khó khăn (đặc biệt đối với những mạng có kích thước lớn). Do đó, mô hình mạng
ngữ nghĩa được dùng chủ yếu để phân tích vấn đề. Sau đó, nó sẽ được chuyển đổi sang dạng
luật hoặc frame để thi hành hoặc mạng ngữ nghĩa sẽ được dùng kết hợp với một số phương
pháp biểu diễn khác.


CHƯƠNG II: BIỂU DIỄN TRI THỨC
2.1 Giới thiệu về tri thức
Tri thức (knowledge): là sự hiểu biết của người trong một phạm vi, lĩnh vực nào đó;
được xem xét theo các mục tiêu hay các vấn đề nhất định.
Ví dụ:
- Kiến thức về một lĩnh vực y học và khả năng chẩn đoán bệnh là tri thức.
- Biết một tam giác có các yếu tố nào cùng với các công thức liên hệ giữa các yếu tố
là tri thức.
- Biết các dạng cấu trúc dữ liệu thường dùng trong lập trình cùng với các thuật toán
xử lý cơ bản trên các cấu trúc là tri thức.

Các dạng tri thức
- Tri thức mô tả: các khái niệm, các đối tượng cơ bản.
- Tri thức cấu trúc: các khái niệm cấu trúc, các quan hệ, các đối tượng phức hợp,
...
- Tri thức thủ tục: các luật dẫn, các thủ tục xử lý, các chiến lược, …
- Tri thức meta: tri thức về các dạng tri thức khác và cách sử dụng chúng.
Tri thức là một hệ thống phức tạp, đa dạng và trừu tượng bao gồm nhiều thành tố
với những mối liên hệ tác động qua lại như:
- Các khái niệm (concepts), với những mối liên hệ cơ bản nhất định
(relationships).
- Các quan hệ (relations): Xem lại kiến thức về quan hệ ở góc độ toán học
trong giáo trình “Toán Rời Rạc”:
o Định nghĩa quan hệ 2 ngôi.
o Các tính chất về một quan hệ 2 ngôi R trên một tập X: phản xạ, đối xứng, phản
xứng, bắc cầu.
o Quan hệ thứ tự.
o Quan hệ tương đương.
o Cách biểu diễn của một quan hệ 2 ngôi R trên tập X: Biểu diễn dựa trên “tập
hợp”,biểu diễn bằng ma trận, biểu đồ (đồ thị).
- Các toán tử (operators), phép toán, các biểu thức hay công thức


o Phép toán 2 ngôi T trên tập X là ánh xạ
T : XxX  X
(a,b)  a T b ≡ T(a,b) Ví
dụ: T: NxN  N
(a,b)  a+b
o Phép toán 1 ngôi S trên tập X là
S: X  X
o Các tính chất thường được xem xét: giao hoán, kết hợp, phần tử trung hòa, phần

tử nghịch đảo, phần tử đối, phân phối (hay phân bố), …
- Các hàm (functions).
- Các luật (rules).
- Sự kiện (facts).
- Các thực thể hay đối tượng, một phần tử cụ thể (objects).
2.2 Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn(luật sinh)
2.2.1. Khái niệm
Phương pháp biểu diễn tri thức bằng luật sinh được phát minh bởi Newell và
Simon trong lúc hai ông đang cố gắng xây dựng một hệ giải bài toán tổng quát.Đây là một
kiểu biểu diễn tri thức có cấu trúc. Ý tưởng cơ bản là tri thức có thể được cấu trúc bằng một
cặp điều kiện và hành động: "NẾU điều kiện xảy ra THÌ hành động sẽ được thi hành". Chẳng
hạn, NẾU đèn giao thông là đỏ THÌ bạn không được đi thẳng, NẾU máy tính đã mở mà không
khởi động được THÌ kiểm tra nguồn điện,…
Ngày nay, các luật sinh đã trở nên phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong nhiều
hệ thống trí tuệ nhân tạo khác nhau.Luật sinh có thể là một công cụ mô tả để giải quyết các
vấn đề thực tế thay cho các kiểu phân tích vấn đề truyền thống.Trong trường hợp này, các
luật được dùng như là những chỉ dẫn (tuy có thể không hoàn chỉnh) nhưng rất hữu ích để
trợ giúp cho các quyết định trong quá trình tìm kiếm, từ đó làm giảm không gian tìm
kiếm.Một ví dụ khác là luật sinh có thể được dùng để bắt chước hành vi của những chuyên
gia. Theo cách này, luật sinh không chỉ đơn thuần là một


kiểu biểu diễn tri thức trong máy tính mà là một kiểu biễu diễn các hành vi của con
người.
Một cách tổng quát luật sinh có dạng như sau:
P1 P2 ...  Pn  Q
Tùy vào các vấn đề đang quan tâm mà luật sinh có những ngữ nghĩa hay cấu tạo khác
nhau:
- Trong logic vị từ: P1, P2, ..., Pn, Q là những biểu thức logic.
- Trong ngôn ngữ lập trình, mỗi một luật sinh là một câu lệnh.

IF (P1 AND P2AND ..AND Pn) THEN Q.
- Trong lý thuyết hiểu ngôn ngữ tự nhiên, mỗi luật sinh là một phép dịch:
ONE  một.
TWO  hai.
JANUARY  tháng một.
Để biễu diễn một tập luật sinh, người ta thường phải chỉ rõ hai thành phần chính
sau:
- Tập các sự kiện F(Facts) F =
{f1, f2, ... fn}
- Tập các quy tắc R (Rules) áp dụng trên các sự kiện dạng như sau :
f1 ^ f2 ^ ... ^ fi q
Trong đó, các fi, q đều thuộc F
2.2.2. Cơ chế suy luận trên các luật sinh
- Suy diễn tiến: là quá trình suy luận xuất phát từ một số sự kiện ban đầu, xác định
các sự kiện có thể được "sinh" ra từ sự kiện này.
Sự kiện ban đầu: H, K
R3: H  A {A, H. K } R1: A  E
{ A, E, H, K }
R5: E K  B { A, B, E, H, K } R2: B 
D { A, B, D, E, H, K }


R6: D  E  K  C { A, B, C, D, E, H, K }
- Suy diễn lùi: là quá trình suy luận ngược xuất phát từ một số sự kiện ban đầu,
ta tìm kiếm các sự kiện đã "sinh" ra sự kiện này. Một ví dụ thường gặp trong thực tế là xuất
phát từ các tình trạng của máy tính, chẩn đoán xem máy tính đã bị hỏng hóc ở đâu.
2.2.3. Vấn đề tối ưu luật
Tập các luật trong một cơ sở tri thức rất có khả năng thừa, trùng lắp hoặc mâu
thuẫn.Dĩ nhiên là hệ thống có thể đổ lỗi cho người dùng về việc đưa vào hệ thống những
tri thức như vậy. Tuy việc tối ưu một cơ sở tri thức về mặt tổng quát là một thao tác khó (vì

giữa các tri thức thường có quan hệ không tường minh), nhưng trong giới hạn cơ sở tri thức
dưới dạng luật, ta vẫn có một số thuật toán đơn giản để loại bỏ các vấn đề này.
- Rút gọn bên phải:
luật sau hiển nhiên đúng :A  B A (1)
do đó luật: A  BA  C
là hoàn toàn tương đương với: A  BC
Quy tắc rút gọn : Có thể loại bỏ những sự kiện bên vế phải nếu những sự kiện đó đã
xuất hiện bên vế trái. Nếu sau khi rút gọn mà vế phải trở thành rỗng thì luật đó là luật hiển
nhiên. Ta có thể loại bỏ các luật hiển nhiên ra khỏi tri thức.
- Rút gọn bên trái:
Xét các luật :

(L1) A, B  C (L2) A  X (L3) X  C

Rõ ràng là luật A, B  C có thể được thay thế bằng luật A  C mà không làm ảnh hưởng
đến các kết luận trong mọi trường hợp. Ta nói rằng sự kiện B trong luật (1) là dư thừa và có
thể được loại bỏ khỏi luật dẫn trên.
- Phân rã và kết hợp luật:
Luật: A  B  C
Tương đương với hai luật: A  C và B  C
Với quy tắc này, ta có thể loại bỏ hoàn toàn các luật có phép nối HOẶC.Các luật có
phép nối này thường làm cho thao tác xử lý trở nên phức tạp.


- Luật thừa:
Một luật dẫn A  B được gọi là thừa nếu có thể suy ra luật này từ những luật còn lại.
Ví dụ : trong tập các luật gồm {A  B, B  C, A  C} thì luật thứ 3 là luật thừa vì nó có
thể được suy ra từ 2 luật còn lại.
- Thuật toán tối ưu tập luật dẫn:
Thuật toán này sẽ tối ưu hóa tập luật đã cho bằng cách loại đi các luật có phép nối

HOẶC, các luật hiển nhiên hoặc các luật thừa.
Thuật toán bao gồm các bước chính:
B1: Rút gọn vế phải
Với mỗi luật r trong R
Với mỗi sự kiện A VếPhải(r)
Nếu A VếTrái(r) thì Loại A ra khỏi vế phải của R.
Nếu VếPhải(r) rỗng thì loại bỏ r ra khỏi hệ luật dẫn : R = R \{r}
B2: Phân rã các luật
Với mỗi luật r : X1 X2  …  Xn Y trong R
Với mỗi i từ 1 đến n R := R + { Xi Y } R := R \
{r}
B3: Loại bỏ luật thừa
Với mỗi luật r thuộc R
Nếu VếPhải(r) BaoĐóng(VếTrái(r), R-{r}) thì R := R \ {r}
B4: Rút gọn vế trái
Với mỗi luật dẫn r : X : A1 A2, …, An Y thuộc R Với mỗi
sự kiện Ai r
Gọi luật r1 : X - Ai Y
S = (R - {r}) {r1}
Nếu BaoĐóng (X - Ai , S)  BaoĐóng (X, R) thì loại sự kiện A ra khỏi X


2.2.4. Biểu diễn tri thức bằng Frame
2.2.4.1. Khái niệm
Frame là một cấu trúc dữ liệu chứa đựng tất cả những trithức liên quan đến một đối
tượng cụ thể nào đó. Frames có liên hệ chặt chẽ đến khái niệm hướng đối tượng (thực ra
frame là nguồn gốc của lập trình hướng đối tượng). Ngược lại với các phương pháp biểu diễn
tri thức đã được đề cập đến, frame "đóng gói" toàn bộ một đối tượng, tnh huống hoặc cả
một vấn đề phức tạp thành một thực thể duy nhất có cấu trúc. Một frame bao hàm trong
nó một khối lượng tương đối lớn trithức về một đối tượng, sự kiện, vị trí, tnh huống hoặc

những yếu tố khác. Do đó, frame có thể giúp ta mô tả khá chi tiết một đối tượng.
Dưới một

khía

cạnh

nào

đó,

người ta

có

thể

xem

phương pháp

biểudiễntrithứcbằngframe chính là nguồn gốc của ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. Ý
tưởng của phương pháp này là "thay vì bắt người dùng sử dụng các công cụ phụ như dao mở
để đồ hộp, ngày nay các hãng sản xuất đồ hộp thường gắn kèm các nắp mở đồ hộp ngay bên
trên vỏ lon. Như vậy, người dùng sẽ không bao giờ phải lo lắng đến việc tìm một thiết bị để
mở đồ hộp nữa!". Cũng vậy, ý tưởng chính của frame (hay của phương pháp lập trình
hướng đối tượng) là khi biểudiễn một trithức, ta sẽ "gắn kèm" những thao tác thường gặp
trên trithức này. Chẳng hạn như khi mô tả khái niệm về hình chữ nhật, ta sẽ gắn kèm cách
tính chu vi, diện tích.
Frame thường được dùng để biểudiễn những trithức "chuẩn" hoặc những trithức được

xây dựng dựa trên những kinh nghiệm hoặc các đặc điểm đã được hiểu biết cặn kẽ. Bộ não
của con người chúng ta vẫn luôn "lưu trữ" rất nhiều các trithức chung mà khi cần, chúng ta
có thể "lấy ra" để vận dụng nó trong những vấn đề cần phải giải quyết.Frame là một công cụ
thích hợp để biểudiễn những kiểu trithức này.


Frame : XE HƠI
Thuộc lớp :phương tiện vận chuyển.
Tên nhà sản xuất : Audi
Quốc gia của nhà sản xuất : Đức
Model : 5000 Turbo
Loại xe : Sedan

Frame MÁY

Trọng lượng : 3300lb

Xy-lanh : 3.19 inch Tỷ

Số lượng cửa : 4 (default)

lệ nén : 3.4 inche Xăng

Hộp số : 3 số tự động
Số lượng bánh : 4 (default)
Máy (tham chiếu đến frame Máy)

: TurboCharger Mã lực
: 140 hp

Kiểu : In-line, overhead cam
Số xy-lanh : 5
Khả năng tăng tốc
0-60 : 10.4 giây
¼ dặm : 17.1 giây, 85 mph.

