Chương 1.TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH COKB-ONTO Mô hình ontology COKB-ONTO là một hệ thống gồm 6 thành phần: K = C, H, R, Ops, Funcs, Rules Trong đó: − C: tập các khái niệm về đối tượng tính toán
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÀI THU HOẠCH MÔN BIỂU DIỄN TRI THỨC VÀ SUY LUẬN
ĐỀ TÀI TÌM HIỂU MÔ HÌNH COKB- ONTO SUY DIỄN SỬ DỤNG BÀI TOÁN MẪU
GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Nhơn SVTH: Nguyễn Hải Yến
MSSV: CH1301074 LỚP : Cao học CNTT khoá 9
TP Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 03 năm 2014
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Biểu diễn tri thức có vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống CSTT (KBS) và hệ chuyên gia (ES), đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục Có rất nhiều mô hình và phương pháp khác nhau để biểu diễn tri thức (mô hình logic vị từ, mô hình mạng ngữ nghĩa, mô hình hệ luật dẫn, mô hình mạng nơ-ron, đồ thị khái niệm,… ) đã được đề xuất và áp dụng trong nhiều lĩnh vực của khoa học Nhưng những mô hình này có những hạn chế nhất định trong biểu diễn và suy luận trên các tri thức phức tạp Ontology là một hướng đang được nghiên cứu và phát triển Ontology về tri thức các đối tượng tính toán COKB-ONTO là mô hình được sử dụng rất hiệu quả trong việc biểu diễn cơ sở tri thức phức tạp COKB-ONT bao gồm mô hình, ngôn ngữ đặc tả, ngôn ngữ truy vấn và kỹ thuật xử lý hay suy diễn
Sau khi mô hình hóa cho cơ sở tri thức thì việc thiết kế một bộ suy diễn trên cơ sở tri thức đó ( thiết kế thuật toán suy diễn) là một bước rất quan trọng
Nó là nhân tố ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý bài toán Để cải thiện thời gian suy diễn thì phương pháp suy diễn kết hợp hueristic hay suy diễn sử dụng các bài toán mẫu được đề xuất Và sau đây là bài thu hoạch của em về “ Tìm hiểu mô hình COKB-ONTO và suy diễn sử dụng các bài toán mẫu”
Em xin cảm ơn Thầy PGS.TS Đỗ Văn Nhơn đã tận tình truyền đạt kiến thức và có những định hướng giúp em hoàn thành bài thu hoạch
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng bài thu hoạch của em còn nhiều thiếu sót em mong Thầy góp ý nhận xét để bài thu hoạch hoàn thiện hơn
Trang 3MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH COKB-ONTO 4
PHƯƠNG PHÁP SUY DIỄN DỰA TRÊN TRI THỨC BÀI TOÁN MẪU 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
Trang 4Chương 1.
TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH COKB-ONTO
Mô hình ontology COKB-ONTO là một hệ thống gồm 6 thành phần:
K = (C, H, R, Ops, Funcs, Rules)
Trong đó:
− C: tập các khái niệm về đối tượng tính toán C-Object
− H: tập các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng
− R: tập các quan hệ giữa các loại khái niệm trên các C-Object
− Ops: tập các toán tử
− Funcs: tập các hàm
− Rules: tập các luật
Mỗi khái niệm trong C là một lớp của C-Objects Cấu trúc C-objects có thể
được mô hình hóa bằng (Attrs, F, Facts, Rules)
1.1.1 Tập các khái niệm về đối tượng tính toán
Khái niệm được định nghĩa bằng một tên duy nhất Các khái niệm được phân loại, áp dụng cơ chế kế thừa Có các loại khái niệm sau:
− Khái niệm nền: kiểu boolean, số tự nhiên, số nguyên, số hữu tỉ, số thực,
tập hợp và danh sách hay một số kiểu tự định nghĩa
− Khái niệm cơ bản: có cấu trúc rỗng hoặc có một số thuộc tính có khái
niệm nền Ví dụ khái niệm đối tượng DIEM có kiểu mô tả không có cấu trúc thiết lập Các khái niệm này làm nền cho các khái niệm cấp cao hơn
− Khái niệm cấp 1: Các đối tượng này chỉ có các thuộc tính kiểu khái
niệm nền và có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng
cơ bản Ví dụ: đối tượng DOAN[A,B] trong đó A, B là các đối tượng cơ bản loại DIEM, thuộc tính a biểu thị độ dài đoạn thẳng có kiểu tương ứng là “real”
Trang 5− Khái niệm cấp 2: có các thuộc tính là khái niệm nền và khái niệm cấp 1,
