Bài giảng Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán - Hoàng Kiếm

Nội dung text: Bài giảng Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán - Hoàng Kiếm

1. MÔ HÌNH TRI THỨC VỀ CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN Hoàng Kiếm Đỗ Văn Nhơn Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
2. Nội dụng: I. Khái niệm về đối tượng tính toán. II. Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán. III. Tổ chức cơ sở tri thức. IV. Giải toán trên một đối tượng tính toán. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
3. I. Khái niệm về đối tượng tính toán 1.1 Giới thiệu 1.2 Định nghĩa 1.3 mô hình Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
4. 1.1 Giới thiệu ° Trong nhiều vấn đề giải toán dựa trên tri thức ta thường đề cập đến các đối tượng khác nhau và mỗi đối tượng có cấu trúc bao gồm một số thuộc tính với những quan hệ nhất định giúp ta thực hiện sự suy diễn, tính toán. ° Cấu trúc đối tượng trên một số hành vi giải toán nhất định để tạo ra một đối tượng. ° Nhiều bài toán khác nhau có thể được biểu diễn dưới dạng mạng các đối tượng. Cách biểu diễn nầy 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. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
5. 1.2 Định nghĩa Một đối tượng tính toán là đối tượng O có cấu trúc gồm: ° Một danh sách các thuộc tính Attr(O) = x1, x2, , xn 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. ° Các hành vi liên quan đến sự suy diễn và tính toán trên các thuộc tính của đối tượng hay trên các sự kiện như: Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
6. „ Xác định bao đóng của một tập hợp thuộc tính A Attr(O). „ Xác định tính giải được của bài toán suy diễn tính toán có dạng A B với A Attr(O) và B Attr(O). „ Thực hiện các tính toán. „ Xem xét tính xác định của đối tượng, hay của một sự kiện. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
7. Ví dụ: „ Cấu trúc tam giác gồm các yếu tố như : 3 cạnh a, b, c; 3 góc tương ứng với 3 cạnh : , , ; 3 đường cao tương ứng : ha, hb, hc; diện tích S của tam giác, v.v cùng với các công thức liên hệ giữa chúng sẽ trở thành một đối tượng tính toán khi ta tích hợp cấu trúc nầy với các hành vi xử lý liên quan đến việc giải bài toán tam giác cũng như các hành vi xem xét một sự kiện nào đó liên quan đến các thuộc tính hay chính bản thân đối tượng. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
8. 1.3 Mô hình cho một đối tượng tính toán „ Một đối tượng tính toán có thể được mô hình bởi bộ: „ (Attrs, F, Facts, Rules) „ Attrs là tập hợp các thuộc tính của đối tượng, F là tập hợp các quan hệ suy diễn tính toán, Facts là tập hợp các tính chất hay các sự kiện vốn có của đối tượng, và Rules là tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các thuộc tính cũng như liên quan đến bản thân đối tượng. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
9. Ví dụ: Đối tượng “TAM_GIAC” được biểu diễn theo mô hình trên gồm có: ° Attrs = GocA, GocB, GocC, a, b, c, ha, hb, hc, ma, mb, mc, pa, pb, pc, S, p, R, r, ra, rb, rc ° F = GocA + GocB + GocC = Pi, a*sin(GocB) = b*sin(GocA), a^2 = b^2 + c^2 - 2*b*c*cos(GocA), ° Facts = ° Rules = {GocA = GocB} {a = b}, {a = b} {GocA = GocB}, {GocA=pi/2} {a^2 = b^2+c^2, b c}, Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
10. II. Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán 2.1 Giới thiệu 2.2 Mô hình 2.3 Ví dụ áp dụng Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
11. 2.1 Giới thiệu „ Mỗi loại đối tượng tính toán khi xét riêng biệt chỉ thể hiện được một phần tri thức có tính chất cục bộ trong ứng dụng trong khi kiến thức của con người về một lĩnh vực hay một phạm vi kiến thức nào đó thường bao gồm các khái niệm và các loại đối tượng khác nhau với những mối quan hệ hữu cơ. „ Ví dụ: cạnh a của một tam giác là một thuộc tính của đối tượng tam giác, khi xét như một đối tượng độc lập thì nó là một “đoạn thẳng”, là một loại đối tượng có những luật riêng của nó. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
12. „ Để có một mô hình biểu diễn tri thức rộng hơn có thể sử dụng trong việc xây dựng một hệ cơ sở tri thức và giải toán về các loại đối tượng khác nhau ta cần phải xem xét khái niệm đối tượng tính toán trong một hệ thống khái niệm các đối tượng cùng với các loại sự kiện, các loại quan hệ khác nhau và các dạng luật liên quan đến chúng. „ Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán là mô hình cho một dạng cơ sở tri thức bao gồm các khái niệm về các đối tượng có cấu trúc cùng với các loại quan hệ và các công thức tính toán liên quan. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
13. 2.2 Mô hình „ Ta gọi một mô hình tri thức về các đối tượng tính toán, viết tắt là một mô hình COKB (Computational Objects Knowledge Base), là một hệ thống (C, H, R, Ops, Rules) gồm: ° Một tập hơp C các khái niệm về các đối tượng tính toán „ Mỗi khái niệm là một loại đối tượng tính toán có cấu trúc và được phân mức theo sự thiết lập của cấu trúc đối tượng, gồm: biến thực, đối tượng cơ bản, đối tượng mức 1 và đối tượng mức 2. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
14. „ Các đối tượng cơ bản có cấu trúc rỗng hoặc có cấu trúc gồm một số thuộc tính thuộc kiểu thực. Các đối tượng loại nầy có thể làm nền cho sự thiết lập các đối tượng ở mức cao hơn. „ Các đối tượng tính toán mức 1 có một thuộc tính loại và có thể được thiết lập từ một danh sách nền các đối tượng cơ bản. „ Các đối tượng tính toán mức 2 có các thuộc tính loại real và các thuộc tính thuộc loại đối tượng mức 1, và đối tượng có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
15. ° Một tập hơp H các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng „ Trên tập hợp C ta có một quan hệ phân cấp theo đó có thể có một số khái niệm là sự đặc biệt hóa của các khái niệm khác, chẳng hạn như một tam giác cân cũng là một tam giác, một hình bình hành cũng là một tứ giác. Có thể nói rằng H là một biểu đồ Hasse khi xem quan hệ phân cấp trên là một quan hệ thứ tự trên C. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
16. ° Một tập hơp R các khái niệm về các loại quan hệ trên các loại đối tượng „ Mỗi quan hệ được xác định bởi và các loại đối tượng của quan hệ, và quan hệ có thể có một số tính chất trong các tính chất sau đây: tính chất phản xạ, tính chất đối xứng, tính chất phản xứng và tính chất bắc cầu. ° Một tập hơp Ops các toán tử „ Các toán tử cho ta một số phép toán trên các biến thực cũng như trên các đối tượng, chẳng hạn các phép toán số học và tính toán trên các đối tượng đoạn và góc tương tự như đối với các biến thực. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
17. ° Một tập hơp Rules gồm các luật „ Các luật thể hiện các tri thức mang tính phổ quát trên các khái niệm và các loại sự kiện khác nhau. Mỗi luật cho ta một qui tắc suy luận để đi đến các sự kiện mới từ các sự kiện nào đó, và về mặt cấu trúc nó gồm 2 thành phần chính là: phần giả thiết của luật và phần kết luận của luật. Phần giả thiết và phần kết luận đều là các tập hợp sự kiện trên các đối tượng nhất định. „ Một luật r có thể được mô hình dưới dạng: „ r : sk1, sk2, , skn sk1, sk2, , skm Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
