xây dựng hệ tính toán thông minh 3

trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực của khoa học máy tính nhằm nghiên cứu phát triển các hệ thống ngày càng thông minh hơn, hỗ trợ tốt hơn cho hoạt động xử lý thông tin và xử lý tri thức, tính toán và điều khiển, ...

CHu'(jNG 1

H~ GIA.IToAN DVA TREN TRI THUC

Tri thuc dong vai tro rit quail trQng d6i voi kha Dang cua mOt chuyen gia Trang khoa hQCTn tu~ Nhan tZlo,d€ xay dl,tng cac h~ chuyen gia va cac h~ giai bai roan dlfa tIeD tri thuc ngu'ei ta phai thie't ke' mOt cd s6 tri thuc cho h~ th6ng

va mOt dOng cd suy di€n d€ giai quye't vin d~ dl,ta tIeD tri thuc Chit lu'QnghoZlt dOng chuyen gia ph1;lthuOc ra't IOn VflOkie'n thuc dff co cho nen nghien CUllphat

-tri€n cac phudng phap bi€u di~n tri thuc va cd che' suy lu~n giai bai roan dlfa

tIeD tri thuc co 9nghTa rit IOn v~ 19 thuye't cling nhu ling d1;lngcua khoa hQc may tlnh noi chung va cua khoa hQc Tn tu~ Nhan tZlonoi rieng, d~c bi~t la d6i voi cac h~ giai roan dl,tatren tri thuc Cac h~ chudng trlnh nhu the' phai:

1 Cho phep ki€m tra qua trlnh suy lu~n bao g6m vi~c th€ hi~n Cl,lth~ cac buoc giai bai roan va ITalei hay giai thkh cho qua trlnh giai

2 Cho phep vi~c hi~u drlnh va c~p nh~t cd s6 tri thuc nhu them va lOZlibot kie'n thuc trong cd sd tri thuc

3 Sa d1;lngcac heuristic (thueng khongd~y du) trang vi~c suy lu~n giai bai roan nhlim dZltdu<;1ccae Wi giai t6t

Ngoai fa, cac h~ giai bai roan dung trong giao d1;lccan doi hoi mOtWi giai t6t phu h<;1pvoi cach suy TIghTva each vie't blnh thuong cua con nguoi, cang tlf nhien cang t6t

1.1 Cae va'n d~ cd ban trong thie't ke' mQt h~ giai bai toaD dtfa tren tri thuc 1.1.1 Ca'u true eua mQt h~ giai bai toaD dtfa tren tri thue

MOt h~ giai bai roan dlfa tren tri thuc phai la mOt h~ giai roan thong mint co th€ giai du<;1ccac dZlng bai tOaDt6ng quat trong mOt mi~n tri thuc naG do, trong

do no co mQt co so tri thuc va mQt bQ ph~n tht;l'chi~n suy lu~n giai bar tmln trong ph:;tm vi tri thuc cua h~ th6ng Ca'u truc co ban cua h~ th6ng baa g6m cac thanh ph~n duQc chi ra tren hlnh 1.1 bell duoi

Hlnh 1.1 Ca'u truc cua mQt h~ giai tOaDthong minh

Co th€ noi dng trai tim cua h~ th6ng la ph~n co so tri thuc, trong do chua cac kie'n thuc dn thie't cho vi~c giai cac bai tOaDtrong mQt mi~n tri thuc nha't dinh D6i voi cac h~ chuyen gia dt;l'atren lu~t thl co so tri thuc se baa g6m mQt h~ lu~t

d§n voi m6i lu~t co d:;tngif then

BQ suy di€n (con gQi la mo-td suy di€n) se ap dlJng kie'n thuc duQc hill tnl trong co so tri thuc d€ giai quye't hay tlm lOi giai cho cac bai tOaDd~t fa No phai nh~n d:;tng duQc bai tOaD va tht;l'chi~n cac di~u khi€n thich hQp trong qua trlnh suy di€n Cac di~u khi€n n~y phai tach bi~t d6i voi co so tri thuc Bao dam st;l' tach bi~t gi11'aco so tri thuc va bQ suy di€n la IDQttieu chuc1nquail trQng boi VI:

1 St;l'tach bi~t cua kie'n thuc giai bar tOaD va bQ suy di€n se lam cho vi~c bi€u di€n tri thuc duQc tht;l'chi~n mQt cach tt;l'nhien hOD, g~n gui hon yoi quail ni~ID cua con nguoi

Cd sd tri th.&

Gi.ao

1

N gu'cH sU'dl.)ng Bq suy din I' Cd sd tri thll'c

din

1 , H th.6ng con giai tmc h.

2 Cac nha thiSt kS h~ th6ng gi,H bai to<lnthong minh se t~p tIling VaGv~c

n~m b~t va t6 chuc cd s6 tri thuc hdn Ia phiii di VaGnhfi'ng chi tiSt cho vi~c

di d~t tren may tinh

3 St;1'tach bi~t nay se tang cu'ong tinh roo-dun hoa cua ph~n cd s6 tri thuc,

bQ suy dic§n va bQ ph~n c~p nh~t, hi~u chinh kiSn thuc St;1'b6 sung hay lo~i bo bot mQt ph~n kiSn thuc se khong gay ra nhfi'ng hi~u ling 1~ cho cac thanh ph~n khac trong h~ th6ng

4 Cho phep cling mQt chiSn lu'<Jcdi~u khi€n va giao tiSp co th€ du'<Jcsu

dl,mgcho nhi~u h~ th6ng khac nhau

5 S1,I'tach bi~t cua kiSn thuc giiii bai roan va bQ suy dic§ncan giup ta co th€

thu nghi~m nhi~u chiSn lu'<Jtdi~u khi€n khac nhau tren cling mQt cd s6 tri

thuc

H~ th6ng con giiii thich cho phep chu'dng trlnh dic§n giiii va trlnh bay st;1'suy lu~n Nhi~u h~ th6ng can co mo-dun d€ hi~u chinh va c~p nh~t kiSn thuc cho chu'dng trlnh

1.1.1 Va'nd~ Bi~u di~n Tri thuc

Nhu' dff biSt va'"nd~ bi€u dic§ntri thuc dong vai tro ra'"tquail trQng trong thiSt ke'va xay dt;1'ngmQt h~ giiii bai roan thong minh Day cling la mQt hu'ang nghien CUllquail trQng cho cac nha nghien CUllv~ Tri tu~ Nhan t~o Co th€ noi Phu'dng phap bi€u dic§ntri thuc thich h<Jpse t~o nen mQt h~ th6ng co trai rim khoe m~nh M~c dli day la mQt va'"nd~ trung tam nhu'ng it khi ngu'oi ta ITa Wi trt;1'ctiSp Call hoi: Bi€u dic§ntri thuc la gl? MQt so' bai baa thl neu len mQt each khai quat khai ni~m bi€u dic§ntri thuc, can mQt so' khac thl ban dSn mQt so' tinh cha'"tc~n phiii co cua mQt bi€u dic§n.Theo st;1'quail ni~m du'<Jcneu trong [8] thl

"biSu dien tri thuc la thS hit$n cac mo ta v§ the' gioi bell ngoai duoi d~ng saG cho cac may thong minh co thS dua toi nhung ke't lu~n v§ moi truong quanh no,

tren co sd mQt cach hlnh thuc cac mo tanay."

Trong [12] va [13] tac gia dinh nghIa v§ biSu dien tri thuc nhu sail:

"ThS hit$n tri thuc la phuong phap dung dS ma hoa tri thuc trong co sd tri

thuc cua ht$th6ng"

Cac tac gia khac nhu George F Luger ([26]) va Gerhard Lakemeyer ([41]) cling trlnh bay mQt s6 quail diSm v§ biSu dien tri thuc trong do cac phuong phap

biSu dien tri thuc duQc xem xet va phan lo~i Trong qua trlnh xay dVng co sd tri

thuc, nguoi l~p trlnh phai chQnlVa cac d6i tuQng va cac quail ht$ thich hQp trong mi§n tri thuc va thVc hit$n mQt phep anh x~ chung tren mQt ng6n ngu hlnh thuc Tli do chuang trlnh se co du kie'n thuc cho vit$c giai quye't cac bai toan trong ph~m vi kie'n thuc duQc biSu dien Cac phuong phap biSu di~n khac nhau, nhu trlnh bay trong [26], co thS duQc phan chia thanh 4 d~ng phuong phap:

1 Cac phuong phap biSu dien dVa tren logic hlnh thuc Cac phuong phap nay sli' dvng cac biSu thuc logic hlnh thuc dS dien d~t cac sV kit$n va cac lu~t trong co sd tri thuc Cac thu tvc chung minh se ap dvng kie'n thuc VaG cac bai toan cv ths Phep tinh logic vi tu ca"p 1 duQCsa dvng ph6 bie'n nha"tva co ca mQt ngon ngu l~p trlnh h6 trQ cho phuong phap nay Do la ngon ngu l~p trlnh PROLOG va cac ky thu~t l~p trlnh voi ngon ngu n~y

co thS tlm tha"y trong [33] va [52]

2 Cac phuong phap biSu dien tri thuc thu tvc Lo~i phuong phap n~y biSu

dien tri thuc nhula mQt t~p hQp cac chI thi dung cho vit$c giai quye't cac

bai toan Trong nhi§u ht$chuyen gia ling dvng cac chI thi nhu the' thuong

duQcthS hit$n bdi mQtt~p cac lu~t d~n co d~ng if then

3 Cac phuong phap bi~u di~n d(;lng m(;lng Bi~u di~n m(;lng n~m b~t kie'n thuc nhula mQt d6 thi trong d6 cac dInh bi~u di~n cha cac khai ni~m hay cac d6i tuQng va cac c(;lnh bi~u di~n cac quail h~ hay nhung s11ke't hQp naG do giii'a cac d6i tuQng va cac khai ni~m Ph6 bie'n nhat trang cac phuong phap la(;lififty la cac m(;lng ngii' nghla va cac d6 thi khai ni~m

4 Cac phuong phap bi~u di~n Call truc Cac ngon ngu bi~u di~n call truc cha phep sa d\lng cac Call truc dii' li~u phuc t(;lp va cac Cali truc dITli~u truu tuQng trang bi~u di~n Vi d\l nhu cac khung (frames) va cac d6i tuQng (objects)

Cac phuong phap bi~u di~n tri thuc fiftyr6 rang d€u co nhii'ng u'unhuQcdi~m

nhat dinh nhat Ia m6i phuong phap chI bi~u di~n duQc mQt khia c(;lnhcua kie'n thuc trang khi tri thuc cftn duQcbi~u di~n trong cac h~ ling d\lng rat ciad(;lngva

thuong baa g6m cac khai ni~m tu don gian d€n co Calltruc phuc t(;lp,cac h~ thuc

tinh loan voi nhii'ng qui lu~t nhat dinh, cac lien h~ da d(;lngbaa g6m ca dinh tinh l:1n dinh luQng, cac lu~t d:1n va cac heuristics, v.v Chinh VI v~y ma nhi€u .

chuyen gia cling da khing dinh dng khi xay dvng mQt co sa tri thuc cha chuang trlnh nguoi thie't k€ va l~p trlnh phai v~n d\lng mQt cach linh ho(;ltsang t(;lacac phuong phap bi~u di~n tri thuc co ban da neu tren

1.1.3 Va'n d~ Soy di~n Tq.'dQng

Cung voi van d€ bi~u di~n tri thuc, suy di~n tv dQng d~ giai quye't cac bai loan dva tren tri thuc cling la mQtvan d€ quail trQng Cac phuong phap suy di~n

tv dQng nh~m v~n d\lng kie'n thuc da bie't trong qua trinh l~p lu~n giai quye't van d€ trong do quail trQng nhat la cac chie'n luQc di€u khi~n giup phat sinh nhung sV

ki~n moi tu cac sV ki~n da co Cac ky thu~t suy di~n tV dQng da ciuQccac nha

nghien CUllkhao sat kha dfty du a muc dQ tu'ong ci6i khai quat baa g6m:

1 Phu'dng phap hQp giai trang bi@udi~n tri thuc du'ai d9-ng logic vi tu Trong phu'dng phap bi@u di~n logic hlnh thuc ta cia su dlJng cac lu~t suy di~n nhu' lu~ t "Modus Ponens", lu~ t "Modus Tollens" va lu~t "tam cio9-nlu~n"

2 Phudng phap suy di~n ti€n (forward chaining) Trang [13] tac gia co neu

len ciinhnghla cho phep suy lu~n tie'n nhusau:

"Chie'n luQc suy lu~n ciu'Qcbiit ci~ub~ng t~p Sv ki~n cia bie't, rut ra cac

sv ki~n mai nho dung cac lu~t ma ph~n gia thie't khap vai sv ki~n cia bie't, va ti€p tlJCqua trlnh nay cho ci€n khi tha'y tr9-ng thai ciich, ho<)c cho cie'n khi kh6ng con lu~t naG khap ciu'Qccac sv ki~n cia bi€t hay du'QcSv ki~n suy lu~n"

3 Phu'dng phap suy di~n lui (Backward chaining) Phu'dng phap nay ciu'Qc tie'n hanh b~ng cach truy nguQc tu mlJc tieu dn ci9-tdu'Qc tro v~ ph~n gia thie't cua bai roan b~ng cach ap dlJng cac lu~t trang cd so tri thuc Qua trlnh suy di~n lui nay se phat sinh mQt sd ci6 cay mlJc tieu kern rhea mQt

cd che' quay lui va Wi giai se ciu'Qctlm tha'y khi ta't ca cac mlJc tieu a cac

nut la cua d.y ffilJCtieu ci~uthuQc v~ nhung Svki~n ciabi€t

4 Ke't hQp suy di~n tie'n va suy di~n lui M6i phu'dng phap suy di~n ti€n va

lui d~u co u'u nhu'Qccii@fficua no Vi~c ke't hQp 2 phu'dng phap n~y mQt

cach thich hQp se cho ta ffiQtphu'dng pha p suy di~n hi~u qua trang cac ling

dlJng ClJ th@.

Trang cach tie'p c~n rhea phu'dng phap hlnh thuc nhi~u chuyen gia cia xay dvng cac h~ th6ng logic khac nhau cho vi~c chung minh ciinh 1:9va suy di~n tv

ciQng Trang [42] cac tac gia cia trlnh bay nhi~u c6ng trlnh nghien CUll rhea hu'ang tie'p c~n nay Ngoai ra trang [46] cling neu ten ffiQt so' k€t qua nghien CUll v~ suy di~n tv dQng trong cac ling dlJng clJ th@

<'

1.2Phan tfch, danh gia mQt s6 cong trinh nghien CUDda co

Trang ph~n nay se ban lu~n v~ mQt s6 cong trlnh ly thuye't cling nhu ling dl;!ngdff co lien quail de'n ml;!clieu cua d~ tai tu do d~ tai se neu len cac ml;!c

tieu Cl;!thti duqc t~p trung nghien Cali, giai quye't.

1.2.1 Cac phu'dng phap bi€u di~n tri thuc

Trang ph~n tntoc chung ta bie't ding cac phuong pha p bitiu di€n tri thuc dong vai tra ra't IOn trong thie't ke't cac h<%chuyen gia va cac h<%gi,H roan thong minh

bdi VI no la co sd va la phuong ti~n cho vi~c xay d1;1'ngtrai rim cua h~ th6ng: co

sd tri thuc MQt co sd tri thuc vai d~y du nhii'ng kie'n thuc c~n thie't va duqc t6 chuc mQt cach thich hqp, co ca'u truc tuong minh se giup cai d~t thu~n lqi bQsuy

di€n vOi hi~u qua caD Cac phuong phap bi€u di€n tri thuc chung dff bie't nhu cac phuong phap bi€u di€n rhea logic hlnh thuc, cac phuong phap bi€u di€n thu tl;!C, cac phuong phap bi€u di€n d~ng m~ng va cac phuong phap bi€u di€n ca'u truc

duqc trlnh bay trong cac tai li~u [2], [8], [12], [13], [22], [26], [38] va [41] d~u

co nhii'ng u'u ditim nha't dinh trong vi~c bi€u di€n tung d(;lng tri thuc Tuy nhien

cac phuong phap nay d~u co mQt nhu<;1Cdi€m chung la chi bi€u di€n duqc mQt

khia c(;lnhcua tri thuc da d(;lngva chua huang toi mQt mo hinh tri thuc baa ham nhi~u d(;lngthong tin va nhi~u d~ng st;1'ki~n khac nhau Chinh VIv~y ma nhi~u chuyen gia dff kh~ng dinh ding c~n phai co s\1'ke't hqp cua cac phuong phap bitiu

di€n khac nhau trang thie't ke' va xay dt;1'ngmQt co sd tri thuc cho mQt h~ giai

roan thong minh trong mQt mi~n tri thuc Iuy nhien, cac nha nghien CUllchua chi

ro lam the' naG d€ th1;1'chi~n s1;1'ke't hqp n~y, nha't la chu'a xay d1;1'ngcac mo hinh tri thuc th~t s1;1'cho mQt cd sd tri thuc thuQc mQt lOp hay mQt s6lOp mi~n tri thuc

nha't dinh

1.2.2 MQt s6ly thuytt v~ chung minh va sur di~n t11dQng

Trong cach tie'p c~n rhea phuong phap hlnh thuG nhi~u chuyen gia dff xay dvng cac hl%th6ng logic khac nhau cho vil%cchung minh dinh ly va suy di~n tV dQng Trong [42] cac taG gia dff trlnh bay nhi~u Gong trlnh nghien CUll rhea huang tie'p c~n nay Tuy nhien cac ke't qua ly thuye't kha triI'u tuQng nhu the' felt kho ap dl:mg trong cac hl%chuyen gia va cac hl%giai roan dva tren tri thuG trang

thvc te'vl cac hl%n~y doi hoi phai co mQt co sd tri thuG dva tren cac mo hlnh

bi€u di€n tri thuG co tinh trVc quail , tinh mo dun hoa cao va chua dvng nhi~u thanh ph~n tri thuGda d(;lng.Cac Gongtrlnh nghien CUllduQc trlnh bay trong [46] mang dnh ap dl;lng thl;fcte' cao hon trong do cac chuyen gia dff neu len nhi~u phuong phap suy di€n Cl;lth€ khac nhau dva tren cac bi€u di€n tri thuGkha ct) th€ nhu phuong phap rinh toan vai cac t~p d(;li so' (computing with algebraic sets), phuong phap khiI trong chung minh cac bai roan hlnh hQc (elimination method) Nhln chung cac phuong phap n~y chua cho ta cac mo hlnh bi€u di~n tri

thuG thIGhhQp cho vil%cthie't ke't cac co sd tri thuG cho cac hl%th6ng giai quye't

va"nd~ dl;fa tren tri thuG

1.2.3 Mf)t s6 phtidng phap chung minh ~nh If hinh hQc

Lien quail de'n d~ tai chung minh tl;fdQng cac dinh Iy hlnh hQc co ra"tnhi~u Gong trlnh khac nhau cua cac chuyen gia n6i, tie'ng trang lTnh vl;fcnay Trang [49]

va [50] cac taG gia dff gioi thil%umQt phuong phap chung minh dinh Iy hlnh hQc

va cho Wi giai dQc duQc theo nghla la: chung minh du ngan d€ nguoi ta co th€ I~p I(;li b~ng cach vie't ray va m6i buac chung minh co mQt ynghla hlnh hQc r6

rang Phuong phap nay duQc gQi la phuong phap dil%ndch (area method) trong

do ph~n Ian cac quail hl%hlnh hQc d~u duQc qui v~ quail hl%tren dil%nrich cua cac hlnh va vil%cl~p Iu~n chung minh se tie'n hanh d1;1'atren cae quail hl%v~ dil%nrich B6 sung cho phuong phap dil%nrich cac tac giii dff d~ xua"t mQt khai nil%mhlnh

thuc lien quail de'n goc "full angle" va thlfc hit%nmQt s6 chung minh tlf dQng dlfa

tren khai nit%mfifty Bi€m hay cua phuong phap Ia tlm ra duQc mQt vai d~c tIling cho mQt s6 quail ht%hlnh hQc d€ co th€ chung minh tlf dQng voi Wi gi,H dQc duQc

Tuy nhien ta co th€ tha'y ngay cac h,:lll che' cua phuong phap la no cho loi giai

thie'u tlf nhien va khong thich hQp cho vit%cxay dlfng mQt chuang trlnh giai loan hay h6 trQ giai loan trong giao dt,lc.v~ m~t thie't ke' ht%th6ng thl phuong phap nay chua Gap ling nhu la mQt cong ct,l bi€u di~n tri thuc mang tinh ht%th6ng giup xay dlfng cac thanh phftn chinh cua mQt chuang trlnh may tinh Noi mQt cach

khac cac phuong phap dit%ntich va phuong phap "full angle" d lIen chua cho ta mQt mo hlnh bi€u di~n tri thuc t6t d€ co th€ xay dlfng mQt co sd tri thuc va mQt

ngon ngu khai bao bai loan mQtcach tlf nhien

1.2.4 Phu'dng phap Wu

Phuong phap Wu la mQt phuong phap bi€u di~n va chung minh dinh 19 hlnh hQc theo cach tie'p c~n d<;lis6 Phuong phap Wu cling voi cac phat tri€n khac

nhau cua no duQc trlnh bay trong cac tai lit%u[20], [21], [43] va [56] Ky thu~t co

ban cua cac phuong phap nay la bi€u di~n cac slf kit%ndlfa lIen cac da thuc va cac tinh loan tren t~p nghit%mcua cac da thuc Phuong phap nfty cho ta mQt bi€u

di~n kha d~p v~ m~t 19 thuye't loan hQC Tul' nhien no cling co nhi~u h<;lnche' nhu cac phuong phap "dit%ntich" va "full angle" trong nhu cftu xay dlfng mQt ht%

giai bai loan dlfa lIen tri thuc Co th€ k€ ra mQt so' h<;lnche' cua phuong phap Wu nhu (1) thlfc hit%nthie't ke' mQt thu~t loan thlfc hanh tinh loan tren may tinh mQt

cach hit%uqua ra't kho, (2) Khong th€ lam cd sd hay cong C\l cho vit%cthie't ke'

mQt cach ht%th6ng mQt chuang trlnh giai lOan dlfa tren tri thuc, d~c bit%tla chuang trlnh cho loi giai tuong minh phli hQp voi vit%chQCva d<;lyloan hlnh hQC

va (3) C6 nhung quail ht$ tren cac ye'u to' hlnh hQc khong th~ di~n O<;ltbdi cac oa thuc

1.2.5 Cac phu'o'ngphap chung minh hinh hQc biing may tinh

T6ng ke't cac cong trlnh nghien CUllv~ chung minh t\1'oQng cac bai roan hlnh hQc, S.C Chou va cac 06ng tac gia cua tai lit$u [19] off lit$tke cac phuong phap khac nhau c6 th~ sli' dt;mg o~ chung minh cac bai roan hlnh hQc b~ng may tinh Cac phuong phap nay bao g6m:

Phuong phap dit$n rich chu ye'u t~p trung vao s\1'th&ng hang va s\1'song song

Phuong phap hit$u Pythagoras (Pythagoras Difference) t~p trung vao khao sat s\1'vuong goc cua Quang th&ng va Quang trOll Hit$u Pythagoras con c6 th~ ouQc stYdl,mg o~ khao sat sl! song song va c6 lien quail oe'n phuong phap dit$n rich

Phuong phap "full angle" nhu ouQc neu leu trong mlfc tren.

Phuong phap "th~ tich" va phuong phap hit$uPythagoras cho khong gian. .

Phuong phap vector stYdlfng o<;liso' tuye'n tinh va ly thuye't v~ khong gian

vector trong chung minh ojnh ly hlnh hQc

Cac phuong phap n~y o~u t~p trung vao vit$c tlm ra cac O?C trung v~ m?t roan hQc nha't la cac ly thuye't o<;liso' truu tuQng cho tung khia c<;lnhlien ht$ th~ hit$n IDQt lo<;lis\1' kit$n hlnh hQc nha't ojnh o~ d\1'a vao 06 th\1'c hit$n cac chung minh t\1'oQng f)i~u n~y lam cho cac phuong phap trd nen n?ng n~ v~ dnh roan roan hQc trliu tuQng va kh6 di O?t tren may tinh Nhung h<;lnche' IOnnha't cua cac phuong phap n~y trong vit$cxay d\1'ngmQt ht$ giai roan thong minh la chung khong cho ta nhung IDa hlnh bi~u di~n tri thuc t6t giup xay d\1'ngmQt co sd tri thuc, bQ suy di~n va cac thanh ph~n khac cua ht$ th6ng

<,