Giáo trình trí tuệ nhân tạo - Chuong 5: Tri thức và các phương pháp suy diễn

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

Ch

ươ

ng 5

<b>TRI TH C VÀ CÁC PH</b>

<b>Ứ</b>

<b>ƯƠ</b>

<b>NG PHÁP SUY DI N</b>

<b>Ễ</b>

Nh ta đã bi t con ngư ế ườ ối s ng trong môi trường có th nh n để ậ ược th gi iế ớ

nh các giác quan và s d ng tri th c tích lu đờ ử ụ ứ ỹ ược và nh kh năng l p lu n,ờ ả ậ ậ

suy di n, con ngễ ười có th đ a ra các hành đ ng h p lý cho công vi c mà conể ư ộ ợ ệ

người đang làm. Trong khi đó m c tiêu c a trí tu nhân t o ng d ng là thi tụ ủ ệ ạ ứ ụ ế

k các ế <b>tác nhân thông minh (intelligent agent)</b> cũng có kh năng đó nh conả ư

người. (Tác nhân thông minh là b t c cái gì có th nh n th c đấ ứ ể ậ ứ ược môi
trường thông qua các b c m nh n (sensors) và đ a ra hành đ ng h p lý đápộ ả ậ ư ộ ợ

ng l i môi tr ng thông qua b ph n hành đ ng (effectors).

ứ ạ ườ ộ ậ ộ <b>Ví d :ụ</b> robots,
softrobot (software robot), các h chuyên gia,...là các tác nhân thông minh).ệ

<b>1. Tri th c và d li uứ</b> <b>ữ ệ</b>

- Tri th c là s hi u bi t v m t mi n ch đ (lĩnh v c) nào đó.ứ ự ể ế ề ộ ề ủ ề ự

<b>Ví dụ</b> - Hi u bi t v y h c, văn h c,.... là tri th cể ế ề ọ ọ ứ

- Thu th p thông tin ta đậ ược d li u và căn c vào tri th c ta có đữ ệ ứ ứ ược
nh ng quy t d nh phán đoán.ữ ế ị

Đ i v i qu cam ta xét các d li u nh v , cu ng, màu s c,...c a nó nhố ớ ả ữ ệ ư ỏ ố ắ ủ ư

th nào? và d a vào hi u bi t c a ta mà xác đ nh xem qu cam đó là ngon hayế ự ể ế ủ ị ả

không ngon, ngon v a,...ừ

Nh v y, tri th c là d ng d li u b c cao. Khó phân bi t gi a tri th c vàư ậ ứ ạ ữ ệ ậ ệ ữ ứ

d li u (khơng có ranh gi i rõ ràng gi a chúng). Tuy nhiên ta có th phân bi tữ ệ ớ ữ ể ệ

theo b ng sau:ả

<b>D</b>

<b> li uữ ệ</b> <b>Tri th cứ</b>
- Đ nh lị ượng

- Có c u trúc đ n gi nấ ơ ả - Đ nh tính- Khơng có c u trúc ho c cóị ấ ặ

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

<b>2. Các d ng mô t tri th c (các phạ</b> <b>ả</b> <b>ứ</b> <b>ương pháp bi u di n tri th c)ể</b> <b>ễ</b> <b>ứ</b>

(Đ máy tính có th s d ng để ể ử ụ ược tri th c, có th x lý đứ ể ử ược tri th c,ứ

chúng ta c n ph i bi u di n tri th c dầ ả ể ễ ứ ướ ại d ng thu n ti n cho máy tính. Đó làậ ệ

m c tiêu c a bi u di n tri th c). Sau nhi u c g ng, các nhà TTNT đã phátụ ủ ể ễ ứ ề ố ắ

tri n m t s cách bi u di n (th hi n) tri th c có hi u qu trong máy. ể ộ ố ể ễ ể ệ ứ ệ ả