có thể thiết lập từ danh sách các khái niệm nền hoặc cơ bản Mỗi khái niệm cấp 2 là một đối tượng tính toán gồm các thành phần:
(Name, Constructs, Isa, Attrs, Constraints, F, Facts, Rules)Trong đó:
− Name: tên của khái niệm
− Constructs: các thuộc tính xác định khái niệm
− Isa: phân cấp khái niệm
− Attrs: tập hợp các thuộc tính của khái niệm
− Constraints: tập hợp các điều kiện ràng buộc trên các thuộc tính
− F: tập hợp các quan hệ suy diễn tính toán
− Facts: tập hợp các tính chất hay các sự kiện vốn có của khái niệm
− Rules: tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các thuộc tính cũng như liên quan đến bản thân khái niệm
Ví dụ : Tri thức về tam giác gồm các yếu tố như: 3 cạnh a, b, c; 3 góc tương ứng A, B, C; 3 đường cao tương ứng ha, hb, hc; diện tính S; chu vi P; Các công thức liên hệ giữa chúng: định lý góc trong tam giác, định lý sin, định lý cosin,
công thức tính diện tích Ta có một đối tượng tam giác biễu diễn theo mô hình COKB như sau:
Name: TAMGIAC
Constructs: A, B, C
Isa: {}
Attrs: {GocA, GocB, GocC, a, b, c, ha, hb, hc, S, P}
Constraints: {a>0, b>0, c>0, ha>0, hb>0, hc>0, S>0, P>0}
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},{a^2=b^2+c^2}⇒
{GocA=pi/2},{GocA=pi/2}⇒{a^2=b^2+c^2, b⊥c},…}
Trang 6− Khái niệm cấp n: Các đối tượng này có các thuộc tính kiểu khái niệm nền
và các thuộc tính loại đối tượng cấp thấp hơn, có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cấp thấp hơn
1.1.2 Tập các quan hệ phân cấp
Trên tập C ta có một quan hệ phân cấp, một số khái niệm sẽ là trường hợp đặc biệt của một số khái niệm khác Ví dụ: tam giác vuông cân cũng là một tam giác Nếu xem quan hệ phân cấp này là quan hệ có thứ tự trên C thì H chính là một biểu đồ Hasse
Biểu đồ Hasse thể hiện phân cấp của các khái niệm tam giác
1.1.3 Tập các quan hệ
Mỗi quan hệ được xác định bởi:
(Name, Args, Facts)Trong đó:
− Name: tên của quan hệ
− Args: các đối tượng (thuộc kiểu khái niệm) của quan hệ
− Facts: các sự kiện định nghĩa quan hệ
Quan hệ có tính chất: phản xạ, đối xứng, phản xứng và bắc cầu
Ví dụ : Quan hệ vuông góc giữa hai đường thằng được mô tả như sau:
Name: VUONG
Args: a,b: DUONGTHANG
Facts: A, B là hai điểm; A thuộc a và A không thuộc b; B thuộc b và B không
thuộc a; Góc tạo bởi A, B và giao điểm của a, b là góc vuông
Trang 71.1.4 Tập các hàm
Hàm thể hiện các quy tắc tính toán trên các loại khái niệm Có hai loại:
− Hàm cơ bản: các hàm trên số tự nhiên, số nguyên, số hữu tỉ, số thực và
số phức
− Hàm cấp n (n>0): được mô tả bằng tập các sự kiện và trong cấu trúc mô
tả bao gồm các khái niệm, quan hệ, hàm và toán tử Trong cấu trúc mô
tả phải xuất hiện ít nhất các khái niệm, quan hệ, hàm và toán tử có cấp n
Mỗi hàm gồm các thành phần: (Name, Args, Return, Facts)
Trong đó:
− Name: tên của hàm
− Args: đối số của hàm là các đối tượng thuộc kiểu khái niệm
− Return: khái niệm trả về của hàm
− Facts: các sự kiện định nghĩa hàm
Ví dụ : Hàm xác định giao điểm của hai đường thẳng
Gồm các phép toán trên các biến thuộc các loại khái niệm Có hai loại:
− Toán tử nền: các phép toán trên các kiểu boolean, số tự nhiên, số
nguyên, số hữu tỉ, số thực, tập hợp và danh sách
− Toán tử cấp n: các phép toán số học và tính toán trên các đối tượng, các
thuộc tính của đối tượng tương tự như đối với các biến thực
Một toán tử gồm các thành phần:
(Name, Args, Return, Facts)Trong đó:
− Name: tên toán tử
− Args: danh sách các toán hạng
− Return: kiểu trả về của toán tử
Trang 8− Facts: các sự kiện định nghĩa toán tử
Ví dụ : phép toán trừ hai góc được mô tả như sau:
(Name, Kind, Vars, Hypothesis, Goal)Trong đó:
− Name: tên của luật
− Kind: chuỗi mô tả loại luật
− Vars: Các đối tượng thuộc kiểu khái niệm
− Hypothesis: tập các sự kiện giả thuyết của luật
− Goal: tập các sự kiện kết luận của luật
Ví dụ : Luật hai tam giác bằng nhau:
Trang 91.2 Các loại sự kiện trong mô hình COKB-ONTO
Có 11 loại sự kiện :
• Sự kiện loại 1: Sự kiện thông tin về loại của đối tượng.
Cấu trúc sự kiện:
[<đối tượng>, <loại đối tượng>]
Ví dụ: Tam giác cân ABC được định nghĩa như sau :
[TAMGIAC[A,B,C], “TAMGIACCAN”]
• Sự kiện loại 2: Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc
tính của đối tượng
Cấu trúc sự kiện:
<đối tượng>|<đối tượng >.<thuộc tính>
Ví dụ: Trong tam giác ABC ta có các cạnh AB, AC, BC và các góc ABC, góc BAC và góc ACB được định nghĩa như sau:
− Các cạnh: DOAN[A,B], DOAN[A,C], DOAN[B,C]
− Các góc: GOC[A,B,C], GOC[B,A,C], GOC[A,C,B]
• Sự kiện loại 3: Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc
tính của đối tượng thông qua biểu thức hằng
Cấu trúc sự kiện:
<đối tượng> | <đối tượng >.<thuộc tính> = <biểu thức hằng>
Ví dụ: DOAN[A,B].a = 5; GOC[A,B,C] = Pi/2
• Sự kiện loại 4: Sự kiện về sự bằng nhau của một đối tượng hay một thuộc tính
của đối tượng với một đối tượng hay một thuộc tính khác
Trang 10• Sự kiện loại 5: Sự kiện về sự phụ thuộc giữa các đối tượng và các thuộc tính
của các đối tượng thông qua một công thức tính toán hay một đẳng thức theo các đối tượng hay các thuộc tính
Cấu trúc sự kiện:
<đối tượng>|<đối tượng >.<thuộc tính>=<biểu thức theo các đối tượng
hay thuộc tính >
Ví dụ: CV = DOAN[A,B].a + DOAN[A,C].a + DOAN[B,C].a
• Sự kiện loại 6 : Sự kiện về một quan hệ trên các đối tượng hay trên các thuộc
tính của các đối tượng
Cấu trúc sự kiện:
[<tên quan hệ>,<object1>,<object2>,…]
Ví dụ: ["THUOC", M,DOAN[A,B]] Điểm M thuộc đoạn AB
• Sự kiện loại 7: Sự kiện về tính xác định của một hàm.
Cấu trúc sự kiện: <hàm>
Ví dụ: TRUNGDIEM(A,B) Hàm xác định trung điểm của 2 điểm A,B
• Sự kiện loại 8: Sự kiện về tính xác định của một hàm thông qua một biểu thức
<đối tượng> | <đối tượng >.<thuộc tính> = <hàm>
Ví dụ : GOC[A,B,C] = GOC(d1, d2), H1 = HINHCHIEU(A, d)
Trang 11• Sự kiện loại 10: Sự kiện về sự bằng nhau của một hàm với một hàm khác.
Cấu trúc sự kiện:
<hàm> = <hàm>
Ví dụ: KHOANGCACH(d,d1) = KHOANGCACH(d1,d2)
• Sự kiện loại 11: Sự kiện về sự phụ thuộc của một hàm theo các hàm hay các đối
tượng khác thông qua một công thức tính toán
Cấu trúc sự kiện:
<hàm> = <biểu thức theo các hàm hay các đối tượng>
Ví dụ: GOC(d,d1) = GOC(d,d2) + GOC(d,d3)
1.3 Mô hình bài toán
Trong đó: O là tập hợp gồm n Objects, F là tập hợp các sự kiện giữa các Objects, (O, F) là một mạng các đối tượng tính toán, và G là tập hợp các mục tiêu của bài toán Mục tiêu của bài toán có thể là:
C Xác định một đối tượng
- Xác định thuộc tính của đối tượng
- Chứng minh một quan hệ giữa các đối tượng
- Tính giá trị các tham số
- Tính giá trị của hàm số trên các đối tượng
Trong mạng các đối tượng tính toán (O, F), tác giả xem xét vấn đề đó là xác định các thuộc tính của tập G bằng những thuộc tính trong tập H Vấn đề này được
ký hiệu là H→G
Trang 121.3.2 Thuật toán suy diễn trong mạng các đối tượng tính toán
Cho một mạng các đối tượng tính toán (O, F) và M là một tập hợp các thuộc tính liên quan Giả sử A là một tập hợp con của M
(1) với mỗi , ký hiệu là hội của tập A với tập hợp bao gồm toàn bộ
thuộc tính của M suy luận ra được từ A bởi Tương tự, với mỗi đối tượng tính
toán , là hội của tập A với tập hợp bao gồm toàn bộ thuộc tính (trong
M) mà đối tượng có thể xác định được từ những thuộc tính trong A
(2) Giả sử D = [t1, t2, , tm] là một danh sách các phần tử trong F ∪ O Ký hiệu A0
= A, A1 = t1(A0), , Am = tm(Am-1), và D(A) = Am Ta có A0 ⊆ A1⊆ ⊆ Am = D(A) ⊆ M
Một vấn đề H→G được gọi là khó thể giải được nếu tồn tại một danh sách
D ⊆ F ∪ O như là D(A) ⊇ B Trong trường hợp này, ta nói D chính là giải pháp để giải quyết vấn đề trên
Thuật toán sau dùng để tìm bài giải cho một H→G trên mạng các đối tượng tính toán Các đối tượng có thể tham gia vào trong bài giải như là những mối quan
hệ của đối tượng tính toán
Trang 13while not Solution_found and (f found) do
begin
if (applying f from H produces
new facts) then
Until Solution_found or (H = Hold);
Step 4: if not Solution_found then
begin
Select Oi∈ O such thatOi(H) ≠ H;
if (the selection is successful) then
end;
end;
Step 5: if not Solution_found then
There is no solution found;
else
Solution is a solution of the problem;
Ví dụ: xem xét mạng các đối tượng tính toán (O, F) trong ví dụ ở phần trước, và
Trang 14M = { O1.a, O1.b, O1.c, O1.A, O2.b, O2.c, O2.A , O2.a, O3.a, O4.a }.
Thuật toán trên sẽ sinh ra được bài giải:
A4 = {O1.a , O1.A, O2.A, O1.b, O1.c, O3.a, O4.a},
A5 = {O1.a , O1.A, O2.A, O1.b, O1.c, O3.a, O4.a, O2.b},
A6 = {O1.a , O1.A, O2.A, O1.b, O1.c, O3.a, O4.a, O2.b, O2.c},
A7 = {O1.a , O1.A, O2.A, O1.b, O1.c, O3.a, O4.a, O2.b, O2.c, O2.a}
1.4 Quy trình xây dựng một ứng dụng trên cơ sở tri thức
Quy trình xây dựng một ứng dụng gồm các giai đoạn sau:
• Giai đoạn 1: Thu thập tri thức thực tế dựa trên mô hình COKB-ONT.
• Giai đoạn 2: Phân loại tri thức trong Giai đoạn 1, để phân tích các yêu cầu.
• Giai đoạn 3: Xây dựng tổ chức cơ sở tri thức cho hệ thống dựa trên mô
hình COKB-ONT và đặc điểm kỹ thuật ngôn ngữ của nó Cơ sở tri thức có thể được tổ chức bởi các tập tin văn bản có cấu trúc Chúng bao gồm các tập tin dưới đây
− Tập tin OBJECT_KINDS.txt lưu trữ tên của các khái niệm
Trang 15MAP SERIES FUNCTION DERIVATION INITIAL_FUNCTION
end_Objects
− Tập tin HIERARCHY.txt lưu trữ các sơ đồ Hasse đại diện cho thành phần H của mô hình COKB
begin_Hierarchy
[<high-order object>, <low-grade object>]
[<high-order object>, <low-grade object>]
FUNCTIONS_SERIES, SERIES
end_Hierarchy
− Các tập tin RELATIONS.txt và RELATIONS_DEF.txt lưu trữ các đặc điểm kỹ thuật của các quan hệ (thành phần R của mô hình COKB)
Trang 16[CONSTRUCTION, COLLECTION, MAP],{}
[CONSTRUCTION, COLLECTION, FUNCTION],{} [INHERITANCE, INJECTION, MAP],{}
[INHERITANCE, SURJECTION, MAP],{}
[INHERITANCE, BIJECTION, MAP],{}
[INHERITANCE,SERIES, ARRAY], {CONVERGENCE, DIVERGENCE}
[INHERITANCE, FUNCTION_POWER, FUNCTION],{ODD_EVEN}
Trang 17end_contains end_object
begin_contains
\Contains_Object\COLLECTION end_contains
Trang 18End_description End_Function
End_Functions
Ví dụ:
Begin_Functions
Begin_Function INVERSE_FUNCTION(y) y: FUNCTION
Return f: FUNCTION #f is the inverse function of y Begin_description
\Contains_Object\INVERSE_FUNCTION End_description
End_Function Begin_Function LIMIT_OF_ARRAY(d)d: ARRAY
Return a: REAL Begin_description
\Contains_Object\ LIMIT_OF_ARRAY End_description
End_Function etc
Trang 19Begin_Method<name of method>
Begin_description
<path to the file which describes method>
End_description End_Method
End_Methods
Ví dụ :
Begin_Methods Begin_Method INDETERMINATE_FORM_ELIMINATION
Begin_description
\Contains_Object\
INDETERMINATE_FORM_ELIMINATION End_description
End_Method Begin_Method FUNCTION_EXPLORATION_PROCESS
Begin_description
\Contains_Object\
FUNCTION_EXPLORATION_PROCESS End_description
End_Method
End_Methods
− Tập tin RULES.txt lưu trữ quy tắc suy luận
Begin_Rules Begin_Rule<Rule name>:<kind of rule>
Variables:
<object>:<kind>
Trang 20<result of using rule>
End_Goal End_Rule
Begin_Rule<Rule name>:<kind of rule>
<result of using rule>
End_Goal End_Rule
End_Rules
− Tập tin SOMEOBJECTS.txt lưu trữ các đối tượng nhất định
• Giai đoạn 4: Mô hình hóa các vấn đề và thiết kế thuật toán Vấn đề được
trình bày bằng cách sử dụng một mô hình được gọi là mạng lưới của objects Nó bao gồm ba bộ dưới đây
C-O = {C-O1, C-O2, , C-On}
F = {f1, f2, Fm.},
Trang 21− Bước 2: Phân loại các sự kiện và trình bày dựa trên các loại sự kiện của
mô hình COKB
− Bước 3: Mô hình hóa phân loại các bài toán trong bước 1 và 2 Từ các
mô hình của từng loại, chúng ta có thể xây dựng một mô hình chung cho các bài toán, cho hệ thống để giải quyết chúng
Kỹ thuật cơ bản để thiết kế các thuật toán suy luận là sự thống nhất của các sự kiện Dựa trên các loại sự kiện và cấu trúc của nó, sẽ có tiêu chuẩn cho sự thống nhất
Sau đó, nó tạo ra các thuật toán để kiểm tra sự thống nhất của hai sự kiện
Công việc quan trọng tiếp theo là làm nghiên cứu về chiến lược khấu trừ để giải quyết các bài toán trên máy tính Điều khó khăn nhất là mô hình cho thử nghiệm, cho phản ứng hợp lý, và trực giác của con người để tìm các quy tắc rút kinh nghiệm, có thể bắt chước tư duy của con người để giải quyết bài toán
• Giai đoạn 5: Tạo một ngôn ngữ truy vấn cho mô hình.Ngôn ngữ giúp thiết
kế giao tiếp giữa hệ thống và người sử dụng bằng các từ
• Giai đoạn 6: Thiết kế giao diện của phần mềm và lập trình phần mềm Ứng
dụng của chúng tôi đã được thực hiện bằng cách sử dụng các công cụ lập trình và hệ thống đại số máy tính như Visual Basic, dot Net, C#, SQL Server Chúng dễ dàng được sử dụng cho sinh viên, để tìm kiếm, tự động truy vấn và giải toán
• Giai đoạn 7: Kiểm tra, duy trì và phát triển các ứng dụng Giai đoạn này
tương tự như trong các hệ thống máy tính khác