18. * Phân loại sự kiện: „ Mỗi sự kiện là một phát biểu khẳng định một tính chất về một hay một số đối tượng tính toán. Ở đây chúng ta xem xét 6 loại sự kiện khác nhau như sau: ° Phát biểu về loại (hay tính chất) của một đối tượng. Ví dụ: Ob là một tam giác. ° Phát biểu về tính xác định của một đối tượng (các thuộc tính coi như đã biết) hay của một thuộc tính. Ví dụ: Giả sử đoạn AB trong tam giác ABC được cho trước. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
19. ° Phát biểu về sự xác định của một thuộc tính hay một đối tượng thông qua một biểu thức hằng. „ Ví dụ: đoạn AB = 2*m^2 + 1 (với m được cho trước), góc ABC = / 3. ° Sự kiện về sự bằng nhau giữa một đối tượng hay một thuộc tính với một đối tượng hay một thuộc tính khác. „ Ví dụ: thuộc tính a của đối tượng Ob thuộc loại tam giác = đoạn CD, đối tượng Ob1 = đối tượng Ob2. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
20. ° Sự kiện về sự phụ thuộc của một đối tượng hay của một thuộc tính theo những đối tượng hay các thuộc tính khác thông qua một công thức tính toán. „ Ví dụ: O1.a = O2.a + 2*O2.b ° Sự kiện về một quan hệ trên các đối tượng hay trên các thuộc tính của các đối tượng. „ Ví dụ: đoạn AB song song với đoạn CD, điểm M thuộc đoạn AB. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
21. 2.3 Ví dụ áp dụng „ Phần kiến thức về các tam giác và các tứ giác trong hình học phẳng có thể được biểu diễn theo mô hình tri thức về các đối tượng tính toán như dưới đây. ° Các khái niệm về các đối tượng gồm: ‟ Điểm. ‟ Đoạn thẳng. ‟ Góc. ‟ Các loại tam giác và các loại tứ giác. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
22. ° 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, được thể hiện bởi các biểu đồ sau đây: Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
23. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
24. ° 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. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
25. ° Các toán tử: „ Các toán tử số học và các hàm sơ cấp cũng áp dụng đối với các đối tựng loại “đoạn thẳng” và các đối tượng loại “góc”. ° Các luật: „ Các luật thể hiện các định lý hay qui tắc suy diễn trên các loại sự kiện khác nhau. „ Ví dụ: Một tam giác ABC có 2 cạnh AB và AC bằng nhau thì tam giac là tam giác cân tại A. Với 3 đoạn thẳng a, b và c, nếu a // b và a c thì ta có b c. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
26. III. Tổ chức cơ sở tri thức COKB 3.1 Các thành phần 3.2 Biểu đồ liên hệ giữa các thành phần Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
27. 3.1 Các thành phần của COKB „ Một cơ sở tri thức về các đối tượng tính toán có thể được tổ chức gồm: ° Tập tin “Objects.txt” lưu trữ các định danh (hay tên gọi) cho các khái niệm về các loại đối tượng. ° Tập tin “RELATIONS.txt” lưu trữ thông tin về các loại quan hệ khác nhau trên các loại đối tượng. ° Tập tin “Hierarchy.txt” lưu lại các biểu đồ Hasse thể hiện quan hệ phân cấp đặc biệt hóa trên các khái niệm. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
28. ° Các tập tin với tên tập tin có dạng “ .txt” để lưu trữ cấu trúc của loại đối tượng . ° Tập tin “Operators.txt” lưu trữ các thông tin về các toán tử trên các đối tượng. ° Tập tin “FACTS.txt” lưu trữ thông tin về các loại sự kiện khác nhau. ° Tập tin “RULES.txt” lưu trữ hệ luật của cơ sở tri thức. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
29. 3.2 Biểu đồ liên hệ giữa các thành phần của COKB Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
30. IV. Giải toán trên đối tượng tính toán 4.1 Các vấn đề cơ bản cho hành vi đối tượng 4.2 Phương pháp giải quyết vấn đề 4.3 Các ví dụ Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