<b>2.1. Bi u di n tri th c b ng logicể</b> <b>ễ</b> <b>ứ</b> <b>ằ</b>

Nh ta đã nghiên c u ph n trư ứ ở ầ ước, ta có th bi u di n bài tốn b ng cácể ể ễ ằ

bi u th c logic (logic m nh đ , logic v t )ể ứ ệ ề ị ừ

<b>2.2. Bi u di n tri th c b ng m ng ng nghĩaể</b> <b>ễ</b> <b>ứ</b> <b>ằ</b> <b>ạ</b> <b>ữ</b>

Phương pháp bi u di n tri th c b ng cách dùng m t đ th G = (V, E) g mể ễ ứ ằ ộ ồ ị ồ

t p đ nh V và t p cung E. ậ ỉ ậ Trong đó các đ nh ng v i các đ i tỉ ứ ớ ố ượng, khái ni mệ

hay s ki n c th , các cung th hi n quan h gi a các đ i tự ệ ụ ể ể ệ ệ ữ ố ượng. Có m tộ

cung n i gi a hai đ i tố ữ ố ượng a và đ i tố ượng b, ký hi u aệ b n u có m tế ộ

quan h nào đó gi a hai đ i tệ ữ ố ượng a, b.

<i>Có 2 lo i quan h đ c bi tạ</i> <i>ệ ặ</i> <i>ệ</i>

- "a là b" nghĩa là đ i tố ượng a thu c vào t p đ i tộ ậ ố ượng được bi u di nể ễ

b i khái ni m b ho c t p các đ i tở ệ ặ ậ ố ượng bi u di n b i khái ni m a làể ễ ở ệ

t p con c a t p đ i tậ ủ ậ ố ượng bi u di n khái ni m b. (quan h is-a)ể ễ ệ ệ

<b>Ví dụ</b> Y n ế chim

- Ngượ ạ ớc l i v i quan h "là" là quan h "bao g m". ệ ệ ồ Khi có " a là b" (ho cặ

"b bao g m a"), các thông tin c b n v các đ i tồ ơ ả ề ố ượng được cho b i bở

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

<b>Ví dụ</b>

u đi m

Ư ể :

- Cho phép bi u di n m t cách tr c quan các s ki n và các m i liên hể ễ ộ ự ự ệ ố ệ

gi a chúng.ữ

- Tính mơ đun cao theo nghĩa các tri th c m i đứ ớ ược thêm vào hoàn toàn

đ c l p v i các tri th c cũ.ộ ậ ớ ứ

- Có th áp d ng m t s c ch suy di n trên m ng: c ch truy n vàể ụ ộ ố ơ ế ễ ạ ơ ế ề

th a hừ ưởng thông tin gi a các đ i tữ ố ượng, c ch "cháy" trên m ngơ ế ạ

N

hược đi mể :

- Khơng có m t phộ ương pháp suy di n chung nào cho m i lo i m ng ngễ ọ ạ ạ ữ

nghĩa

- Khó ki m sốt quá trình c p nh t tri th c đ d n đ n mâu thu n trongể ậ ậ ứ ể ẫ ế ẫ

c s tri th c.ơ ở ứ

<b>2.3. Bi u di n tri th c b ng khung (Frame)ể</b> <b>ễ</b> <b>ứ</b> <b>ằ</b>

Khung th c ch t là s t ng quát hoá c a c u trúc b n ghi trong Pascal vàự ấ ự ổ ủ ấ ả

tương t nh c u trúc đ i tự ư ấ ố ượng trong C++
M t khung độ ược mô t b i c u trúc:ả ở ấ

- Tên khung: Đ nh danh đ i tị ố ượng mô tả

- Các khe (slot): trên m i khe l u tr các thông tin, n\mi n giá tr , thu cỗ ư ữ ề ị ộ

cánh

Chim

bay

Con v tậ
Y nế

Chíp chíp

Cánh c tụ

đi

Khơng khí

is-a

is-a _is-a
is-a _{ho t đ ng}_{ạ ộ}

ho t đ ng ạ ộ

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

<b>Ví dụ</b> Xét khung (frame) mô t t p h c sinh HOCSINHả ậ ọ

<b>Frame HOCSINH</b>
IS-A:

PART-OF: NGUOI-DI-HOC

A KIND OF: (HOCSINHCOSO, HOCSINHTRUNGHOC)
Cân n ng: 10-60kgặ

Chi u cao: 80-170cmề

C u trúc frame này cho ta m t "khung d li u" đ khoanh vùng các đ iấ ộ ữ ệ ể ố

tượng là h c sinh. ọ Trường h p g p m t ngợ ặ ộ ười cao 175cm, n ng 45kg thì ta cóặ

th kh ng đ nh r ng đó khơng ph i là h c sinh vì khơng thoã mãn các ràngể ẳ ị ằ ả ọ

bu c đã có.ộ

Ngồi ra, m t trong nh ng đ c tr ng quan tr ng c a frame là kh năng th aộ ữ ặ ư ọ ủ ả ừ

k các thơng tin c a các khe có cùng tên đ i tế ủ ở ố ượng b c trên. ậ

<b>Ví dụ</b> Trong frame HOCSINHCOSO, HOCSINHTRUNGHOC có khe
chi u cao v i giá tr mơ t mi n, thì sau khi th a k thông tin m c trênề ớ ị ả ề ừ ế ở ứ

Frame HOCSINH, khe này c n ph i l y các giá tr trong kho ng 80-170cm.ầ ả ấ ị ả

<b>2.4. Bi u di n tri th c b ng các lu t s n xu tể</b> <b>ễ</b> <b>ứ</b> <b>ằ</b> <b>ậ ả</b> <b>ấ</b>

Phương pháp bi u di n tri th c nh logic (logic m nh đ và logic v t )ể ễ ứ ờ ệ ề ị ừ

khá tr c quan song ch phù h p khi khơng có q nhi u lu t suy di n. ự ỉ ợ ề ậ ễ

M t tri th c độ ứ ược th hi n b ng m t ể ệ ằ ộ <b>câu Horn d ng chu n:ạ</b> <b>ẩ</b>

p1∧ p2∧....∧ pn⇒ q

(Các câu Horn d ng này còn đạ ược g i là lu t if- then và đọ ậ ược bi u di n nhể ễ ư

sau: <i><b>if P</b><b>1</b><b> and....and P</b><b>m</b><b> then Q</b></i>)
M t câu Horn d ng t ng quát:ộ ạ ổ

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

<b>L u ý:ư</b>

N u có lu t d ng: pế ậ ạ 1 ∧ p2 ∧....∧ pn ⇒ q1 ∨ q2 ∨....∨ qm thì tương đương v i m lu tớ ậ
sau:

p1∧ p2∧....∧ pn∧¬ q2∧....∧¬qm ⇒ q1
p1∧ p2∧....∧ pn∧¬ q1 ∧¬ q3...∧¬qm ⇒ q2
p1∧ p2∧....∧ pn∧¬ q1....∧¬qm-1 ⇒ qm
Tuy nhiên ta ch xét câu Horn d ng chu n (m=1)ỉ ạ ẩ

- N u n=0, m=1: câu Horn có d ng ế ạ ⇒ q: g i là s ki n (fact) q.ọ ự ệ

- N u n>0, m=1: câu Horn có d ng: pế ạ 1∧ p2∧....∧ pn⇒ q: g i là lu t (rule).ọ ậ
Trong các h chuyên gia, c s tri th c g m 2 ph n: t p các s ki n (facts) vàệ ơ ở ứ ồ ầ ậ ự ệ

t p lu t (rules).ậ ậ

<b>Ví dụ</b>

1) Ta có các lu t v kinh nghi m d báo th i ti t:ậ ề ệ ự ờ ế

"Chu n chu n bay th p thì m a, bay cao thì n ng, bay v a thì râm"ồ ồ ấ ư ắ ừ

a: chu n chu n bay th p, b: chu n chu n bay cao, c: chu n chu n bay v aồ ồ ấ ồ ồ ồ ồ ừ

d: tr i m a, e: tr i n ng, f: tr i râmờ ư ờ ắ ờ

lúc đó ta có các lu t sau: ậ

a ⇒ d
b ⇒ e
c ⇒ f

2) Nhi u đ nh lý trong tốn h c có th bi u di n b i các lu t, ví d :ề ị ọ ể ể ễ ở ậ ụ

