40 nguyên tắc sáng tạo ứng dụng trong tin học và quá trình tiến hóa ngôn ngữ lập trình

Tương tự, các ứng dụng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần thương mại ta có thể sử dụng mCore.NET để tích hợp gửi và nhận tin nhắn SMS vào các ứng dụng chạy trên nền tả

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

Phương Pháp Luận Sáng Tạo

LỜI MỞ ĐẦU: 4

I 40 Nguyên tắc sáng tạo và ứng dụng trong tin học : 5

1 Nguyên tắc phân nhỏ: 5

2 Nguyên tắc “tách khỏi”: 5

3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ: 6

4 Nguyên tắc phản đối xứng: 7

5 Nguyên tắc kết hợp: 7

6 Nguyên tắc vạn năng: 8

7 Nguyên tắc “chứa trong”: 8

8 Nguyên tắc phản trọng lượng: 8

9 Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ: 9

10 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ: 9

11 Nguyên tắc dự phòng: 10

12 Nguyên tắc đẳng thế: 10

13 Nguyên tắc đảo ngược: 11

14 Nguyên tắc cầu (tròn) hoá: 11

15 Nguyên tắc linh động: 11

16 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”: 12

17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác: 12

18 Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học: 13

19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ: 13

20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích 14

21 Nguyên tắc “vượt nhanh”: 14

22 Nguyên tắc biến hại thành lợi: 15

23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi: 15

24 Nguyên tắc sử dụng trung gian: 15

25 Nguyên tắc tự phục vụ: 16

26 Nguyên tắc sao chép (copy): 16

27 Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”: 17

28 Thay thế sơ đồ cơ học: 17

29 Sử dụng các kết cấu khí và lỏng: 18

30 Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng: 18

31 Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ: 18

32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc: 19

33 Nguyên tắc đồng nhất: 19

34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần: 20

35 Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng: 20

36 Sử dụng chuyển pha: 20

37 Sử dụng sự nở nhiệt: 21

38 Sử dụng các chất oxy hoá mạnh: 21

39 Thay đổi độ trơ: 22

40 Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite): 22

II Lịch sử phát triển ngôn ngữ lập trình: 23

1 Zuse’s Plankalkül: 24

2 Các ngôn ngữ mã giả: 24

3 IBM và Fortran 25

4 Lập trình hàm 28

5 Bước đầu tiên tiến tới sự tinh xảo 30

6 Khởi đầu của ngôn ngữ cho doanh nghiệp 32

7 Bắt đầu khái niệm chia sẻ thời gian 33

8 Ngôn ngữ cho cả khoa học và doanh nghiệp : PL/I 33

9 Hai ngôn ngữ động đầu tiên : APL và SNOBOL 34

10 Bắt đầu trừu tượng hóa dữ liệu : SIMULA 67 35

11 Thiết kế trực giao : ALGOL 68 36

12 Lập trình dựa trên Logic : Prolog 36

13 Ngôn ngữ được thiết kế công phu nhất : Ada 37

14 Lập trình hướng đối tượng : Smalltalk 38

15 Kết hợp giữa lập trình mệnh lệnh và lập trình hướng đối tượng: C++ 38

16 Một ngôn ngữ hướng đối tượng dựa trên mệnh lệnh : Java 39

17 Các ngôn ngữ kịch bản cho Web 39

18 Xu hướng hiện nay 40

III Kết luận : 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 42

Lời mở đầu:

Nếu ai đó chưa biết, chưa đọc, chưa nghiên cứu về Genrikh Saulovich Atchuller và Lý thuyết giải các bài toán sáng chế (TRIZ) của ông thì quả là một thiệt thòi đối với người đó Tại sao vậy? Bởi ông là một tài năng lớn, một người có nhân cách sáng ngời, là một nhà khoa học rất đáng kính trọng Đặc biệt với TRIZ 40 nguyên tắc sáng tạo, ông đã góp phần tạo nên sự phát triển cho thế giới này

Khi con người sinh ra bản năng đã ham muốn tìm tòi học hỏi khám phá những điều mới mẻ Nhờ có khả năng tư duy sáng tạo thiên tài mà những nhà phát minh như Leonardo Da Vinci, Archimedes hay Thomas Edison, … đã làm thay đổi cuộc sống của nhân loại này Vậy đối với những người bình thường chúng ta thì sao, làm sao có thể có những cải tiến đóng góp cho xã hội? Thầy Atchuller đã hiểu được điều đó và năm 1946, ông đã nung nấu ý định đầu tiên xây dựng một lý thuyết giúp bất kỳ một người bình thường nào cũng có thể thực hiện được các sáng chế mà sau này ông đặt tên là “Lý thuyết giải các bài toán sáng chế” (TRIZ) Với 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản này có thể nói nó đã tổng quát được hầu như hàng triệu phát minh cải tiến trong cuộc sống con người trong thời gian qua Và lĩnh vực công nghệ thông tin cũng không phải là ngoại lệ Trong bài luận này sẽ trình bày 40 nguyên tắc sáng tạo và những ví

