Tiểu luận môn CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠBẰNG THUẬT TOÁN METAHEURISTIC TRÊN MẠNG TÍNH TOÁN

HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Phan Hữu Phước – CH1301106 TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ BẰNG THUẬT TOÁN METAHEURISTIC TRÊN MẠNG TÍNH TOÁN GI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Phan Hữu Phước – CH1301106

TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG

GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ BẰNG THUẬT TOÁN METAHEURISTIC TRÊN MẠNG TÍNH TOÁN

GIẢNG VIÊN: GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm

TP HỒ CHÍ MINH – 11/2014

I VẤN ĐỀ 2

II MÔ HÌNH HÓA 2

II.1 Khái niệm mạng tính toán 2

II.2 Mô hình hóa vấn đề 2

III Ý TƯỞNG 3

IV HÀM HEURISTIC 3

V GIẢI THUẬT 4

VI TÍNH ĐÚNG ĐẮN 5

VII ĐỘ PHỨC TẠP 5

VIII CẢI THIỆN 5

IX DEMO 6

X TÀI LIỆU THAM KHẢO 6

Công nghệ tri thức và ứng dụng CH1301106 – Phan Hữu Phước

I VẤN ĐỀ

Từ các phản ứng có sẵn, cho trước một số chất ban đầu Hỏi có thể điều chế được một chất theo yêu cầu hay không và cho biết các phản ứng nào được sử dụng trong quá trình điều chế

Ví dụ:

Cho trước Na, Cl2, AgNO3 Yêu cầu điều chế NaNO3

Giải

1 Suy luận:

 Na + Cl2 -> NaCl

 NaCl + AgNO3 -> NaNO3 + AgCl

2 Kết luận: Điều chế được

II MÔ HÌNH HÓA

II.1 Khái niệm mạng tính toán

Mạng tính toán là một mô hình được biểu diễn bởi 2 thành phần <M,F> Trong đó:

 M: tập hợp các biến

 F: tập hợp các quan hệ tính toán

Trong vấn đề của bài tiểu luận này thì:

 F: danh sách các phản ứng hóa học (dsphanung) Mỗi phản ứng được xem

là một quan hệ

 M: tập hợp các chất (được suy ra từ dsphanung) Mỗi chất được xem là một biến

II.2 Mô hình hóa vấn đề

Danh sách các phản ứng:

Na + Cl2 = NaCl

Fe + Cl2 = FeCl3

Cu + Cl2 = CuCl2

Cl2 + H2O = HCl + HClO

MnO2 + HCl = MnCl2 + Cl2 + H2O

HCl + KMnO4 = KCl + MnCl2 + H2O + Cl2

AgNO3 + NaCl = NaNO3 + AgCl

Danh sách các chất ban đầu: Na, Cl2, AgNO3

Theo mô hình mạng tính toán thì:

M= { Na; Cl2; AgNO3 }

F= { Na + Cl2 = NaCl; Fe + Cl2 = FeCl3;Cu + Cl2 = CuCl2;

Cl2 + H2O = HCl + HClO; MnO2 + HCl = MnCl2 + Cl2 + H2O;

HCl + KMnO4 = KCl + MnCl2 + H2O + Cl2; AgNO3 + NaCl = NaNO3 + AgCl }

Cho f  F

 f(L): tập hợp các chất ở vế trái của f

 f(R): tập hợp các chất ở vế phải của f

 K(f): trạng thái kích hoạt của f Nếu f chưa được kích hoạt thì K(f)=false, ngược lại thì K(f)=true

 C(f): Số lượng các chất ở vế trái của f

 Nếu K(f)=true và f(L)  M thì M = M  f(R)

III Ý TƯỞNG

Tìm phản ứng chưa được kích hoạt và có vế trái chưa trong tập hợp các chất đã biết

Bổ sung các chất vế phải của phản ứng vào tập các chất đã biết và đánh dấu f đã được kích hoạt

Ưu tiên (Heuristic):

 Phản ứng có ít chất ở vế trái

 Phản ứng có vế phải chứa chất cần điều chế

 U(f): giá trị ưu tiên của f trong quá trình giải bài toán U(f) càng nhỏ thì càng được ưu tiên

IV HÀM HEURISTIC

Input

 F: tập hợp các phản ứng

Công nghệ tri thức và ứng dụng CH1301106 – Phan Hữu Phước

 G: chất cần điều chế

Output

 F = {fi} đã được sắp xếp tăng dần theo U(fi)

Thuật giải

B0: U(f)=R(f); UT=1; Sắp xếp F={fi} tăng dần theo U(fi)

B1: MT={G}; //Ghi nhận các mục tiêu trung gian

B2: Tìm f có U(f)  C(f) và f(R)  MT

Nếu tìm thấy thì đến B3, ngược lại thì đến B4

B3: U(f) = U(f) + UT; UT = UT + 1; Quay lại B2

B4: Với mỗi f còn lại: U(f) = U(f) + UT; UT = UT+1;

B5: Sắp xếp F={fi} tăng dần theo U(fi)

Độ phức tạp: O(n2)

V GIẢI THUẬT

Input:

 M: tập hợp các chất ban đầu

 F: tập hợp các phản ứng

 G: chất cần điều chế

Output:

 Kết luận: Điều chế được hay không

 Danh sách các phản ứng đã sử dụng

Giải thuật

B0: UF=F; KNOW=M; SOLVE=;

B1: Nếu (GKNOW) và Tìm thấy f sao cho f(L)KNOW (ưu tiên f có U(f) nhỏ nhất) thì:

 KNOW=KNOWf(R)

 SOLVE=SOLVEf

 UF=UF\f

Ngược lại: đến B3

B2: Quay lại B1

B3: Nếu (GKNOW): Kết luận Điều chế không thành công

Ngược lại: Kết luận Điều chế thành công

VI TÍNH ĐÚNG ĐẮN

 Phản ứng nào đã được dùng để điều chế thì không dùng nữa

 Thuật giải dừng khi đã điều chế được G hoặc khi không tìm thấy f để điều chế thêm chất khác

VII ĐỘ PHỨC TẠP

O(n2) khi duyệt hết F mà không điều chế được G

VIII CẢI THIỆN

Cập nhật MT trong hàm Heuristic phù hợp trong quá trình duyệt các f

IX DEMO

Công nghệ tri thức và ứng dụng CH1301106 – Phan Hữu Phước

Bước 1: Nhập các các ban đầu (cách nhau bởi dấu phẩy “,”), không cần định dạng chỉ số dưới vì chương trình tự xử lý

Bước 2: Nhập chất cần điều chế

Bước 3: Click chuột lên nút lệnh

X TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bài giảng của GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm