Cơ sở dữ liệu mờ và ứng dụng

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ </b>

<b>PHẠM VŨ HỒNG </b>

<b>CƠ SỞ DỮ LIỆU MỜ VÀ ỨNG DỤNG </b>

LUẬN VĂN THẠC SĨ

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ</b>

<b>PHẠM VŨ HỒNG </b>

<b>CƠ SỞ DỮ LIỆU MỜ VÀ ỨNG DỤNG </b>

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

<b>Mã số: 1.01.10 </b>

<b>LUẬN VĂN THẠC SĨ </b>

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. Hồ Thuần

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Tôi xin cam đoan kết quả đạt đƣợc trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân, không sao chép
lại của ngƣời khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đƣợc trình bày hoặc là của
cá nhân hoặc là đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất
xứ rõ ràng và đƣợc trích dẫn hợp pháp.

Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan
của mình.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Lời đầu tiên, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS. TS. Hồ Thuần, ngƣời thầy đã tận
tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình làm luận văn.

Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các lãnh đạo và các thày, cô khoa sau đại học – Trƣờng
Đại học công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt
quá trình học tập và làm luận văn. Xin cảm ơn những đồng nghiệp tại Công ty Thƣơng mại Thái
Dƣơng, Công ty cổ phần Tin học viễn thông Petrolimex đã ln khuyến khích, động viên và giúp
đỡ tơi trong thời gian học tập và công tác vừa qua.

Tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy cô và bạn bè cùng lớp cao học K9T3. Xin cám ơn
bạn bè, ngƣời thân vì những khuyến khích, động viên và giúp đỡ.

Lời cuối, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình tơi. Gia đình ln là nguồn động viên
tinh thần, cổ vũ và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi trong học tập, công việc và cuộc sống.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>MỤC LỤC </b>

<b>LỜI CAM ĐOAN...1 </b>

<b>LỜI CẢM ƠN...2 </b>

<b>MỞ ĐẦU...8 </b>

<b>CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU MỜ ... ERROR! </b>

<b>BOOKMARK NOT DEFINED.</b>

<b>1.1 Các mơ hình cơ sở dữ liệu mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>1.1.1 Mơ hình dựa trên lý thuyết tập mờ (mơ hình tập con mờ)Error! </b> <b>Bookmark </b>
<b>not defined.</b>

<b>1.1.2 Mơ hình dựa trên quan hệ tƣơng tự ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>1.1.3 Mơ hình dựa trên lý thuyết khả năng ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>1.2 Phụ thuộc dữ liệu trên cơ sở dữ liệu mờError! Bookmark not defined.</b>

<b>1.2.1 Phụ thuộc hàm mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>1.2.2 Phụ thuộc đa trị mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>1.3 Kết luận chƣơng một ... Error! Bookmark not defined.</b>

CHƢƠNG 2 CHUẨN HÓA VÀ TÁCH LƢỢC ĐỒ QUAN HỆ TRONG

<b>CƠ SỞ DỮ LIỆU MỜ .. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.</b>

<b>2.1 Phụ thuộc hàm mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>2.1.1 Độ phù hợp giữa các bộ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.1.2 Định nghĩa phụ thuộc hàm mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.1.3 Các quy tắc suy diễn cho phụ thuộc hàm mờError! Bookmark not defined.</b>

<b>2.2 Khóa mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

2.2.1 Bao đóng bắc cầu của các phụ thuộc hàm mờ (bao đóng của tập thuộc tính đối
<b>với tập phụ thuộc hàm). ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.2.2 Tìm khóa mờ của một quan hệ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.2.3 Thuộc tính khóa và thuộc tính khơng khóaError! Bookmark not defined.</b>

<b>2.3 Các dạng chuẩn mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>2.3.1 Dạng chuẩn mờ một (f-1NF) ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.3.2 Dạng chuẩn mờ hai (f-2NF) ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.3.3 Dạng chuẩn mờ ba (f-3NF) ... Error! Bookmark not defined.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<b>2.4.1 Phân tách thành dạng chuẩn mờ hai ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>2.4.2 Phân tách thành dạng chuẩn mờ ba ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>2.5 Dạng chuẩn mờ Boyce Codd ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>2.6 Kết luận chƣơng hai ... Error! Bookmark not defined.</b>

CHƢƠNG 3 MỞ RỘNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ THÀNH CƠ SỞ

<b>DỮ LIỆU MỜ DỰA TRÊN LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG ... ERROR! </b>

<b>BOOKMARK NOT DEFINED.</b>

<b>3.1 Bộ có trọng số (Weighted tuples) trong quan hệ mờError! Bookmark not </b>

<b>defined.</b>

<b>3.2 Biểu diễn dữ liệu mờ bằng phân bố khả năng .... Error! Bookmark not </b>

<b>defined.</b>

<b>3.3 Một số mơ hình cơ sở dữ liệu mờ dựa trên lý thuyết khả năng .... Error! </b>

<b>Bookmark not defined.</b>

<b>3.3.1 Mơ hình Prade-Testemale ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>3.3.2 Mơ hình Umano-Fukami ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>3.3.3 Mơ hình Zemankova-Kandel ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>3.4 Các phép toán đại số quan hệ mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>3.4.1 Phép chọn mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>3.4.2 Phép chiếu mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>3.4.3 Phép kết nối mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>3.5 Kết luận chƣơng ba ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>CHƢƠNG 4 FSQL VÀ MỘT VÍ DỤ MINH HỌA ... ERROR! </b>

<b>BOOKMARK NOT DEFINED.</b>

<b>4.1 Truy vấn dữ liệu ... Error! Bookmark not defined.</b>

<b>4.1.1 Hỏi mềm dẻo ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>4.1.2 Truy vấn mờ trong cơ sở dữ liệu quan hệ Error! Bookmark not defined.</b>
<b>4.1.3 Hỏi mềm dẻo trong cơ sở dữ liệu quan hệ kinh điểnError! Bookmark not </b>

<b>defined.</b>

<b>4.2 Ngôn ngữ truy vấn mờ có cấu trúc (FSQL)Error! Bookmark not defined.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>4.2.3 Các hằng số mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>4.2.4 Các thuộc tính mờ và biểu diễn giá trị mờError! Bookmark not defined.</b>

<b>4.3 Mơ hình cơ sở dữ liệu quan hệ mờ cơ bảnError! Bookmark not defined.</b>

<b>4.4 Ứng dụng FSQL trên một cơ sở dữ liệu rõError! Bookmark not defined.</b>

<b>4.5 Kết luận chƣơng bốn ... Error! Bookmark not defined.</b>

KẾT LUẬN...89

TÀI LIỆU THAM KHẢO...100

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU </b>

<b>Bảng 1-1:Quan hệ r trên lƣợc đồ EMPLOYEE ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 1-2: Phép chiếu quan hệ r trên hai thuộc tính N và DError! </b> <b>Bookmark </b> <b>not </b>

<b>defined.</b>

<b>Hình 1-3: Bảng tổng kết các tiêu chuẩn cho các phụ thuộc hàm mờError! Bookmark not </b>

<b>defined.</b>

<b>Bảng 2-1: Bảng quan hệ tƣơng tự cho thuộc tính NAMEError! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 2-2: Bảng quan hệ tƣơng tự cho thuộc tính PERFORMANCEError! </b> <b>Bookmark </b>

<b>not defined.</b>

<b>Bảng 2-3: Bảng quan hệ tƣơng tự cho thuộc tính EARNINGError! </b> <b>Bookmark </b> <b>not </b>
<b>defined.</b>

<b>Bảng 2-4: Bảng khởi tạo cho quan hệ R = (A,B,C,D,E,F)Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 2-5: Bảng sau khi áp dụng bƣớc ba của thuật toán 2.12 với RError! </b> <b>Bookmark </b>

<b>not defined.</b>

<b>Bảng 2-6: Bảng khởi tạo cho quan hệ R = (A,B,C,D,E,F,G)Error! </b> <b>Bookmark </b> <b>not </b>
<b>defined.</b>

<b>Bảng 2-7: Bảng sau khi áp dụng bƣớc ba của thuật toán 2.12 vào RError! </b> <b>Bookmark </b>
<b>not defined.</b>

<b>Bảng 2-8: Bảng sau khi áp dụng bƣớc bốn của thuật toán vào RError! Bookmark not </b>

<b>defined.</b>

<b>Bảng 2-9: Bảng kết quả sau khi kết thúc thuật tốn . Error! Bookmark not defined.</b>
Hình 3-1: Biểu diễn các tình huống bằng phân bố khả năng trong trƣờng hợp thông

<b>thƣờng ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Hình 3-2: Biểu diễn các tình huống bằng phân bố khả năng trong trƣờng hợp xấuError! </b>

<b>Bookmark not defined.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<b>Bảng 3-4: Quan hệ mờ r ... Error! Bookmark not defined.</b>
Bảng 3-5: Kết quả của phép chiếu mờ của r trên hai thuộc tính Mã phịng ban và Tuổi

<b> ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 3-6: Quan hệ mờ r ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 3-7: Quan hệ mờ s ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 3-8: Kết quả phép kết nối tự nhiên giữa r và s Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 4-1: Mối quan hệ tuổi trung bình và lƣơng (tháng)Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Hình 4-2: Tuổi của John và căn cứ “Trung niên” ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Hình 4-3: Tuổi của John = “Trung niên”... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 4-4: Một số các đặc trƣng của khả năng và cấp độ cần thiếtError! Bookmark not </b>

<b>defined.</b>

<b>Bảng 4-5: Một số phép so sánh mờ ... Error! Bookmark not defined.</b>
Bảng 4-6: Biểu diễn bên trong của thuộc tính mờ loại 2 (Cho mỗi thuộc tính mờ F)

<b> ... Error! Bookmark not defined.</b>
Bảng 4-7: Biểu diễn bên trong của thuộc tính mờ loại 3 hoặc 4 (Cho mỗi thuộc tính mờ

<b>F) ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Hình 4-8: Kiến trúc cơ bản của FRDB với FSQL ServerError! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 4-9: [10] Các bảng trong FMB (theo mơ hình của Jose Galindo)Error! Bookmark </b>

<b>not defined.</b>

Hình 4-10: [10] Các bảng trong FMB và mối quan hệ của chúng (theo mô hình của Jose
<b>Galindo) ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Hình 4-11: Định nghĩa các nhãn trên TUOI ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Hình 4-12: Định nghĩa các nhãn trên LUONG ... Error! Bookmark not defined.</b>
<b>Bảng 4-13: Quan hệ tƣơng tự giữa các nhãn của thuộc tính NANGLUC ... Error! </b>

<b>Bookmark not defined.</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

<b>MỞ ĐẦU </b>

Mơ hình cơ sở dữ liệu quan hệ do Codd E.F đề xuất năm 1970 đã đạt đƣợc những kết quả hoàn
chỉnh về lý thuyết và ứng dụng. Tuy nhiên mơ hình này hạn chế trong việc biểu diễn thông tin
không đầy đủ, không chắc chắn (gọi chung là dữ liệu mờ), loại dữ liệu này đƣợc con ngƣời sử
dụng thƣờng xuyên trong thực tế. Đã có nhiều cách tiếp cận và đề xuất mơ hình cơ sở dữ liệu
mờ, những kết quả lý thuyết đã đƣợc xây dựng trong mơ hình quan hệ truyền thống cũng đƣợc
kiểm chứng trên các mơ hình mới với những mở rộng thích hợp. Do vậy việc tìm hiểu cơ sở dữ
liệu mờ và ứng dụng vào giải quyết các bài toán thực tế là một nhu cầu cấp thiết trong thực tiễn.
Một trong những cách xây dựng một cơ sở dữ liệu mờ là mở rộng cơ sở dữ liệu quan hệ kinh
điển. Có thể mở rộng mơ hình quan hệ để đáp ứng nhu cầu lƣu trữ và khai thác dữ liệu mờ theo
hai hƣớng, đó là: mở rộng ngữ nghĩa của dữ liệu để khai thác dữ liệu rõ với yếu tố mờ và mở
rộng miền trị thuộc tính để biểu diễn đƣợc dữ liệu mờ.

Hƣớng mở rộng ngữ nghĩa, dữ liệu vẫn đƣợc lƣu trữ nhƣ mơ hình quan hệ, dữ liệu tại các thuộc
tính của các bộ vẫn là dữ liệu rõ nhƣng cho phép khai thác dữ liệu với ngữ nghĩa rộng hơn (có

yếu tố mờ). Cách tiếp cận này sử dụng sử dụng lý thuyết tập mờ để mở rộng bằng cách thêm
thuộc tính độ thuộc cho mỗi bộ trong quan hệ vào quan hệ. Ví dụ ta có thể truy xuất một cơ sở
dữ liệu nguồn lực của một doanh nghiệp với một câu hỏi nhƣ sau: Liệt kê những ngƣời trẻ tuổi
trong công ty. Thế nào là trẻ tuổi?, ta sẽ phải xây dựng cơ sở logic cho việc xử lý ngữ nghĩa mở
rộng của dữ liệu nhƣ thế này và lý thuyết tập mờ và logic mờ là cơ sở để thực hiện. Hƣớng mở
rộng ngữ nghĩa có thể vẫn sử dụng các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ sẵn có trong việc lƣu trữ
dữ liệu, cịn những mở rộng cho việc xử lý dữ liệu đƣợc xây dựng thành các gói riêng, cài đặt
thêm, nhúng vào hệ quản trị đó. Tuy nhiên cách mở rộng này chƣa cho phép lƣu trữ dữ liệu mờ
nên hạn chế nhiều đến khả năng quản lý dữ liệu thực tế.