dụ trong công nghệ thông tin với từng nguyên tắc (mỗi nguyên tắc sẽ có hai ví dụ) cho bạn dễ hình dung Ngoài ra, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của phần cứng từ máy dệt tự động Jacquard đến những siêu máy tính ngày nay mà các ngôn ngữ lập trình cũng được tiến hóa theo Chúng tiến hóa theo cách nào và đem lại những gì? Chúng ta hãy cùng xem sự tiến hóa của chúng trong các nguyên tắc sáng tạo như thế nào nhé

I 40 Nguyên tắc sáng tạo và ứng dụng trong tin học:

1 Nguyên tắc phân nhỏ:

Nội dung:

- Chia đối tượng thành các phần độc lập

- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được

- Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng

Ví dụ:

- Cách tiếp cận top-down trong thiết kế hệ thống, chia hệ thống thành nhiều phần nhỏ hơn Bằng cách đó, chia hệ thống phức tạp thành nhiều mô-đun ít phức tạp hơn Quá trình này có thể được thực hiện lại cho từng mô-đun cho đến khi các mô-đun không còn bất cứ sự phức tạp nào nữa

- Một ứng dụng có thể được xây dựng dựa trên các dịch vụ độc lập có sẵn trong mạng cục bộ hay qua Internet chẳng hạn như Web-service (thông qua các Web-service của Yahoo, ta có thể xây dựng một ứng dụng chat tương tự như Yahoo! Messenger cho riêng mình) Tương tự, các ứng dụng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần thương mại (ta có thể sử dụng mCore.NET để tích hợp gửi và nhận tin nhắn SMS vào các ứng dụng chạy trên nền tảng NET) hay miễn phí (từ kernel của Linux mà hiện này có hơn 100 bản phân phối như Mint, Ubuntu, Fedora, …)

- Trong cơ chế nén âm thanh MP3 loại bỏ đi các phần tín hiệu của âm thanh mà đa số mọi người không thể nghe được nhờ các đặc điểm chức năng nghe của con người Tượng tự, trong kỹ thuật nén ảnh như JPEG loại bỏ thông tin để đạt được tỉ lệ nén ảnh cao hơn của một ảnh mà không biến dạng ảnh quá nhiều

- Khi dữ liệu ít, ta lưu trữ chúng ở vài máy tính trong phòng, trong công

ty Nhưng khi dữ liệu lớn sẽ khó khăn trong việc bảo trì, mở rộng, …

Do đó, ta phải nhờ tới data center

3 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ:

Nội dung:

- Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất

- Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau

- Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất đối với công việc

Ví dụ:

- Mô hình: Blackboard Được sử dụng cho các vấn đề không xác định được chiến lược giải pháp Ý tưởng là một tập hợp các chương trình độc lập mà cùng làm việc cộng tác trên một cấu trúc dữ liệu chung Mỗi chương trình giải quyết một phần của tổng thế công việc, và tất cả

chương trình làm việc với nhau về giải pháp Các chương trình chuyên biệt này độc lập lẫn nhau Chúng không gọi lẫn nhau, không có một sự tuần tự nào định trước về hoạt động của chúng Thay vào đó, chúng được điều khiển bởi hệ thống chủ yếu dựa vào trạng thái hiện tại của tiến độ Một thành phần điều khiển trung tâm sẽ đánh giá trạng thái hiện tại của việc xử lý và điều phối các chương trình Cách thức điều khiển hướng dữ liệu này làm thử nghiệm với các thuật toán khác nhau có thể,

và cho phép việc suy ra qua các thử nghiệm “heuristic” để điều khiển việc xử lý

- Sửa một danh sách liên kết của các đối tượng xe máy thành một danh sách liên kết của các đối tượng xe Việc trừu tượng hóa cao hơn này sẽ cho phép các đối tượng không đồng bộ (xe đạp, xe hơi, …) được lưu trữ trong cùng lớp bộ chứa và ngược lại

- Trong thanh công cụ tìm kiếm bài hát, thay vì chỉ nhập vào tên bài hát

Ta có thể nhập vào tên ca sĩ, tên nhạc sĩ, một đoạn bài hát, … để giúp người dùng thuận lợi hơn trong việc tìm kiếm bài hát

- Một trang web có thể được xây dựng từ nhiều khung (frame) Mỗi

frame có thể được tải từ một server khác nhau Điều này làm tăng tốc độ tải trang do nhiều kết nối được sử dụng đồng thời

