TÌM HIỂU MÔ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN

Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHÓA LUẬN

BIỂU DIỄN TRI THỨC

ĐỀ TÀI

TÌM HIỂU MÔ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC
CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN

Học viên : Nguyễn Tấn
Mã số: CH1101038
Lớp : Cao học – Khóa 6
GVHD: TS Đỗ Văn Nhơn

Nguyễn Tấn – CH1101038

1


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

MỤC LỤC
Trang
2
3

Mục lục
Lời mở đầu
Chương I:

GIỚI THIỆU

Chương II: MÔ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN
1)
Các đối tượng tính toán
2)
Thành phần của mô hình COKB
3)
Các loại sự kiện trong mô hình COKB
4)
Ngôn ngữ kỹ thuật
5)
Ví dụ về mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán

4
5
5
7
11
13
16

Chương III: MẠNG CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN
1) Định nghĩa 1
2) Định nghĩa 2

24
24

Chương IV:
1)
2)
3)
4)

28
28

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
Cấu trúc hệ thống
Kỹ thuật thiết kế
Cấu trúc của các tập tin lưu trữ các thành phần trong COKB
Ưu điểm của mô hình COKB

25

29
31

Chương V: CÁC ỨNG DỤNG

34
35

Chương VI: KẾT LUẬN

39

Tài liệu tham khảo

40

Nguyễn Tấn – CH1101038

2


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, con người muốn
máy tính có thể hiểu và biểu diễn tri thức một cách tự nhiên như con người.
Cho đến nay có nhiều mô hình kiến thức đã được đề xuất và ứng dụng như
trong khoa học trí tuệ nhân tạo. Nhu cầu biểu diễn tri thức thực sự bùng nổ,
theo đó, nhiều mô hình kiến thức như mạng ngữ nghĩa, đồ thị khái niệm và
mạng nơron. Những mô hình này là những công cụ hữu ích để thiết kế những
hệ thống thông minh. Tuy nhiên, chúng không thích hợp để biểu diễn tri thức
trong những lĩnh vực thực tế.
Từ những khó khăn đó, một mô hình biểu diễn tri thức mới gọi là mô
hình biểu diễn tri thức các đối tượng tính toán (gọi tắt là mô hình COKB) của
Tiến sĩ Đỗ Văn Nhơn đã ra đời và đã ứng dụng hiệu quả trong việc biểu diễn
tri thức trong những lĩnh vực thực tế nêu trên, nhất là trong lĩnh vực giáo
dục, giúp xây dựng những hệ thống giải toán thông minh trong phổ thông
cũng như ở bậc đại học.
Cùng với những kiến thức đã được cung cấp trong môn học biểu diễn
tri thức, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu mô hình cơ sở tri thức các đối

tượng tính toán” làm nội dung nghiên cứu. Để hoàn thành khóa luận này,
em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Đỗ Văn Nhơn, người đã chỉ dẫn tận
tình, cung cấp thông tin, tư liệu cũng như những bài giảng có giá trị để giúp
em hoàn thành đề tài.
Việc đầu tư nghiên cứu đề tài còn nhiều hạn chế, chỉ mang tính chất
một bài khóa luận môn học, chỉ tìm hiểu ở mức độ khái quát vấn đề. Do đó
không thể nào tránh được những thiếu sót. Kính mong sự thông cảm và chia
sẻ của thầy.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2013.

Nguyễn Tấn – CH1101038

3


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Trong khoa học trí tuệ nhân tạo, các mô hình và phương pháp biểu diễn tri thức
đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống cơ sở tri thức và hệ thống
chuyên gia. Ngày nay có rất nhiều mô hình tri thức khác nhau đã được đề xuất và
áp dụng. Nhiều phương pháp biểu diễn tri thức phổ biến trong việc thiết kế các hệ
thống cơ sở tri thức (KBS) và hệ thống thông minh như logic vị ngữ, lưới ngữ nghĩa,
các khung nhìn và các luật suy diễn. Nhiều phương pháp và kỹ thuật mới đã được
trình bày. Trong đó, các phương pháp mạng nơron và logic vị từ được sử dụng cho
tính toán thông minh. Một số phương pháp phù hợp cho việc biểu diễn và xử lý ngữ
nghĩa như đồ thị khái niệm. Các phương pháp trên rất hữu ích cho việc thiết kế các
hệ thống thông minh và để giải quyết những vấn đề phức tạp. Tuy nhiên, trong
nhiều trường hợp, các phương pháp đó không phù hợp để biểu diễn tri thức trong

các lĩnh vực ứng dụng thực tế, đặc biệt là các hệ thống mà có thể giải quyết các bài
toán trong thực tế dựa trên các cơ sở tri thức.
Vì vậy, nó là cần thiết để phát triển các mô hình mới để biểu diễn tri thức trong
lĩnh vực thực tế và cũng có thể để biểu diễn những vấn đề tri thức. Các mô hình
biểu diễn tri thức ở đây được sử dụng để thiết kế các hệ thống cơ sở tri thức và các
hệ thống thông minh trong thực tế. Mô hình chính được trình bày ở đây là mô hình
tri thức cơ sở các đối tượng tính toán. Mô hình này có thể được sử dụng để biểu diễn
tri thức tổng quát và thiết kế thành phần của hệ thống cơ sở tri thức. Hơn nữa,
mạng các đối tượng tính toán được sử dụng cho các vấn đề mô hình trong các lĩnh
vực tri thức. Những mô hình này là những công cụ cho việc thiết kế động cơ suy
diễn của các hệ thống. Các mô hình đó được sử dụng trong việc thiết kế một số hệ
thống cơ sở tri thức trong giáo dục để giải quyết các vấn đề như hệ thống hỗ trợ
nghiên cứu tri thức và giải quyết phân tích những vấn đề hình học, chương trình
nghiên cứu và giải quyết bài toán trong hình học phẳng, chương trình giải quyết các
bài toán về dòng điện xoay chiều trong vật lý. Những ứng dụng này đã được thực
hiện bằng cách sử dụng các công cụ lập trình và hệ thống đại số tính toán như C++,
JAVA, và MAPLE. Chúng rất dễ sử dụng cho học sinh trong việc nghiên cứu tri thức,
để giải quyết các bài toán một cách cơ động và đưa ra các giải pháp mà con người
có thể chấp nhận.
Nguyễn Tấn – CH1101038

4


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

Nguyễn Tấn – CH1101038

5

Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC
CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN
Các phương pháp biểu diễn tri thức truyền thống được quan tâm và hữu ích cho
nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, những phương pháp này thì không đủ và không dễ dàng
để sử dụng cho việc xây dựng những chương trình thông minh hoặc các hệ thống cơ
sở tri thức trong các lĩnh vực tri thức khác nhau, đặc biệt là các chương trình mà dữ
liệu đầu ra con người có thể đọc được. Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán
(mô hình COKB) đã được thiết lập từ phương pháp tiếp cận đối tượng định hướng để
biểu diễn tri thức cùng với kỹ thuật lập trình cho việc tính toán đối tượng. Đã có
nhiều kết quả và các công cụ cho phương pháp tiếp cận đối tượng, và một số
nguyên tắc cũng như kỹ thuật trình bày. Với cách này cũng cho chúng ta một
phương pháp để mô hình các bài toán và để thiết kế các thuật toán. Các mô hình
này rất hữu ích cho việc xây dựng các thành phần và toàn bộ cơ sở tri thức của hệ
thống thông minh trong thực hành các lĩnh vực tri thức.
1) CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN
Trong nhiều bài toán chúng ta thường gặp nhiều loại đối tượng khác nhau. Mỗi
đối tượng có các thuộc tính và các mối quan hệ bên trong giữa chúng. Các đối tượng
này cũng có những hành vi cơ sở nhằm giải quyết các bài toán dựa vào các thuộc
tính của chúng. Những quan hệ này giúp ta thực hiện sự suy diễn, tính toán và giải
một số bài toán suy diễn-tính toán trên các thuộc tính của đối tượng. Ví dụ: trong
giải toán hình học, một tam giác với các thuộc tính như 3 cạnh, 3 góc trong, diện
tích, nửa chu vi, bán kính vòng tròn ngoại tiếp, … cùng với các công thức liên hệ
giữa các thuộc tính đó sẽ cho ta một cấu trúc của một đối tượng như thế. Theo cách
tiếp cận hướng đối tượng trong biểu diễn tri thức và giải toán, chúng ta tích hợp vào
cấu trúc đối tượng trên một số hành vi giải toán nhất định để tạo ra một đối tượng.
Dựa trên các đối tượng này, nhiều bài toán khác nhau có thể được biểu diễn dưới
dạng mạng các đối tượng. Cách biểu diễn này có thể được áp dụng một cách có

hiệu quả trong các hệ giải toán, chẳng hạn như các hệ giải các bài toán hình học. So
với các phương pháp được trình bày trong các tài liệu khác, cách mô hình này tỏ ra
có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng biểu diễn hầu như toàn bộ tri thức và các
dạng bài toán tổng quát thuận tiện cho việc phát triển các thuật toán giải tự động
Nguyễn Tấn – CH1101038

6


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

và cung cấp những lời giải tự nhiên và phù hợp với cách nghĩ và viết của con người.
Ngoài ra, nó còn giúp ích cho việc thiết kế và cài đặt phần cơ sở tri thức cũng như
ngôn ngữ qui ước để đặc tả bài toán. Các kết quả nghiên cứu liên quan đến khái
niệm về đối tượng tính toán và mô hình tri thức các đối tượng tính toán cùng với
một số áp dụng của các mô hình được trình bày trong các bài báo.
Một đối tượng tính toán (hoặc C-Object) các đặc điểm sau đây:
(i) Nó đã có các thuộc tính giá trị. Bộ thuộc tính bao gồm tất cả thuộc tính
của đối tượng O sẽ được ký hiệu là M(O).
(ii) Có các quan hệ tính toán bên trong giữa các thuộc tính của một đối tượng
tính toán O. Điều này được thể hiện trong các tính năng của đối tượng sau:
- Với một tập hợp con A của M(O). Đối tượng O có thể hiển thị các thuộc
tính mà có thể được xác định từ A.
- Đối tượng O sẽ cho giá trị của một thuộc tính.
- Nó cũng có thể hiển thị quá trình bên trong của việc xác định các thuộc
tính.
Các đối tượng tính toán có cấu trúc có thể được mô hình hóa bằng (Attrs, F,
Facts, Rules). Attrs là một tập các thuộc tính, trong đó mỗi thuộc tính lấy giá trị
trong một miền xác định nhất định, và giữa các thuộc tính ta có các quan hệ thể
hiện qua các sự kiện, các luật suy diễn hay các công thức tính toán. F là một tập

hợp các phương trình được gọi là các quan hệ tính toán, Facts là một bộ các thuộc
tính hiện hữu của đối tượng hoặc các sự kiện của các đối tượng, và Rules là một bộ
quy tắc suy diễn trong các Fact. Ví dụ, kiến thức về một hình tam giác bao gồm các
yếu tố (các góc, các cạnh, …) cùng với các công thức và một số thuộc tính của
chúng có thể được mô hình hóa như là một lớp của các đối tượng tính toán. Các tập
của đối tượng tính toán thì như sau:
Attrs = {A, B, C, a, b, c, R, S, p, ha, hb, hc} là tập tất cả các thuộc tính của
một tam giác.
F = {A+B+C=  ;

Nguyễn Tấn – CH1101038

a
b
c
a
b
2 R ;
2 R ;
2 R ;

;
sin  A
sin  B 
sin  C 
sin  A sin  B 

7

Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

a
c
b
c
1
1
1


;
; S  bc sin  A ; S  ac sin  B  ; S  ab sin  C  ;
sin  A sin  C  sin  B  sin  C 
2
2
2
…}
Facts = {a+b>c; a+c>b; b+c>a; …}
Rules = { {a>b}  {A>B}; {b>c}  {B>C}; {c>a}  {C>A}; {a=b} 
{A=B}; {a^2 = b^2 + c^2}  {A=pi/2}; {A=pi/2}  {a^2 = b^2
+ c^2, b  c}; …}
Một đối tượng có hành vi cơ bản để giải quyết các bài toán trên những thuộc
tính của nó. Các đối tượng là được trang bị những khả năng để giải quyết các bài
toán như là:
a. Xác định bao đóng của một tập các thuộc tính.
b. Thực hiện giảm trừ và đưa ra câu trả lời cho các câu hỏi về các bài toán của
biểu mẫu: xác định một số thuộc tính từ một số thuộc tính khác.
c. Thực hiện tính toán.
d. Đề xuất việc hoàn thành giả thuyết nếu cần thiết.

Ví dụ: Khi một đối tượng tam giác được yêu cầu để cung cấp lời giải cho bài
toán từ một cạnh a, 2 góc B và C để tìm diện tích ( {a, B, C}  S ), nó sẽ cho một
giải pháp bao gồm ba bước sau đây:
Bước 1: Xác định A, A =  - B – C;
Bước 2: Xác định b, b = a.sin(B)/sin(A);
Bước 3: Xác định S, S = a.b.sin(C)/2;
2) THÀNH PHẦN CỦA MÔ HÌNH COKB
Mô hình cơ sở tri thức các đối tượng tính toán (mô hình COKB) bao gồm 6 thành
phần:
(C, H, R, Ops, Funcs, Rules)
Trong đó:
- C là một tập các khái niệm của các đối tượng tính toán.
Mỗi khái niệm trong C một lớp các đối tượng tính toán.
- H là một tập quan hệ hệ thống phân cấp về các khái niệm.
- R là một tập các mối quan hệ về các khái niệm.
- Ops là một tập các toán tử.
Nguyễn Tấn – CH1101038

8


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

- Funcs là một tập các hàm.
- Rules là một tập các luật.
a. Tập C các khái niệm về các C-Object:
Mỗi khái niệm là một lớp C-Object có cấu trúc và được phân cấp theo sự
thiết lập của cấu trúc đối tượng:
[1]

Các biến thực.

[2]

Các đối tượng cơ bản có cấu trúc rỗng hoặc có cấu trúc gồm một số

thuộc tính thuộc kiểu thực (ví dụ như DIEM không có thuộc tính giá trị thực
trong hình học phẳng). Các đối tượng loại này làm nền cho các đối tượng cấp
cao hơn.
[3]

Các đối tượng C-Object cấp 1. Loại đối tượng này có một thuộc tính

loại <real> và có thể được thiết lập từ một danh sách nền các đối tượng cơ
bản. Ví dụ: DOAN[A,B] và GOC[A,B,C] trong đó A, B, C là các đối tượng cơ bản
loại DIEM.
[4]

Các đối tượng C-Object cấp 2. Loại đối tượng này có các thuộc tính

loại real và các thuộc tính thuộc loại đối tượng cấp 1, và đối tượng có thể được
thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Ví dụ: TAM_GIAC[A,B,C]
và TU_GIAC[A,B,C,D], trong đó A, B, C, D là các đối tượng cơ bản loại DIEM.
Cấu trúc bên trong của mỗi lớp đối tượng gồm:
-

Kiểu đối tượng. Kiểu nầy có thể là loại kiểu thiết lập trên một danh

sách nền các đối tượng cơ bản.
-

Danh sách các thuộc tính, mỗi thuộc tính có kiểu thực, kiểu đối

tượng cơ bản hay kiểu đối tượng cấp thấp hơn.
-

Quan hệ trên cấu trúc thiết lập. Quan hệ này thể hiện các sự kiện về

sự liên hệ giữa đối tượng và các đối tượng nền (tức là các đối tượng thuộc danh
sách đối tượng nền).
-

Tập các điều kiện ràng buộc trên các thuộc tính.

-

Tập các tính chất nội tại liên quan đến các thuộc tính của đối tượng.

Mỗi tính chất nầy cho ta một sự kiện của đối tượng.
-

Tập các quan hệ suy diễn - tính toán. Mỗi quan hệ thể hiện một qui

luật suy diễn và cho phép ta có thể tính toán một hay một số thuộc tính nầy từ
một số thuộc tính khác của đối tượng.

Nguyễn Tấn – CH1101038

9

Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

-

Tập các luật suy diễn trên các loại sự kiện khác nhau liên quan đến

các thuộc tính của đối tượng hay bản thân đối tượng. Mỗi luật suy diễn có dạng:
các sự kiện giả thiếtcác sự kiện kết luận
Cùng với cấu trúc trên, đối tượng còn được trang bị các hành vi cơ bản
trong việc giải quyết các bài toán suy diễn và tính toán trên các thuộc tính của
đối tượng, bản thân đối tượng hay các đối tượng liên quan được thiết lập trên
nền của đối tượng (nếu đối tượng được thiết lập trên một danh sách các đối
tượng nền nào đó).
b. Tập H các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng:
H đại diện cho các mối quan hệ đặc biệt này trên C. Mối quan hệ này là
một mối quan hệ được sắp thứ tự trên C, và H có thể được coi như là biểu đồ
Hasse cho mối quan hệ đó.
TAM GIÁC VUÔNG CÂN

TAM GIÁC VUÔNG

TAM GIÁC ĐỀU

TAM GIÁC CÂN

TAM GIÁC
Mối quan hệ đặc biệt trên các lớp tam giác
c. Tập R các khái niệm về các loại quan hệ trên các C-Object:
R là một tập các mối quan hệ khác trên C, và trong trường hợp một quan

hệ r quan hệ nhị phân, nó có thể có các đặc tính như phản xạ, đối xứng, ...
Trong hình học phẳng và hình học giải tích có nhiều mối quan hệ như: quan hệ
"phụ thuộc" của một điểm với đường thẳng, quan hệ "trung điểm" của một
điểm với một đoạn thẳng, quan hệ "song song" giữa hai đoạn thẳng, quan hệ
"vuông góc" giữa hai đoạn thẳng, quan hệ bằng nhau giữa các tam giác.
d. Tập Ops các toán tử :
Thành phần này đại diện cho một phần tri thức về các toán tử trên các đối
tượng. Hầu hết các lĩnh vực tri thức có một thành phần chứa các toán tử. Trong
Nguyễn Tấn – CH1101038

10


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

hình học giải tích, có các toán tử vector như cộng, nhân một vector vô hướng;
trong đại số tuyến tính có các toán tử trên ma trận. Mô hình KBCO giúp tổ chức
các loại tri thức này trong các lĩnh vực tri thức như là một thành phần trong cơ
sở tri thức các hệ thống thông minh.
e. Tập Funcs các hàm:
Tri thức về hàm cũng là một loại tri thức phổ biến trong hầu hết các lĩnh
vực tri trong thực tế. Đặc biệt là lĩnh vực khoa học tự nhiên cũng như lĩnh vực
toán học, lĩnh vực vật lý. Trong hình học giải tích, ta có các hàm: khoảng cách
giữa hai điểm, khoảng cách từ một điểm đến một đường hoặc một mặt phẳng,
hình chiếu của một điểm hoặc một đường trên một mặt phẳng, … Các yếu tố
quyết định của một ma trận vuông cũng là một hàm trên những ma trận vuông
trong đại số tuyến tính.
f. Tập Rules biểu thị các luật suy diễn:
Tập luật là một phần xác định của cơ sở tri thức. Các luật biểu thị các phát
biểu, định lý, nguyên tắc, công thức,... Hầu hết các luật có thể được viết theo

mẫu "nếu <facts> thì <facts>". Trong cấu trúc của một luật suy diễn, <facts>
là một tập các sự kiện với phân loại nhất định. Vì vậy, ta sử dụng các luật suy
diễn trong mô hình COKB. Facts phải được phân loại để các thành phần Rules
có thể được xác định và xử lý trong các máy suy luận của hệ thống cơ sở tri
thức hoặc của các hệ thống thông minh.
Dựa vào mô hình COKB, cơ sở tri thức được tổ chức theo các thành phần sau:
+ Từ điển các khái niệm về các loại đối tượng, các thuộc tính, các phép toán,
các hàm, các quan hệ và các khái niệm có liên quan.
+ Bảng mô tả các cấu trúc và các tính năng của các đối tượng. Ví dụ, ta có
thể yêu cầu một hình tam giác để tính toán và cung cấp cho ta các thuộc
tính của nó.
+ Các bảng biểu diễn các quan hệ thứ tự của khái niệm.
+ Các bảng biểu diễn các quan hệ khác của khái niệm.
+ Các bảng biểu diễn tri thức về các phép toán.
+ Các bảng biểu diễn tri thức về các hàm.
Nguyễn Tấn – CH1101038

11


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

+ Các bảng mô tả các loại sự kiện. Ví dụ, một sự kiện quan hệ bao gồm các
loại quan hệ và danh sách các đối tượng trong quan hệ.
+ Các bảng mô tả các luật. Ví dụ, một luật suy diễn bao gồm phần giả thuyết
và kết luận. Cả hai đều là danh sách các sự kiện.
+ Danh sách hay tập các luật.
+ Danh sách các mẫu bài toán.

3) CÁC LOẠI SỰ KIỆN TRONG MÔ HÌNH COKB

Trong mô hình COKB có 11 loại sự kiện được chấp nhận. Những loại sự kiện này
đã được đề xuất từ nghiên cứu trên các yêu cầu thực tế và các vấn trong các lĩnh
vực tri thức khác nhau.
* Sự kiện loại 1: Thông tin về loại đối tượng. Sau đây là một vài ví dụ:
 ABC là một tam giác vuông.
 ABCD là một hình bình hành.
 Ma trận A là một ma trận vuông.
* Sự kiện loại 2 : một xác định của một đối tượng hoặc một thuộc tính của đối
tượng.
Một vài ví dụ về sự kiện loại 2 trong hình học giải tích:
Bài toán: Cho hai điểm E, F và đường thẳng (d). Giả sử E, F và (d) được
xác định.
(P) là mặt phẳng thỏa các quan hệ: E  (P), F  (P), và (d) // (P). Tìm
phương trình tổng quát của (P).
Trong bài toán này, ta có ba sự kiện loại 2:
(1): Điểm E được xác định hay là ta đã biết tọa độ của E
(2): Điểm F xác định

Nguyễn Tấn – CH1101038

12


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

(3): Đường thẳng (d) được xác định hay là ta đã biết phương trình của (d).
* Sự kiện loại 3 : một xác định của một đối tượng hoặc một thuộc tính của đối
tượng bằng giá trị hoặc mộ biểu thức số. Một vài ví dụ trong hình học phẳng và hình
học giải tích:
Trong tam giác ABC, giả sử chiều dài cạnh BC = 5.

Mặt phẳng (P) có phương trình 2x + 3y – z + 6 =0 và điểm M(1, 2, 3).
* Sự kiện loại 4 : tính đẳng lập trên các đối tượng hoặc các thuộc tính của đối
tượng. Loại sự kiện này cũng rất phổ biến và có nhiều bài toán liên quan đến nó trên
cơ sở tri thức.
Một vài ví dụ về sự kiện loại 4 trong hình học phẳng:
Bài toán: Cho hình bình hành ABCD. Giả sử M và N là hai điểm của đoạn thẳng
AC sao cho AM = CN. Chứng minh  ABM =  CDN.

Trong bài toán trên, ta phải xác định tính cân bằng của hai đối tượng tính
toán, một sự kiện loại 4.
* Sự kiện loại 5 : sự phụ thuộc của một đối tượng trên các đối tượng khác
bằng một phương trình tổng quát. Một ví dụ trong hình học về loại sự kiện này là w
= 2*u + 3*v; mà u, v và w là các vectơ.
* Sự kiện loại 6 : Một quan hệ trên các đối tượng hoặc các thuộc tính của các
đối tượng. Trong các bài toán có các sự kiện loại 6 như là sự song song của hai
đường thẳng, một đường thẳng vuông góc với một mặt phẳng, một điểm thuộc một
đoạn thẳng.
* Sự kiện loại 7 : Sự xác định của một hàm
* Sự kiện loại 8 : Sự xác định của một hàm bởi một giá trị hoặc một biểu thức
số.
* Sự kiện loại 9 : Tính cân bằng giữa một đối tượng với một hàm.
Nguyễn Tấn – CH1101038

13


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

* Sự kiện loại 10 : Tính cân bằng giữa một hàm với một hàm khác.
* Sự kiện loại 11 : Sự xác định của một hàm trên một hàm khác hoặc những

đối tượng khác bằng một phương trình.
Năm loại sự kiện sau cùng liên quan tới tri thức về các hàm – thành phần
Funcs trong mô hình COKB. Một vài ví dụ về các sự kiện liên quan tới hàm:
Bài toán: Gọi d là đường thẳng có phương trình 3x + 4y – 12 = 0. P và Q là
giao điểm của d và các trục Ox, Oy.
(a) Tìm trung điểm của PQ.
(b)Tìm hình chiếu của O trên đường thẳng d.
Đối với mỗi đoạn thẳng, tồn tại một và chỉ một điểm là trung điểm của đoạn
thẳng đó. Do đó, có một hàm MIDPOINT(A, B) mà kết quả là trung điểm M của đoạn
thẳng AB. Câu (a) của bài toán trên có thể được biểu diễn là tìm điểm I mà I =
MIDPOINT(P, Q) - một sự kiện loại 9. Hình chiếu cũng có thể được biểu diễn bằng
hàm PROJECTION(M, d) mà kết quả là hình chiếu của N của điểm M trên đường
thẳng d. Câu (b) của bài toán trên có thể được biểu diễn là tìm điểm A sao cho A =
PROJECTION(O, d) – đây cũng là một sự kiện loại 9.
Các mô hình và các loại sự kiện trên có thể được sử dụng để biểu diễn tri thức
trong các ứng dụng thực tế. Các thuật toán thống nhất của các sự kiện được thiết kế
và sử dụng trong những ứng dụng khác nhau như hệ thống hỗ trợ nghiên cứu tri
thức và giải quyết các bài toán hình học giải tích, chương trình nghiên cứu và giải
quyết các bài toán trong hình học phẳng, hệ thống tri thức trong đại số tuyến tính.
4) NGÔN NGỮ KỸ THUẬT
Ngôn ngữ cho mô hình COKB được xây dựng để xác định các cơ sở tri thức
trong các hệ thống thông minh với tri thức của mẫu mô hình COKB. Ngôn ngữ này
bao gồm:
- Một tập hợp các ký tự: chữ, số, ký tự đặc biệt.
- Từ vựng: từ khoá, tên.
- Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu cơ bản và các kiểu dữ liệu có cấu trúc.
- Biểu thức và câu.

Nguyễn Tấn – CH1101038

14


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

- Các phát biểu.
- Cú pháp để xác định các thành phần của mô hình COKB.
Dưới đây là một số cấu trúc của định nghĩa về biểu thức, các đối tượng tính
toán, các quan hệ, sự kiện và các hàm.
* Định nghĩa các biểu thức:
expr

::= expr | rel-expr | logic-expr

expr

::= expr add-operator term | term

term

::= term mul-operator factor | factor

factor

::= – factor | element ^ factor | element

element

::= ( expr ) | name | number | function-call

rel-expr

::= expr rel-operator expr

logic-expr

::= logic-expr OR logic-term |
logic-expr IMPLIES logic-term |
NOT logic-term | logic-term

logic-term

::= logic-term AND logic-primary | logic-primary

logic-primary

::= expr | rel-expr | function-call | quantify-expr
TRUE | FALSE

quantify-expr

::= FORALL(name <, name>*),
logic-expr | EXISTS(name), logic-expr

* Định nghĩa loại đối tượng tính toán:
cobject-type

::=

COBJECT name;

[isa]
[hasa]
[constructs]
[attributes]
[constraints]
[crelations]
[facts]
[rules]

ENDCOBJECT;
* Định nghĩa quan hệ tính toán:
Nguyễn Tấn – CH1101038

15


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

crelations ::=

CRELATION:
crelation-def+
ENDCRELATION;

crelation-def

::=

CR name;

MF: name <, name>*;
MFEXP: equation;
ENDCR;
equation

::=

expr = expr

* Định nghĩa quan hệ đặc biệt:
isa

::=

ISA: name <, name>*;

hasa

::=

HASA:
[fact-def]

* Định nghĩa sự kiện:
facts

::=

FACT: fact-def+

fact-def

::=

object-type | attribute | name |
equation | relation | expression

object-type ::=

cobject-type (name) |
cobject-type (name <, name>* )

relation

::=

relation ( name <, name>+ )

* Định nghĩa quan hệ dựa trên các sự kiện:
relation-def

::=

RELATION name;

ARGUMENT: argument-def+
[facts]
ENDRELATION;
argument-def ::=

name <, name>*: type;

* Định nghĩa hàm – mẫu 1:
function-def

::=

FUNCTION name;

ARGUMENT: argument-def+
RETURN: return-def;
[constraint]
[facts]
Nguyễn Tấn – CH1101038

16


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

ENDFUNCTION;
return-def ::=

name: type;

* Định nghĩa hàm – mẫu 2:
function-def

::=

FUNCTION name;

ARGUMENT: argument-def+
RETURN: return-def;
[constraint]
[variables]
[statements]
ENDFUNCTION;
statements ::=
statement-def ::=

statement-def+
assign-stmt | if-stmt | for-stmt

asign-stmt ::=

name := expr;

if-stmt

IF logic-expr THEN statements+

::=

ENDIF; |
IF logic-expr THEN statements+
ELSE statements+
ENDIF;
for-stmt

::=

FOR name IN [range] DO
statements+
ENDFOR;

5) VÍ DỤ VỀ MÔ HÌNH CƠ SỞ TRI THỨC CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN
Trong mục này chúng ta nêu lên một ví dụ áp dụng: Biểu diễn tri thức về các
tam giác và tứ giác trong hình học phẳng theo mô hình tri thức về các C-Object. Một
phần lớn kiến thức về hình học giải tích 3 chiều hay kiến thức về các phản ứng hóa
học cũng có thể được biểu diễn theo mô hình này. Cách biểu diễn kiến thức theo mô
hình này có nhiều ưu điểm thuận lợi cho việc thiết kế một cơ sở tri thức truy cập
được dễ dàng bởi các môđun quản trị tri thức cũng như các môđun giải toán và tra
cứu kiến thức. Đặc biệt là mô hình giúp ta có thể thiết kế các thuật giải để giải toán
tự động. Phần kiến thức về các tam giác và tứ giác trong hình học phẳng có thể
được biểu diễn theo mô hình tri thức COKB với các thành phần như dưới đây.
* Các khái niệm về các C-Object gồm:
Nguyễn Tấn – CH1101038

17


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

- Khái niệm cơ bản là khái niệm điểm.
- Các đối tượng C-Object cấp 1: đoạn, góc. Mỗi đoạn có một thuộc tính giá
trị thực, đó là độ dài của đoạn; Mỗi đoạn có thể được thiết lập từ 2 điểm. Mỗi góc có
một thuộc tính giá trị thực, đó là số đo của góc; Mỗi góc có thể được thiết lập từ 3
điểm.
- Các đối tượng C-Object cấp 2: các loại tam giác và các loại tứ giác. Các

loại tam giác bao gồm “tam giác”, “tam giác cân”, “tam giác vuông”, “tam giác
vuông cân” và “tam giác đều”. Các loại tứ giác bao gồm “tứ giác”, “hình thang”,
“hình thang vuông”, “hình thang cân”, “hình bình hành”, “hình chữ nhật”, “hình
thoi” và “hình vuông”.
Dưới đây là các ví dụ về một phần cấu trúc của các đối tượng thuộc lớp
“TAM_GIAC” và lớp “HINH_VUONG” được thể hiện trong các văn bản có cấu trúc:
begin_object: TAM_GIAC[A,B,C];
A, B, C : DIEM;
begin_variables
GocA : GOC[C,A,B];
GocB : GOC[A,B,C];
GocC : GOC[B,C,A];
a : DOAN[B,C];
b : DOAN[A,C];
c : DOAN[A,B];
ha,hb,hc,ma,mb,mc,pa,pb,pc : DOAN;
S,p,R,r,ra,rb,rc : real;
end_variables
begin_constraints
S > 0;
...
end_constraints
begin_properties
end_properties
begin_computation_relations
begin_relation
flag = 1
Mf ={GocA,GocB,GocC}
rf =1
vf ={}

expf =` GocA + GocB + GocC = Pi `
ost=2
end_relation
Nguyễn Tấn – CH1101038

18


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

begin_relation
flag = 0
Mf ={a, b, c, GocA}
rf =1
vf ={a}
expf =` a^2 = b^2 + c^2 - 2*b*c*cos(GocA)`
cost=19
end_relation
begin_relation
flag = 1
Mf ={ a, b, GocA, GocB}
rf =1
vf ={}
expf = `a*sin(GocB) = b*sin(GocA) `
cost=8
end_relation
...
end_computation_relations
begin_rules
begin_rule

kind_rule = "";
hypothesis_part:
{GocA = GocB}
goal_part:
{a = b}
end_rule
begin_rule
kind_rule = "";
hypothesis_part:
{a = b}
goal_part:
{GocA = GocB }
end_rule
begin_rule
kind_rule = "";
hypothesis_part:
{a^2 = b^2+c^2}
goal_part:
{GocA=pi/2}
end_rule
begin_rule
kind_rule = "";
hypothesis_part:
Nguyễn Tấn – CH1101038

19


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

{GocA=pi/2}
goal_part:
{a^2 = b^2+c^2}
end_rule
begin_rule
kind_rule = "xac_dinh_doi_tuong";
hypothesis_part:
{a, b, c}
goal_part:
{"Object"}
end_rule
...
end_rules
end_object
begin_object: HINH_VUONG[A,B,C,D]
A, B, C, D : DIEM;
begin_variables
a : DOAN[A,B]; # canh
b : DOAN[B,C]; # canh
c : DOAN[C,D]; # canh
d : DOAN[D,A]; # canh
c1 : DOAN[A,C]; # duong cheo
c2 : DOAN[B,D]; # duong cheo
GA : GOC[D,A,B]; # goc
GB : GOC[A,B,C]; # goc
GC : GOC[B,C,D]; # goc
GD : GOC[C,D,A]; # goc
S , p : real;
end_variables
begin_constraints

S > 0;
p > 0;
end_constraints
begin_properties
GA = Pi / 2;
GB = Pi / 2;
GC = Pi / 2;
GD = Pi / 2;
b = a;
c = a;
d = a;
["VUONG", a, b];
["VUONG", b, c];
["VUONG", c, d];
Nguyễn Tấn – CH1101038