Hình 2.1: Cấu trúc một Frame xe hơi
2.2.4.2. Cấu trúc của Frame
Mỗi một frame mô tả một đối tượng (object). Một frame bao gồm 2 thành phần cơ
bản là slot và facet. Một slot là một thuộc tính đặc tả đối tượng được biểudiễn bởi frame. Ví
dụ : trong frame mô tả xe hơi, có hai slot là trọng lượng và loại máy.
Mỗi slot có thể chứa một hoặc nhiều facet. Các facet (đôi lúc được gọi là slot "con")
đặc tả một số thông tin hoặc thủ tục liên quan đến thuộc tính được mô tả bởi slot. Facet
có nhiều loại khác nhau, sau đây là một số facet thường gặp:
- Value (giá trị) : cho biết giá trị của thuộc tính đó (như xanh, đỏ, tím vàng nếu
slot là màu xe).
- Default (giá trị mặc định) : hệ thống sẽ tự động sử dụng giá trị trong facet này
nếu slot là rỗng (nghĩa là chẳng có đặc tả nào!). Chẳng hạn trong frame về xe, xét


slot về số lượng bánh. Slot này sẽ có giá trị 4. Nghĩa là, mặc định một chiếc xe hơi sẽ có 4
bánh!
- Range (miền giá trị) : (tương tự như kiểu biến), cho biết giá trị slot có thể nhận
những loại giá trị gì (như số nguyên, số thực, chữ cái, ...)
- If added: mô tả một hành động sẽ được thi hành khi một giá trị trong slot được
thêm vào (hoặc được hiệu chỉnh). Thủ tục thường được viết dưới dạng một
script.
- If needed :được sử dụng khi slot không có giá trị nào. Facet mô tả một hàm để
tính ra giá trị của slot.
2.2.5. Tính kế thừa

Trong thực tế, một hệ thống trí tuệ nhân tạo thường sử dụng nhiều frame được liên
kết với nhau theo một cách nào đó. Một trong những điểm thú vị của frame là tính phân cấp.
Đặc tính này cho phép kế thừa các tính chất giữa các frame.
Hình sau đây cho thấy cấu trúc phân cấp của các loại hình hình học cơ bản.Gốc của
cây ở trên cùng tương ứng với mức độ trừu tượng cao nhất. Các frame nằm ở dưới cùng
(không có frame con nào) gọi là lá. Những frame nằm ở mức thấp hơn có thể thừa kế tất
cả những tính chất của những frame cao hơn.
Các frame cha sẽ cung cấp những mô tả tổng quát về thực thể. Frame có cấp càng
cao thì mức độ tổng quát càng cao. Thông thường, frame cha sẽ bao gồm các định nghĩa
của các thuộc tính. Còn các frame con sẽ chứa đựng giá trị thực sự của các thuộc tính này.


Hình 2.2: Quan hệ giữa các đối tượng hình học phẳng
2.2.6. Biểu diễn tri thức bằng Script
Script là một cách biểu diễn tri thức tương tự như frame nhưng thay vì đặc tả một
đối tượng, nó mô tả một chuỗi các sự kiện.Để mô tả chuỗi sự kiện, script sử dụng một dãy
các slot chứa thông tin về các con người, đối tượng và hành động liên quan đến sự kiện đó.
Tuy cấu trúc của các script là rất khác nhau tùy theo bài toán, nhưng nhìn chung một
script thường bao gồm các thành phần sau :
-

Điều kiện vào(entry condition): mô tả những tnh huống hoặc điều kiện cần được

thỏa mãn trước khi các sự kiện trong script có thể diễn ra.
-

Role (đóng vai): là những con người có liên quan trong script.

-

Prop (tác tố): là tất cả những đối tượng được sử dụng trong các chuỗi sự kiện

sẽ diễn ra.
-

Scene(Tình huống): là chuỗi sự kiện thực sự diễn ra.

-

Result (Kết quả): trạng thái của các Role sau khi script đã thi hành xong.

-

Track (phiên bản): mô tả một biến thể (hoặc trường hợp đặc biệt) có thể xảy ra

trong đoạn script.