<i>N uế</i> tam giác có m t góc b ng 60ộ ằ 0_{và tam giác có hai c nh b ng nhau}_ạ _ằ <i>_thì</i>
tam giác đó là tam giác đ u.ề

<b>3. Suy di n trên lu t s n xu tễ</b> <b>ậ ả</b> <b>ấ</b>

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

<b>Bài t p 2. ậ</b> Cho c s tri th c đơ ở ứ ược bi u di n b ng các bi u th c logic đúngể ễ ằ ể ứ

sau

1) pt → a 5) p → t

2) qt → s 6) apq → c

3) pq → b 7)bc → t

4) ¬b →st 8) pq

Bi u di n tri th c đã cho dể ễ ứ ướ ại d ng lu t s n xu t và dùng phậ ả ấ ương pháp suy
di n ti n và suy di n lùi đ ch ng minh ho c bác b s ki n sễ ế ễ ể ứ ặ ỏ ự ệ ≡1.

<b>Bài t p 3. ậ</b> Cho c s tri th c đơ ở ứ ược bi u di n b ng các bi u th c logic đúngể ễ ằ ể ứ

sau

1) (a+c)b → f

2) ¬e +¬f + a

3) gfh → i

4) (e+ f)b → gi

5) (¬a+ e +¬c)abc

Dùng phương pháp suy di n ti n và suy di n lùi đ ch ng minh ho c bác bễ ế ễ ể ứ ặ ỏ

s ki n iự ệ ≡1.

<b>Bài t p 4.ậ</b> . Cho c s tri th c đơ ở ứ ược bi u di n b ng các bi u th c logic đúngể ễ ằ ể ứ

sau
1) efh

2) ¬a + g + d

3) ¬h + c + d

4) af → bg

5) ke → d

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

- Bi u di n tri th c đã cho dể ễ ứ ướ ại d ng lu t s n xu t ậ ả ấ

- Dùng phương pháp suy di n ti n đ ch ng minh s ki n dễ ế ể ứ ự ệ ≡1 đúng. Cho

bi t các lu t d th a trong v t suy di nế ậ ư ừ ế ễ

<b>Bài t p 5.ậ</b> . Trong m t l p h c, có m t nhóm h c sinh g m 10 b n có tên l nộ ớ ọ ộ ọ ồ ạ ầ

lượt là: A, B, C, D, E, F, G, H, I và J. Gi a các b n h c sinh đó có m i quanữ ạ ọ ố

h g i là quan h nh hệ ọ ệ ả ưởng. Ví d : n u ta vi t AB>C thì có nghĩa là hai b nụ ế ế ạ

đ ng th i cùng thuy t ph c b n C tham gia m t ho t đ ng nào đó. Gi sồ ờ ế ụ ạ ộ ạ ộ ả ử

ban đ u có b n b n E, F, H, I tham gia d thi s n ph m ph n m m do nhàầ ố ạ ự ả ẩ ầ ề

tr òng t ch c và ta cũng bi t đư ổ ứ ế ượ ằc r ng:
1) ACH>B

2) BH>ACD
3) ABCI>BDI
4) ADEI>BCG
5) CGI>AJE
6) H>BC

Hãy dùng phương pháp suy di n ti n đ ch ng minh r ng c 10 b n trongễ ế ể ứ ằ ả ạ

</div>

<!--links-->