20


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

["VUONG", d, a];
["SSONG", a, c];
["SSONG", b, d];
["VUONG", c1, c2];
end_properties
begin_computation_relations
begin_relation 0
flag=1
Mf={a,b}

rf=1
vf={}
expf= `b = a`
cost = 1
end_relation
begin_relation 1
flag=1
Mf={a,c}
rf=1
vf={}
expf=`c=a`
cost=1
end_relation
begin_relation 2
flag=1
Mf={a,d}
rf=1
vf={}
expf=`d=a`
cost=1
end_relation
begin_relation 3
flag=1
Mf={a,c1}
rf=1
vf={}
expf=`c1 = a*sqrt(2)`
cost=12
end_relation
begin_relation 4

flag=1
Mf={c1,c2}
rf=1
vf={}
expf=`c1 = c2`
Nguyễn Tấn – CH1101038

21


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

cost=1
end_relation
...
end_computation_relations
begin_rules
begin_rule 1
kind_rule = "xac_dinh_doi_tuong";
hypothesis_part:
{a}
goal_part:
{"Object"}
end_rule
end_rules
end_object
* Các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng:
Giữa các khái niệm về các loại tam giác và các loại tứ giác có các quan hệ
phân cấp theo sự đặc biệt hóa của các khái niệm. Chẳng hạn, một tam giác cân
cũng là một tam giác, một hình bình hành cũng là một tứ giác. Hệ thống quan hệ

phân cấp các khái niệm hình học này có thể được thể hiện trên các biểu đồ thứ tự
dưới đây.

Biểu đồ Hasse thể hiện quan hệ phân cấp của các khái niệm tam giác

Nguyễn Tấn – CH1101038

22


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

Biểu đồ Hasse thể hiện quan hệ phân cấp của các khái niệm tứ giác
* Các khái niệm về các loại quan hệ giữa các loại đối tượng:
Các quan hệ giữa các khái niệm bao gồm các loại quan hệ như:
-

Quan hệ thuộc về của 1 điểm đối với một đoạn thẳng.

-

Quan hệ trung điểm của một điểm đối với một đoạn thẳng.

-

Quan hệ song song giữa 2 đoạn thẳng.

-

Quan hệ vuông góc giữa 2 đoạn thẳng.

-

Quan hệ bằng nhau giữa 2 tam giác.

* Các toán tử:
Các toán tử số học và các hàm sơ cấp cũng áp dụng đối với các đối tượng
loại “đoạn thẳng” và các đối tượng loại “góc”.
* Các luật:
Các luật trên các loại sự kiện khác nhau chẳng hạn như các luật được liệt
kê bên dưới. Các luật được viết dưới dạng văn bản có cấu trúc:
(1)

begin_rule
kind_rule = "kieu_thiet_lap";
A, B : DIEM;
goal_part:
{DOAN[A,B] = DOAN[B,A]}
end_goal_part
end_rule

Luật này nói rằng: Với 2 điểm A, B ta có đoạn AB = đoạn BA.
(2)

begin_rule

Nguyễn Tấn – CH1101038

23

Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

kind_rule = "chuyen_kieu_doi_tuong";
A, B, C : DIEM;
Ob : TAM_GIAC[A,B,C];
hypothesis_part:
{Ob.DOAN[A,B] = Ob.DOAN[A,C]}
end_hypothesis_part
goal_part:
{[Ob, TAM_GIAC_CAN[A,B,C]]}
end_goal_part
end_rule
Luật này nói rằng: Một tam giác ABC có 2 cạnh AB và AC bằng nhau thì tam
giac là tam giác cân tại A.
(3)

begin_rule
kind_rule = "SSONG,VUONG";
a, b, c: DOAN;
hypothesis_part:
{["SSONG",a,b], ["VUONG",a,c]}
end_hypothesis_part
goal_part:
{["VUONG",b,c]}
end_goal_part
end_rule

Luật này nói rằng: Với 3 đoạn thẳng a, b và c, nếu a // b và a  c thì ta có b 
c.

(4)

begin_rule
kind_rule = "";
M, A, B: DIEM;
hypothesis_part:
{["THUOC",M,DOAN[A,B]]}
end_hypothesis_part
goal_part:
{DOAN[A,B] = DOAN[A,M] + DOAN[M,B]}
end_goal_part

Nguyễn Tấn – CH1101038

24


Biểu diễn tri thức và ứng dụng - Tìm hiểu Mô hình cơ sơ tri thức các đối tượng tính toán

end_rule
Luật này nói rằng: Với 3 điểm M, A và B, nếu điểm M thuộc đoạn AB thì ta có
(số đo đoạn AB) = (số đo đoạn AM) + (số đo đoạn MB).
(5)

begin_rule
kind_rule = "TAM_GIAC = TAM_GIAC";
Ob1, Ob2 : TAM_GIAC;
hypothesis_part:
{Ob1.a = Ob2.a, Ob1.b = Ob2.b, Ob1.c = Ob2.c }
end_hypothesis_part

goal_part:
{Ob1 = Ob2}
end_goal_part
end_rule
Luật này nói rằng: Nếu 2 tam giác có 3 cạnh tương ứng bằng nhau thì
chúng bằng nhau.

Nguyễn Tấn – CH1101038

25