Hƣớng mở rộng miền trị thuộc tính là cách mở rộng tổng quát hơn, phản ánh đúng bản chất của
vấn đề, nó cho phép bổ sung thêm các cú pháp trong biểu diễn dữ liệu nhằm biểu diễn đƣợc dữ
liệu mờ. Với cách mở rộng này, ngoài việc đƣa vào hệ thống ký hiệu còn phải xây dựng đƣợc cơ
sở logic cho việc lập luận trên các ký hiệu để xử lý, khai thác đƣợc dữ liệu. Theo hƣớng này, để
mở rộng cơ sở dữ liệu kinh điển thành cơ sở dữ liệu mờ có hai cách tiếp cận tiêu biểu là mở rộng
bằng cách sử dụng quan hệ tƣơng tự và mở rộng theo lý thuyết khả năng.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

cách mở rộng mơ hình quan hệ bằng cách mở rộng miền trị thuộc tính, xem mỗi miền trị thuộc
tính là một biến ngôn ngữ. Một số kết quả của mô hình quan hệ cũng đƣợc mở rộng trên mơ hình
này. Năm 1996, Trƣơng Đức Hùng tiếp tục phát triển mơ hình này. Năm 2002, Hồ Cẩm Hà đã
mở rộng mơ hình cơ sở dữ liệu mờ bằng cách sử dụng quan hệ tƣơng tự và phát triển một số kết
quả cho mơ hình này. Năm 2005, Trần Thiên Thành đã mở rộng mơ hình cơ sở dữ liệu mờ dựa
trên lý thuyết khả năng, đƣa ra đƣợc khái niệm phụ thuộc hàm với lƣợng từ ngôn ngữ, xây dựng
đƣợc công thức đánh giá độ tin cậy của các dạng luật tổng kết dữ liệu.

Những nghiên cứu về cơ sở dữ liệu mờ đang tiếp tục và ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế
giới cũng nhƣ ở trong nƣớc. Với mong muốn tìm hiểu về một hƣớng phát triển và ứng dụng nó
vào thực tiễn, luận văn đề ra nhiệm vụ nhƣ sau:

1. Cách tiếp cận để mở rộng Cơ sở dữ liệu kinh điển thành cơ sở dữ liệu mờ đƣợc chọn để

nghiên cứu và ứng dụng vào một bài toán cụ thể là cách tiếp cận dựa trên lý thuyết khả
năng (Mơ hình dựa trên lý thuyết khả năng).

2. Nghiên cứu xem trên mô hình này, cách thức xử lý thơng tin khơng chắc chắn, mở rộng
các phép tốn, mở rộng ngơn ngữ truy vấn dữ liệu rõ (SQL) thành ngôn ngữ truy vấn
dữ liệu mờ (FSQL).

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO </b>

<b>Tiếng Việt </b>

[1]. <i>Trần Thiên Thành (2002), Phân tách lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ mờ, Trƣờng </i>
Đại học sƣ phạm Quy Nhơn.

[2]. Hồ Thuần, Trần Thiên Thành (2001), “Phụ thuộc hàm và phụ thuộc đa trị trong cơ
<i>sở dữ liệu quan hệ mờ”, Tạp chí Tin học và điều khiển học, 2001, tập 17 số 2, tr. </i>
13 – 20.

[3]. <i>Đỗ Trung Tuấn (1998), Cơ sở dữ liệu, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội </i>

[4]. <i>Nguyễn Anh Vũ (2006), Vấn đề chuẩn hóa và tách lược đồ quan hệ trong cơ sở </i>
<i>dữ liệu mờ, Luận văn Thạc sỹ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội. </i>
[5]. <i>Lê Tiến Vƣơng (1996), Nhập môn cơ sở dữ liệu quan hệ, Nhà xuất bản khoa học </i>

và kỹ thuật, Hà Nội.
<b>Tiếng Anh </b>

[6]. <i>Frederick E. Petry , “Fuzzy databases Principles and Applications”, Tulane </i>
University-USA, Kluwer Academic Publisher , Boston, 31-179, (1996).

[7]. <i>Ramez Elmasri, Shamkant B. Navathe (2000), Fundamentals of databases </i>
<i>systems, Replika Press Pvt. Ltd., India. </i>

[8]. <i>Shenoi and A.Melton, “Proximity Relation in Fuzzy Relation Databases”, Int, </i>
Jour, Fuzzy Sets and Systems, 31, 287-296, (1989).

[9]. <i>Sozat M.I and Yazici A., “A complete axiomatization for fuzzy functional and </i>
<i>multivalued dependencies in fuzzy database relations”, Elsevier North-Holland, </i>
Inc., Amsterdam, The Netherlands, The Netherlands, 161-181, (2001).

[10]. <i>Jose Galindo, Angelica Urrutia, Mario Piattini, Fuzzy Databases: Modeling, </i>
<i>Design and Implementation. Eds. Idea Group Publishing Hershey, USA, 24-28, </i>
51-54, 147-152, 154-165, (2006)

[11]. Zongming Ma, Fuzzy Database Modeling with XML. Springer, 112-116, (2005)
[12]. FSQL (Fuzzy SQL) A Fuzzy Query Language,

</div>

<!--links-->