31. 4.1 Các vấn đề cơ bản cho hành vi đối tượng ° Vấn đề 1: „ Xét tính giải được của bài toán GT KL, trong đó GT và KL là các tập hợp những sự kiện trên các thuộc tính của đối tượng. ° Vấn đề 2: „ Tìm một lời giải cho bài toán GT KL, trong đó GT và KL là các tập hợp những sự kiện trên các thuộc tính của đối tượng. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
32. ° Vấn đề 3: „ Thực hiện tính toán các thuộc tính trong tập hợp KL từ các sự kiện trong GT trong trường hợp bài toán GT KL giải được, trong đó GT và KL là các tập hợp những sự kiện trên các thuộc tính của đối tượng. ° Vấn đề 4: „ Xét tính xác định của đối tượng dựa trên một tập sự kiện cho trước trên các thuộc tính của đối tượng. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
33. 4.2 Giải quyết vấn đề ° Định nghĩa về “sự hợp nhất” của các sự kiện. „ Ví dụ về các sự kiện hợp nhất với nhau: DOAN[A,B] và DOAN[A,B]. TAM_GIAC[A,B,C]. a và DOAN[B,C]. Ob.a = (m+1)^2 và Ob.a = m^2 + 2*m + 1. Ob1 = Ob2 và Ob2 = Ob1. a^2 = b^2 + c^2 và b^2 = a^2 ‟ c^2. “a song song b” và “b song song a”. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
34. ° Định nghĩa về một bước giải là một bước suy ra sự kiện mới từ một số sự kiện đã biết thuộc một trong các dạng suy luận như: suy diễn mặc nhiên, áp dụng luật suy diễn, áp dụng quan hệ tính toán, giải hệ phương trình, „ Ví dụ về các bước giải: 1 { a 2 m 2 2 m 1 , GocA , c 4 } { a , c, GocA } 2 1 1 GocA , GocB 1 2 3 „ GocC 6 GocA GocB GocC Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
35. 1 GocB , GocA 1 2 „ GocC GocB 2 GocA GocB GocC b 2 a 2 c 2 2 2 2 1 if a b c then GocA 2 „ Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
36. ° Định nghĩa về một lời giải của một bài toán và tính giải được dựa trên quan hệ “bao hàm hợp nhất”. ° Thực hiện quá trình tìm lời giải theo cách suy diễn tiến với sự áp dụng của một số qui tắc heuristic, kết hợp với kỹ thuật loại bỏ các bước dư thừa để rút gọn lời giải. „ Ví dụ 1: Xét bài toán GT KL trên đối tượng “TAM_GIAC”, với „ GT = a, b=1, c, GocA = m*(b+c), GocA = 2*GocB , „ KL = GocB, GocC . „ Kết quả: bài toán giải được. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
37. „ Ví dụ 2: Xét bài toán GT KL trên đối tượng “TAM_GIAC”, với „ GT = a, b=5, GocA = m*(b+c), GocA = 2*GocB, a^2=b^2+c^2 , KL = GocB, GocC . „ Lời giải: 1 „ 1. Suy ra { GocB GocA }từ { GocA 2 GocB } 2 1 2 2 2 „ 2. Suy ra { GocA } từ { a b c } 2 1 „ 3. Suy ra { GocB } từ 4 1 1 { GocB GocA , GocA } 2 2 Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
38. 1 „ 4. Suy ra { GocB } từ { GocB } 4 1 „ 5. Suy ra { GocC } từ 4 1 1 { GocA , GocB } „và 2 4 GocA GocB GocC „ 6. Suy ra { GocC } từ Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
39. * Kết luận: ª Mô hình COKB được xây dựng có các ưu điểm sau: °Thích hợp cho việc thiết kế một cớ sở tri thức với các khái niệm có thể được biểu diễn bởi các đối tượng tính toán. °Cấu trúc tường minh giúp dễ dàng thiết kế các môđun truy cập cơ sở tri thức. °Tiện lợi cho việc thiết kế các mô đun giải bài toán tự động. °Thích hợp cho việc định ra một ngôn ngữ khai báo bài toán và đặc tả bài toán một cách tự nhiên. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin
40. ª Các mô hình và thuật giải được đề xuất có thể làm công cụ cho việc xây dựng các hệ giải bài toán dựa trên tri thức, các hệ cơ sở tri thức, và các phần mềm dạy học với sự hỗ trợ giải toán thông minh. ª Hướng phát triển: „ Phát triển một hệ cơ sở tri thức cho mô hình COKB. Khoa Công Nghệ Thông- 2001 Tin