- Một tập đĩa RAID-5 phân chia một tập tin qua nhiều đĩa có thể truy xuất

để lấy hay lưu trữ tập tin đó nhanh hơn vì nó được lấy/lưu trữ đồng thời

1 Các trình duyệt web như IE, Firefox hay Google Chrome thì trong phần khung mà để ta nhập địa chỉ web vào thì ta cũng có thể nhập các từ khóa tìm kiếm vào đó để tìm kiếm thay vì truy cập các trang web tìm kiếm

7 Nguyên tắc “chứa trong”:

- Kiến trúc bảy tầng OSI trong network

- Cấu trúc dữ liệu như danh sách liên kết, cây Các thuật toán đệ quy như: sắp xếp nhanh, backtracking, …

8 Nguyên tắc phản trọng lượng:

Nội dung:

- Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác có lực nâng

- Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động

Ví dụ:

- Để tăng hiệu xuất của các web server, ta có thể chia một trang thành nhiều frame và lưu trữ các frame trong các ổ đĩa khác nhau hay trên các server khác nhau Người ta có thể phân bổ các ảnh lớn hay từng mảnh

dữ liệu qua các ổ đĩa khác nhau thay vì đặt chúng chung một đĩa Hiệu xuất sẽ tăng lên

- Trong các hàm băm, ta phân bổ các đối tượng vào một tập các bộ chứa trong khi giữ số lượng của các đối tượng trong một bộ chứa xấp xỉ bằng nhau

9 Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ:

Nội dung:

- Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại)

Ví dụ:

- Giả sử rằng một người sử dụng phải chờ đợi trong một khoảng thời gian cho một hành động thực thi nào đó (tìm kiếm, sao chép, cài đặt chương trình, ) Nếu ta thông báo cho người sử dụng rằng sẽ mất khoảng 5 phút, nhưng nếu thời gian thực thi kéo dài hơn thì người sử dụng sẽ không thích Nếu ta thông báo mất 10 phút và thời gian thực thi ít hơn thì người sử dụng sẽ vui hơn

- Khi một ứng dụng bắt đầu đọc từ một cơ sở dữ liệu, ta có thể tải (load)

các bảng quan trọng hay các chỉ mục trước

10 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ:

Nội dung:

- Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng

- Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển

Ví dụ:

- Đọc cache ổ đĩa trước chuẩn bị cho việc đọc đĩa thực sự

- Driver máy in kiểm thử tính sẵn sàng của máy in trước khi người sử

dụng hoàn tất các thiết lập của họ

- Giữ các kết quả trung gian mà phải mất khá nhiều thời gian để tính toán

- Sắp xếp lại một cơ sở dữ liệu hay tập tin chỉ khi nào thực sự cần thiết Thường thì dữ liệu bị xóa bằng một cái cờ đánh dấu nó bị xóa Các bản ghi trong cơ sở dữ liệu không phải di chuyển mặc dù chúng dường như

có vị trí mới trong cơ sở dữ liệu

13 Nguyên tắc đảo ngược:

- Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn

- Chuyển sang chuyển độg quay, sử dung lực ly tâm

- Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau

Ví dụ:

- Thay đổi chế độ nhìn trong một ứng dụng như PowerPoint Chỉnh sửa văn bản trong chế độ outline thì sẽ dàng và nhìn tổng quan hơn trong chế độ trình bày

- Các gói dữ liệu thông minh định tuyến bản thân chúng trên network

16 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”:

- Để sắp xếp một mảng lớn thì thì thuật toán sắp xếp nhanh thường được

sử dụng Tuy nhiên khi các mảng con để sắp xếp trở nên nhỏ, ít hơn 10 phần tử, các thuật toán khác được sử dụng thực thi tốt hơn

- Để nâng cao độ tin cậy của tàu vũ trụ, nhiều bộ xử lý khác nhau tính toán cùng đầu vào với nhiều thuật toán khác nhau Nếu kết quả nào giống nhau nhiều nhất thì đó là kết quả đúng

17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác:

Nội dung:

- Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều) Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều)

- Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng

- Đặt đối tượng nằm nghiêng

- Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước

- Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước

- Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện

- Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ

Ví dụ:

- Sử dụng thuật toán MIN-MAX luân phiên nhau trong trò chơi và trong trí tuệ nhân tạo

- Thuật toán round robin đọc luân phiên từ các hàng đợi

19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ:

Nội dung:

- Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung)

- Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ

- Sử dụng các khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác

-

Ví dụ:

- Bộ thu gom rác chỉ thực hiện khi rác trên một ngưỡng nhất định

- Trong vài trường hợp ta nên cập nhật một bảng nào đó của cơ sở dữ liệu chỉ một lần trên một ngày và tính toán lại việc sắp xếp chỉ mục một lần một ngày thay vì mỗi lần cập nhật đơn lẻ Tương tự loại bỏ các mục được đánh dấu xóa chỉ một lần một ngày

20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích

Nội dung:

- Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải)

- Khắc phục vận hành không tải và trung gian

- Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động qua

Ví dụ:

- Trong hệ điều hành đa nhiệm, các tác vụ có thể chạy nền như quét rút, in ấn, …

vi Tự động hoàn thành các từ trong lúc gõ văn bản hay trong lập trình

21 Nguyên tắc “vượt nhanh”:

Nội dung:

- Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn

- Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết

22 Nguyên tắc biến hại thành lợi:

Nội dung:

- Sử dụng những tác nhân có hại (thí dụ tác động có hại của môi trường)

để thu được hiệu ứng có lợi

- Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác

- Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa

Ví dụ:

- Nếu một chương trình mà có tác vụ tính toán hay truy vấn mất một thời gian dài thì hiển thị một thông báo để người sử dụng có thể pha một tách cafe hay làm các bài thể dục thư giãn khác Điều này có thể tốn thời gian hơn nhưng người sử dụng không phải ở trong tình trạng chờ đợi thực sự

- Đọc bất kỳ một cuốn sách nào về các anti-pattern

23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi:

Nội dung:

- Thiết lập quan hệ phản hồi

- Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó

Ví dụ:

- Có một thành phần giám sát trong bất kỳ phần mềm nào để mà giám sát

sự thực hiện, hiệu suất bộ nhớ và có hành động khắc phục

- Bộ xử lý ngoại lệ (exception handling)

24 Nguyên tắc sử dụng trung gian:

Nội dung:

- Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp

Ví dụ:

- Sử dụng một máy chủ cho các máy in để giữ các công việc tạm thời khi các máy in đang offline

- Các thiết kế pattern thay vì biết trạng thái của vài đối tượng và giữ chúng cập nhật khi trạng thái của mình thay đổi, ta chỉ cần báo phần trung gian hay yêu cầu phần trung gian Điều này làm giảm giao tiếp giữa các đối tượng và giảm độ phức tạp Như tạo một đối tượng xử lý

tất cả các vấn đề cấu hình hay observer pattern

- Một trình duyệt web có thể chuyển hướng request của bạn tới một

website khác nếu server không tồn tại Chẳng hạn Google bị offline thì

có chuyển tới Bing, Yahoo, …

- Các packet tự quản lý bản thân mình, chúng tìm con đường tốt nhất của chúng khi định tuyến

26 Nguyên tắc sao chép (copy):

- Xây dựng một siêu máy tính từ những máy tính cũ

28 Thay thế sơ đồ cơ học:

Nội dung:

- Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị

- Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng

- Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định

- Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ

Ví dụ:

- Dụng cụ ống nghe khám bệnh của một bác sĩ có thể bằng thế bằng một microphone và một headphone Ưu điểm là một đoạn ghi âm được thực hiện, xử lý các tín hiệu phức tạp như phân tích tần số, nhịp tim, …

- Chuyển đổi văn bản thành giọng nói (text-to-speech) hay giọng nói thành văn bản (speech-to-text)

- Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối

- Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng

Ví dụ:

- Các lớp được định nghĩa với các interface có thể thay đổi nội dung các interface bên trong lớp

- Sử dụng các trường trong header của TCP/IP mà không được sử dụng

để truyển tải dữ liệu (được sử dụng bởi những người viết virus để làm botnet)

- Các phần mềm thông qua việc định nghĩa các interface trước có thể được cắm vào bởi nhiều nhà phát triển bên thứ ba

32 Nguyên tắc thay đổi màu sắc:

Nội dung:

- Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài

- Thay đổi độ trong suốt của của đối tượng hay môi trường bên ngoài

- Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, hùynh quang

- Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu

33 Nguyên tắc đồng nhất:

Nội dung:

- Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước

Ví dụ:

- Sử dụng trình biên dịch để biên dịch chính nó

- Một hàm mà nhận các đối số là các lớp cơ sở để mà các lớp con cũng được xử lý như vậy

34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần:

Nó cũng giảm tải cho bộ thu gom rác cho các đối tượng bị xóa

35 Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng:

Nội dung:

- Thay đổi trạng thái đối tượng

- Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc

- Thay đổi độ dẻo

- Thay đổi nhiệt độ, thể tích

Ví dụ:

- Bằng cách làm việc với template, một trình biên tập trở nên đa năng hơn, chẳng hạn tải một template highlight cú pháp khác làm cho trình biên tập phù hợp với một ngôn ngữ lập trình khác

- Chạy một chương trình với nhiều điều kiện tải khác nhau, chẳng hạn chạy trong hệ điều hành Windows hay Linux, màn hình 10’ hay 15’, …

36 Sử dụng chuyển pha:

Nội dung: