XÂY DỰNG hệ GIẢI một số bài tập điện học TRONG CHƯƠNG TRÌNH vật lí lớp 9

Vì vậy, để có thể tư duy học tốt môn Vật lí cần kết hợp nhiều yếu tố, đặc biệt là kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, cần nắm vững những kiến thức nền tảng như đặc điểm của từng đối tượ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BUILDING AN APPLICATION TO SOLVE SOME ELECTRICAL

EXERCISES IN NINTH GRADE PHYSICS SUBJECT Ngành và mã ngành đào tạo

Ngành: Khoa học máy tính

Mã ngành: 60.48.01

Họ tên học viên thực hiện đề tài

Họ tên: PHAN TRỌNG NGHĨA

MSSV: CH1301042

Khóa: Cao học khóa 8- Đợt 1

Giảng viên hướng dẫn

Giảng viên: PGS TS ĐỖ VĂN NHƠN

Cơ quan công tác: Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin

Địa chỉ email: dvnhon@gmail.com

Điện thoại: 0908.107.799

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đỗ Văn Nhơn, Thầy

đã nhiệt tâm, tận tình chỉ dạy, hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức vô cùng bổ ích giúp khóa luận này được hoàn thành

Xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Đình Hiển, Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, gợi mở, cung cấp nhiều tài liệu bổ ích giúp khóa luận này được hoàn thành

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin, quý thầy cô ở phòng đào tạo Sau đại học đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất trong học tập cũng như công tác đào tạo giúp hoàn thành bài khóa lận này

Cảm ơn các anh chị học viên cùng khóa và các anh chị học viên những khóa trước đã cung cấp những nguồn tài liệu phong phú góp phần quan trọng trong việc hoàn thành bài khóa luận này

Về khóa luận, học viên đã cố gắng nghiên cứu, tìm kiếm những tài liệu liên quan để từ đó tổng hợp lại và vận dụng để đưa ra một mô hình biểu diễn tri thức để giải các bài tập trong nội dung điện học bộ môn Vật lí lớp 9 Khóa luận đã đạt được những kết quả nhất định nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý Thầy cô và các bạn thông cảm và tận tình góp ý giúp khóa luận được hoàn thiện hơn

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN THỰC HIỆN: PHAN TRỌNG NGHĨA

MÃ SỐ HỌC VIÊN: CH1301042

LỚP: CAO HỌC KHÓA 8

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực.Vì vậy tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về công trình nghiên cứu của mình

TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 02 năm 2016

Phan Trọng Nghĩa

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 GIỚI THIỆU 6

1.2 ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU 6

1.3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ CÓ 7

1.4 MỤC TIÊU 12

1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 16

1.6 TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH MỚI 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ TRI THỨC 18

2.1.1 Khái niệm tri thức 18

2.1.3 Sự phân lớp của tri thức: 19

2.1.4 Đặc điểm của tri thức: 19

2.1.5 Hệ cơ sở tri thức 20

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC 22

2.2.1 Logic mệnh đề 22

2.2.2 Logic vị từ 22

2.2.3 Hệ luật dẫn 23

2.2.4 Mạng ngữ nghĩa 24

2.2.5 Frame 26

2.2.6 Mạng các đối tượng tính toán 28

2.2.7 Mô hình tri thức các đối tượng tính COKB (Computational Objects Knowledge Base) 31

CHƯƠNG 3: BIỂU DIỄN TRI THỨC CHO ĐIỆN HỌC MỘT CHIỀU – THUẬT GIẢI 36

3.1 THU THẬP TRI THỨC 36

3.2 VẬN DỤNG MÔ HÌNH TRI THỨC ĐỂ BIỂU DIỄN TRI THỨC ĐIỆN HỌC MỘT CHIỀU 37

3.2.1 Mô hình một đối tượng tính toán 38

3.2.2 Mô hình tri thức các đối tượng tính toán 40

3.2.2.1 Tập C 41

3.2.2.2 Tập Ops 43

3.2.2.3 Tập Rules 44

3.3 TỔ CHỨC CƠ SỞ TRI THỨC THEO MÔ HÌNH COKB THU HẸP 46

3.3.1 Các thành phần trong mô hình COKB thu hẹp 46

3.3.2 Cấu trúc các tập tin lưu trữ trong mô hình COKB thu hẹp 47

3.3.3 Sơ đồ tổ chức cơ sở tri thức 55

3.4 MÔ HÌNH BÀI TOÁN 55

3.5 THUẬT GIẢI SUY LUẬN 57

3.5.1 Một số thuật giải suy luận tìm lời giải cho bài toán 57

3.5.2 Một số ví dụ 63

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐIỆN HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9 68

4.1 PHẠM VI ỨNG DỤNG 68

4.1.1 Mục tiêu 68

4.1.2 Đối tượng phục vụ 68

4.1.3 Yêu cầu 68

4.1.4 Phạm vi ứng dụng 69

4.2 THIẾT KẾ HỆ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐIỆN HỌC TRONG

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 9 SỬ DỤNG MÔ HÌNH COKB RÚT

4.2.1 Mô hình biểu diễn cơ sở tri thức cho ứng dụng 69

4.2.2 Mô hình bài toán 80

4.2.3 Thiết kế bộ suy diễn 82

4.3 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 82

4.3.1 Cài đặt chương trình 82

4.3.2 Kết quả thử nghiệm 83

4.3.3 Nhận xét và đánh giá 98

CHƯƠNG 5 – KẾT LUẬN 100

5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 100

5.2 HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 101

5.2.1 Hạn chế 101

5.2.2 Hướng phát triển 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.2.2.1: Bảng thể hiện khái niệm điện trở và thiết bị 43

Bảng 3.2.2.2: Bảng toán tử thể hiện mối liên hệ nối tiếp và song song giữa hai đối tƣợng điện trở 44

Bảng 3.2.2.3.1: Bảng thể hiện luật suy diễn giữa điện trở và điện trở, điện trở và thiết bị 45

Bảng 3.2.2.3.2: Bảng sự kiện 46

Bảng 4.2.1.1: Bảng các khái niệm 72

Bảng 4.2.1.2: Bảng toán tử thể hiện tính liên hệ giữa cá đối tƣợng 75

Bảng 4.2.1.4: Bảng các luật 80

Bảng 4.3.2: Bảng thể hiện kết quả thử nghiệm trên các dạng bài tập 84

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.3.1.1: Giao diện phần mềm “Vật lí quanh em” 8

Hình 1.3.1.2: Giao diện phận mềm “Crocodile Physics” 9

Hình 1.3.1: Mạch điện một điện trở 13

Hình 1.3.2: Mạch điện có 2 điện trở song song 14

Hình 1.3.3: Mạch điện hỗn hợp 15

Hình 2.1.3: Tháp tri thức 19

Hình 2.1.4: Một ví dụ về tính liên hệ của tri thức 20

Hình 2.1.5: Hệ cơ sở tri thức 21

Hình 2.2.4: Tri thức được biểu diễn bằng mạng ngữ nghĩa 25

Hình 2.2.5: Quan hệ giữa các đối tượng hình học phẳng 28

Hình 2.2.6.1: Biểu diễn một đối tượng tính toán 29

Hình 2.2.6.2: Một ví dụ mạng các đối tượng tính toán 30

Hình 3.1.3: Một đoạn mạch hỗn hợp đơn giản 44

Hình 3.3.3: Sơ đồ tổ chức cơ sở tri thức theo mô hình COKB rút gọn 55

Hình 3.5.1: Lưu đồ thuật toán tổng quát trên mô hình COKB rút gọn Error!

Bookmark not defined.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU

Vật lí là môn khoa học tự nhiên, rất quan trọng trong thực tế, nó có ứng dụng vô cùng quan trọng trong các ngành kinh tế chủ chốt của các quốc gia, là cơ sở của các ngành công nghiệp như: chế tạo máy, điện, hạt nhân…Vật lí học có những đóng góp quan trọng qua sự tiến bộ các công nghệ mới đạt được do những phát kiến lý thuyết trong Vật lí Ví dụ, sự tiến bộ trong hiểu biết về điện từ học hoặc Vật lí hạt nhân đã trực tiếp dẫn đến sự phát minh và phát triển những sản phẩm mới, thay đổi đáng kể bộ mặt xã hội ngày nay, như ti vi, máy vi tính, laser, internet, các máy móc dân dụng, hay vũ khí hạt nhân; những tiến bộ trong nhiệt động lực học dẫn tới sự phát triểncách mạng công nghiệp; và sự phát triển của ngành cơ học thúc đẩy sự phát triển phép tinh vi tích phân

Môn học Vật lí đã được đưa vào chương trình học của học sinh cấp hai, học sinh cấp ba, sinh viên đại học… và là một trong những môn học, ngành học quan trọng nhất Trong Vật lí, các hiện tượng của tự nhiên được nghiên cứu bằng phương pháp luận chính xác nhất dựa trên nền tảng của thực nghiệm và toán học Vì vậy, để

có thể tư duy học tốt môn Vật lí cần kết hợp nhiều yếu tố, đặc biệt là kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, cần nắm vững những kiến thức nền tảng như đặc điểm của từng đối tượng, các công thức tính toán, mối quan hệ và cách suy luận đối với từng dạng bài tập…

Hiện nay có rất nhiều chương trình hỗ trợ học sinh học tập môn Vật lí nhưng các chương trình chỉ mới dừng lại ở việc tra cứu kiến thức hay mô phỏng các hiện tượng Bên cạnh đó cũng có một số vài đề tài ứng dụng mô hình biểu diễn tri thức

để giải một số dạng bài tập Vật lí nhưng chưa nhiều và chưa được đầy đủ

1.2 ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU

Ứng dụng công nghệ thông tin vào giáo dục ngày càng trở nên phổ biến, các phần mềm hỗ trợ soạn giảng, các phần mềm hỗ trợ học tập, các phần mềm tra cứu kiến thức, các hệ thống học trực tuyến e-learning ngày càng phát triển

Khi nói về phần mềm hỗ trợ học tập, phần lớn các phần mềm chỉ đáp ứng ở mức độ tra cứu kiến thức, giúp học sinh ôn lại các phần lý thuyết đã học trước Gần như chưa có phần mềm hỗ trợ học sinh trong vấn đề tìm ra lời giải các bài toán Trong chương trình phổ thông, đặc biệt khối A, Toán – Lý – Hóa là 3 môn học quan trọng, có số lượng bài tập, bài kiểm tra của các môn này rất nặng về tư duy giải toán, không phải học sinh nào cũng có thể giải hết các bài tập một các dễ dàng

Vì vậy học sinh cần một công cụ hỗ trợ gợi ý tìm các công thức để đưa ra lời giải của bài toán và từ những phần mềm như vậy sẽ gợi ý giúp học sinh dễ dàng luyện tập nâng cao kĩ năng giải toán trong các kì thi hơn Từ đó đã tạo động cơ thực hiện nghiên cứu xây dựng một chương trình hỗ trợ giải một số bài toán Vật lí

điện học lớp 9 trong chương trình Trung học Cơ sở

1.3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ CÓ

Mặc dù Vật lí là 1 ngành học đã có từ lâu đời nhưng các nghiên cứu về xây dựng hệ thống tri thức cho lĩnh vực này còn khá mới mẻ Kết quả của quá trình tìm tòi trên mạng và các tài liệu chính thức, hiện tại chỉ có 1 vài công trình nghiên cứu

đã hoàn thiện và đang được tiếp tục phát triển

1.3.1 Phần mềm hỗ trợ học môn Vật lí “Vật lí quanh em” của các thành viên

nhóm Active software [15]

 Ưu điểm của phần mềm

 Giao diện gần gũi và sử dụng ngôn ngữ tiếng Việt nên rất dễ dàng sử dụng

Hình 1.3.1.1: Giao diện phần mềm “Vật lí quanh em”

 Kiến thức phong phú, đa dạng bao trùm hầu hết kiến thức bộ môn Vật lí từ cấp học THCS đến THPT nhƣ: Cơ học, nhiệt học, quang học, điện học, hạt nhân nguyên tử, từ Vật lí đến thực tiễn, toán học trong Vật lí…

 Bên cạnh đó, phần mềm còn có chức năng giải thích các hiện tƣợng Vật lí xảy ra trong cuộc sống nhƣ: hiện tƣợng nhật thực và nguyệt thực, nguyên tắc hoạt động của đèn ống, vô tuyến truyền hình… Đây là chức năng rất hữu ích không chỉ đối với các em học sinh mà còn cho tất cả chúng ta

 Hạn chế của phần mềm

 Hạn chế lớn nhất của phần mềm này là không có chức năng giải một số bài tập liên quan của từng nội dung Phần mềm chỉ đơn giản nhƣ một cuốn sách Vật

lí chỉ có lý thuyết mà không có bài tập áp dụng

 Không có chức năng cập nhật kiến thức mới

1.3.2 Phần mềm hỗ trợ học môn Vật lí “Crocodile Physics” [22]

 Ưu điểm của phần mềm

 Kiến thức đa dạng, phong phú, bao trùm hầu hết các kiến thức Vật lí trong chương trình học THCS, THPT

 Ưu điểm nỗi bậc nhất nhất của phần mềm này là giao diện trực quan với hình ảnh minh họa đặc sắc Với các đối tượng được định nghĩa sẵn cho phép người

sử dụng tự định nghĩa đối tượng và các tham số đầu vào Ví dụ: Người sử dụng có thế định nghĩa một mạch điện bằng cách kéo thả các đối tượng được hỗ trợ sẵn như: điện trở, dây dẫn, khóa k…

Hình 1.3.1.2: Giao diện phận mềm “Crocodile Physics”

 Giải thích các hiện tượng Vật lí bằng hình ảnh sinh động Ví dụ chúng ta

có thể nhập vào tham số chiếc xe chạy với vận tốc bao nhiêu, chương trình sẽ cho chúng ta thấy được chiếc xe chuyển động như thế nào với vận tốc đó…

 Hạn chế của phần mềm

 Điểm hạn chế lớn nhất của phần mềm này là ngôn ngữ bằng tiếng Anh,

do vậy rất khó để các em học sinh nước ta (đặc biệt là các em ở lứa tuổi THCS) có thế hiểu được các đối tượng, các ví dụ và giải thích hiện tượng…

 Chương trình không có chức năng giải các bài tập

1.3.3 Việc nghiên cứu biểu diễn tri thức giải các bài tập điện một chiều đã được

học viên Hồ Nhật Tiến thực hiện trong luận văn “Nghiên cứu mô hình biễu diễn tri

thức, ứng dụng xây dựng hệ giải bài toán điện học” – ĐH Công Nghệ Thông Tin

 Vấn đề hạn chế của luận văn:

 Căn cứ vào những bài tập đề cập trong luận văn này thì các dạng bài tập tương đối đơn giản, thiếu những bài tập mang tính chất phức tạp, thiếu tính đa dạng

 Thiếu các bài tập trên thiết bị như: bóng đèn, vôn kế, ampe kế, bàn là, bếp điện, ấm đun

 Một trong những dạng quan trọng của điện học một chiều là vẽ lại sơ đồ đoạn mạch sao cho thoả điều kiện của đề bài, ở dạng này luận văn chưa thực hiện được mà chỉ mới dừng lại ở việc tìm ra lời giải

 Chưa có chức năng cập nhật tri thức

 Hướng cải tiến của đề tài:

Căn cứ và những hạn chế của luận văn trên và bổ sung tri thức mới, tác giả

đề xuất hướng cải tiến như sau

 Cải tiến mô hình biểu diễn tri thức các đối tượng tính toán

 Bổ sung thêm những bài tập có tính chất phức tạp được thu thập từ

những bài tập nâng cao và các bài tập ở những đề thi học sinh giỏi, thi vào trường chuyên lớp10

 Bổ sung tri thức giải các bài tập trên thiết bị

 Bổ sung chức năng vẽ lại sơ đồ đoạn mạch thỏa điều kiện đề bài

 Bổ sung chức năng cập nhật tri thức

1.3.4 Bài báo khoa học “Mô hình tri thức toán tử và ứng dụng xây dựng hệ hỗ

trợ giải bài toán thông minh” của PGS.TS Đỗ Văn Nhơn và Th.S Nguyễn Đình

Hiển – ĐH Công Nghệ Thông Tin – ĐH Quốc Gia TP.HCM đăng trên Tạp chí khoa học và công nghệ số 52 [4]

 Nội dung bài báo:

 Bài báo đã xây dựng một mô hình tri thức áp dụng giải các bài toán điện học một chiều Vật lí lớp 9 và Đại số Vector gọi là mô hình tri thức thức toán tử

“Ops-Model”

 Bài báo đã đưa ra giải pháp cho các bài toán điện học một chiều Vật lí lớp 9 Thông qua các toán tử, bài báo đã thể hiện được mối quan hệ giữa các đối tượng trên cùng đoạn mạch, xây dựng các luật suy diễn dựa trên các toán tử Từ đó

có thể áp dụng giải một số bài tập liên quan

 Hướng phát triển:

 Dựa vào mô hình tri thức toán tử, khóa luận bổ sung thêm các đối tượng,

bổ sung thêm sự kiện, bổ sung thêm luật suy diễn trên các đối tượng đó để tiến hành giải thêm một một số dạng bài tập trong điện học một chiều Vật lí lớp 9

1.4 MỤC TIÊU

Xây dựng ứng dụng giải một số dạng bài tập trong chương trình Vật lí lớp 9 nhằm hỗ trợ các em học sinh lớp 9 trong việc học tập môn học này Các dạng bài tập tập trung ở 6 dạng, trong đó dạng 1 (Dạng bài tập liên quan đến thiết bị hoặc trên đoạn mạch có thiết bị) là một điểm mới của khóa luận so với các luận văn trước Các dạng bài tập cụ thể như sau:

 Dạng 1: Dạng bài tập liên quan đến thiết bị hoặc trên đoạn mạch có thiết bị

Thiết bị có thể là: bóng đèn, vôn kế, ampe kế, bàn là, bếp điện, ấm đun

Input: Các dạng bài toán cho biết mức độ hoạt động của thiết bị như: cho

biết độ sáng của bóng đèn, cho biết vôn kế hoạt động thế nào, cho biết ampe kế hoạt động thế nào, cho biết bếp điện hoạt động thế nào, cho biết bàn là hoạt động thế nào, cho biết ấm đun hoạt động thế nào; Các bài toán tính hiệu điện thế trên đối tượng thiết bị, các bài toán tính cường độ dòng điện trên đối tượng thiết bị, các bài toán tính công suất trên đối tượng thiết bị, các bài toán tính công suất định mức trên đối tượng thiết bị, các bài toán tính hiệu điện thế định mức trên đối tượng thiết bị, các bài toán tính cường độ dòng điện định mức trên đối tượng thiết bị

Trên đoạn mạch, thiết bị có thể mắc nối tiếp hoặc song song với các đối tượng: điện trở, biến trở, thiết bị, dây dẫn

Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con

người

Ví dụ 1: Cho đoạn mạch như hình bên dưới, bóng đèn Đ ghi 6V-3W Điện trở R1=3Ω, biến trở Rb có thể thay đổi được Hiệu điệu thế U ở hai đầu AB là 12V Bóng đèn sẽ sáng như thế nào nế điện trở Rb=18 Ω?

Hình 1.4.1: Mạch điện có thiết bị

U

b R

1

Input: Đoạn mạch AB, đèn Đ,UdmĐ=6V, PdmĐ=3W, R1=3Ω, UAB=12V, Rb=18 Ω

Output: Lời giải cho biết bóng đèn sẽ sáng như thế nào

Ví dụ 2: Trên bóng đèn dây tóc Đ1 có ghi 220V – 100W, trên bóng đèn dây tóc

Đ2 có ghi 220V – 75W Mắc song song hai bóng này vào hiệu điện thế 220V Tính công suất đoạn mạch song song này và cường độ dòng điện mạch chính?

Input: Thiết bị đèn Đ1, đèn Đ2,UdmĐ1=220V, PdmĐ1=100W, UdmĐ2=220V, PdmĐ2=75W

Output: Lời giải tìm kết quả công suất P của đoạn mạch song song và cường độ

dòng điện mạch chính I

 Dạng 2: Dạng bài tập vận dụng định luật Ohm, điện trở dây dẫn giải các bài

tập trên đoạn mạch có điện trở

Input: Các bài toán tính điện trở, các bài toán tính hiệu điện thế, các bài toán

Input: Đoạn mạch MN, R1 = 10Ω, hiệu điện thế UNM=12V

Output: Lời giải tìm kết quả cường độ dòng điện I1

 Dạng 3: Dạng bài tập liên quan đến đoạn mạch nối tiếp Các đối tượng nối

tiếp trên đoạn mạch có thể là: Điện trở nối tiếp với điện trở, điện trở nối tiếp với biến trở, điện trở nối tiếp dây dẫn

Input: Các bài toán tìm điện trở tương đương, các bài toán tìm điện trở, các

bài toán tìm hiệu điện thế, các bài toán tìm cường độ dòng điện, các bài toán tìm công suất, các bài toán tìm chiều dài dây dẫn, các bài toán tìm tiết diện dây dẫn

Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con

người

Ví dụ: Hai điện trở R1, R2 và ampe kế được mắc nối tiếp với nhau vào 2 điểm

A, B Cho R1=5 Ω, R2=10 Ω, ampe kế chỉ 2 A Tính hiệu điện thế đoạn mạch AB?

Input: Đoạn mạch AB, R1 = 5 Ω, R2=10 Ω, I1=2 A

Output: Lời giải tìm kết quả hiệu điện thế UAB

 Dạng 4: Dạng bài tập liên quan đến đoạn mạch song song Các đối tượng

song song trên đoạn mạch là: Điện trở song song với điện trở, điện trở song song với biến trở, điện trở song song với dây dẫn

Input: Các bài toán tìm điện trở tương đương, các bài toán tìm điện trở, các

bài toán tìm hiệu điện thế, các bài toán tìm cường độ dòng điện, các bài toán tìm công suất, các bài toán tìm chiều dài dây dẫn, các bài toán tìm tiết diện dây dẫn

Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con

Cho mạch điện có sơ đồ như hình trên Trong đó R1=15Ω, R2=10Ω, vôn kế chỉ 12V

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch?

b) Số chỉ của các ampe kế là bao nhiêu?

Input: Đoạn mạch AB, R1 = 15Ω, R2=10 Ω, U=12V

Output: Lời giải tìm kết quả điện trở tương đương R và cường độ dòng điện

I1, I2, I

 Dạng 5: Dạng bài tập liên quan đến đoạn mạch hỗn hợp Các đối tượng trên

đoạn mạch song song hoặc nối tiếp nhau là: Điện trở và điện trở, điện trở và đoạn mạch, điện trở và dây dẫn, điện trở và biến trở

Input: Các bài toán tính điện trở tương đương, các bài toán tìm điện trở, các

bài toán tính hiệu điện thế, các bài toán tính cường độ dòng điện, các bài toán tính công suất, các bài toán tính chiều dài dây dẫn, các bài toán tính tiết diện dây dẫn

Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con

Tính cường độ dòng điện qua từng điện trở và UAB?

Input: Đoạn mạch AB, R1=5Ω, R2=7Ω, R3=1Ω, R4=5Ω, R5=3Ω, I3=0,5A

Output: Lời giải tìm cường độ dòng điện qua từng điện trở và UAB

 Dạng 6: Dạng bài tập liên quan đến dây dẫn, sự phụ thuộc của điện trở vào

chiều dài, tiết diện và vật liệu làm dây dẫn Đối tượng của dạng bài tập này là dây dẫn

Input: Các bài toán tìm điện trở dây dẫn, các bài toán tìm chiều dài dây dẫn,

các bài toán tìm tiết diện dây dẫn, các bài toán tìm số vòng quấn dây dẫn

Output: Lời giải cho mục tiêu của bài toán phù hợp với suy nghĩ của con

người

Ví dụ: Điện trở của một dây dẫn bằng nhôm tiết diện 10µm x 10µm là 1kΩ

Biết rằng điện trở suất của nhôm là =2,8.10 -8 Ωm

a) Hỏi độ dài của dây dẫn là bao nhiêu?

b) Một điện trở 1000Ω được tạo bằng cách quấn sợi dây dẫn quanh một lõi thủy tinh đường kính 3mm Hỏi số vòng cần quấn?

 Phạm vi chương trình: Chương trình thực hiện tổ chức lưu trữ, biểu diễn tri

thức nhằm xây dựng một ứng dụng hỗ trợ trong việc giải một số bài tập liên quan đến môn học Vật lí lớp 9

1.6 TÍNH KHOA HỌC VÀ TÍNH MỚI

Khóa luận vận dụng công trình nghiên cứu “Mô hình tri thức toán tử và ứng dụng xây dựng hệ hỗ trợ giải bài toán thông minh” của PGS.TS Đỗ Văn Nhơn và Th.S Nguyễn Đình Hiển [4] để tiến hành khảo sát và xây dựng mô hình tri thức giải một số bài tập điện học một chiều Vật lí lớp 9 Khóa luận bổ sung và phát triển một

số điểm mới như:

 Bổ sung khái niệm về thiết bị, bổ sung sự kiện và các luật suy diễn dựa trên khái niệm này để giải một số bài toán liên quan

Đề tài có nghiên cứu, áp dụng những phương pháp và kĩ thuật xử lý như:

 Các phương pháp thiết kế cơ sở tri thức, hệ chuyên gia

 Các phương pháp biểu diễn và xử lý tri thức

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ TRI THỨC

2.1.1 Khái niệm tri thức

Tri thức có nhiều ý nghĩa tùy theo văn cảnh, nhưng lúc nào cũng có liên quan với những khái niệm như hiểu biết, ý nghĩa, thông tin, giảng dạy, giáo dục, giao tiếp, diễn tả, học hỏi, suy luận, nhận thức và kích thích trí óc Tri thức bao gồm ba tiêu chí là: khả tín, xác thực, và chứng minh được

Tri thức là các thông tin, các tài liệu, các cơ sở lý luận, các kỹ năng khác nhau, đạt được bởi một tổ chức hay một cá nhân thông qua các trải nghiệm thực tế hay thông qua sự giáo dục đào tạo; các hiểu biết về lý thuyết hay thực tế về một đối tượng, một vấn đề, có thể lý giải được về nó

Tóm lại, tri thức là nói về đối tượng thực hiện được những hành động một cách hiệu quả Tri thức là sự hiểu biết của con người trong một phạm vi, lĩnh vực nào đó, được xem xét theo các mục tiêu hay các vấn đề nhất định có khả năng giúp con người làm việc có hiệu quả [3]

Tri thức là một hệ thống phức tạp, đa dạng và trừu tượng bao gồm nhiều thành tố với những mối liên hệ tác động qua lại như:

 Các khái niệm (concepts), với những mối liên hệ cơ bản nhất định

(relationships)

 Các quan hệ (relations): là một quan hệ 2 ngôi R trên một tập X như phản

xạ, đối xứng, phản xứng,bắc cầu; Quan hệ thứ tự; Quan hệ tương đương

 Các hàm (functions)

 Các luật (rules)

 Sự kiện (facts)

2.1.2 Phân loại tri thức

Tri thức sự kiện: Là các khẳng định về một sự kiện, khái niệm nào đó (trong

một phạm vi xác định) Các định luật Vật lí, toán học,… thường được xếp vào loại

này Ví dụ: mặt trời mọc ở phía đông, tam giác đều có 3 góc 600…

Tri thức thủ tục: Thường dùng để diễn tả phương pháp, các bước tiến hành,

trình tự hay ngắn gọn là cách giải quyết vấn đề Thuật toán, thuật giải là một dạng của tri thức thủ tục

Tri thức mô tả: Cho biết một đối tượng, sự kiện, vấn đề, khái niệm,… được

thấy, cảm nhận, cấu tạo như thế nào Ví dụ: một cái bàn thường có 4 chân; con người có 2tay, 2mắt,

Tri thức Heuristic: Là một dạng tri thức cảm tính Các tri thức thuộc loại

này thường có dạng ước lượng, phỏng đoán, và thường được hình thành thông qua kinh nghiệm

Tri thức siêu tri thức: Mô tả tri thức về tri thức Loại tri thức này giúp cho lựa

chọn tri thức thích hợp nhất trong số các tri thức khi giải quyết một vấn đề [3]

2.1.3 Sự phân lớp của tri thức:

Hình 2.1.3: Tháp tri thức

2.1.4 Đặc điểm của tri thức:

Làm thế nào để phân biệt thông tin vào máy tính là dữ liệu hay tri thức? Giữa tri thức và dữ liệu có một số đặc trưng khác nhau, chúng ta xem xét hai đặc trưng sau:

 Tự giải thích nội dung: Tri thức có thể tự giải thích nội dung còn dữ liệu

không thể tự giải thích được mà chỉ có người lập trình mới hiểu được nội dung ý nghĩa các dữ liệu đó

Ví dụ: dữ liệu là số 7, tri thức của số 7 là số lẻ, là số nguyên tố, là số dương…

 Tính cấu trúc: Một trong những đặc trưng cơ bản của hoạt động nhận

thức con người đối với thế giới xung quanh là khả năng phân tích cấu trúc các đối tượng Ở mức đơn giản nhất là cấu trúc: là một bộ phận của toàn thể, là một giống của một loài cây nào đó, là phần tử của một lớp nào đó

Tri thức đưa vào máy cũng cần có khả năng tạo được phân cấp giữa các khái niệm và quan hệ giữa chúng

 Tính liên hệ: ngoài các quan hệ về cấu trúc của mỗi tri thức thì giữa các

đơn vị tri thức còn có nhiều mối liên hệ khác

Vídụ: các khái niệm: chó, sủa, động vật, bốn chân, đuôi

Hình 2.1.4: Một ví dụ về tính liên hệ của tri thức

 Tính chủ động: Dữ liệu hoàn toàn bị động do con người khai thác, còn tri

thức thì có tính chủ động Khi hoạt động ở đâu trong lĩnh vực nào, con người cũng

bị điều khiển bởi tri thức của mình Các tri thức biểu diễn trong máy tính cũng vậy, chúng chủ động hướng người dùng biết cách khai thác dữ liệu

Hình 2.1.5: Hệ cơ sở tri thức

 Interface (Giao diện chương trình): Dùng để giao tiếp giữa người sử dụng

và hệ thống Giao diện phải đẹp, tiện dụng, phù hợp với người dùng

 Explanation Component (Bộ giải thích): Phân tích dữ liệu được nhập vào,

phân tích yêu cầu bài toán

 Knowledge (Cơ sở tri thức): Chứa các kiến thức cần thiết cho việc giải các

bài toán trong một miền tri thức nhất định

 Inference (Bộ phận suy diễn): Giải quyết các vấn đề liên quan đến tri thức,

thực hiện suy diễn tự động dựa trên phạm vi tri thức của hệ thống, nó nhận dạng được bài toán, áp dụng kiến thức được lưu trữ trong cơ sở tri thức để tìm kiếm, suy diễn, tìm lời giải hợp lý cho các bài toán được đặt ra

 Working Memory (Vùng nhớ làm việc): Dùng để ghi, đọc các sự kiện

trung gian

 Knowledge Manager (Quản lý tri thức): Quản lý cơ sở tri thức được nhất

quán

 Trong một hệ giải toán nhất thiết phải có 2 thành phần cơ bản, thứ nhất là

“cơ sở tri thức” – là trái tim của toàn hệ thống, và thứ hai là “bộ suy diễn” – là động

cơ suy diễn sẽ hoạt động trong khi giải toán

Interface

Explanation Component

Inference Working

Memory

Knowledge Manager

User

Knowledge

Engineer

Knowledge Base

 Quá trình giải toán là một quá trình suy diễn những kiến thức có quan hệ với nhau trong cơ sở tri thức để từ giả thuyết có thể suy ra được kết luận của bài toán Do đó, hai mối quan tâm nền tảng nhất khi xây dựng một hệ giải toán thông minh là nghiên cứu cách biểu diễn tri thức của con người và xây dựng các chiến lược tìm kiếm lời giải cho bộ suy diễn để có thể có được một hệ thống thông minh uyển chuyển trong khi giải toán [1]

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC

Luật trên có thể biểu diễn lại như sau: A  B  C

Có 3 phép nối cơ bản để tạo ra những mệnh đề mới từ những mệnh đề cơ sở

là phép hội ( ), giao(∩) và phủ định (⌐) Bên cạnh đó ta có các cơ chế suy diễn như Ponens, Tollens, và các phép toán suy luận trên mệnh đề logic…[2]

Ưu điểm của logic mệnh đề:

Phương pháp biểu diễn tri thức bằng logic mệnh đề là đơn giản và gần gũi với con người

Khuyết điểm của logic mệnh đề:

Logic mệnh đề chỉ có thể biểu diễn được hai trạng thái đúng hoặc sai Nhưng trong thực tế còn rất nhiều trường hợp mà logic mệnh đề không thể nào biểu diễn được

2.2.2 Logic vị từ

Là sự mở rộng của logic mệnh đề bằng cách đưa vào các khái niệm vị từ và các lượng từ phổ thông dụng ( )

Một mệnh đề = các đối tượng tri thức + mối liên hệ giữa chúng (gọi là vị từ)

Các mệnh đề sẽ được biểu diễn dưới dạng:

Vị từ (<đối tượng 1>, <đối tượng 2>, …,<đối tượng n>)

Mô hình: (Predicates, Clauses)

Predicates là tập gồm các vị từ, mỗi vị từ biểu diễn cho phát biểu nói về một

tính chất của đối tượng hay một quan hệ giữa các đối tượng Mỗi vị từ xác định bởi tên vị từ và các kiểu tham biến

Clauses là tập gồm các biểu thức vị từ gồm 2 dạng fact và rule

Ví dụ: Trái cam có vị ngọt => được biểu diễn như sau: Vị (cam, ngọt)

Trái cam có màu xanh => được biểu diễn như sau: Màu(cam,xanh)

Công cụ vị từ đã được nghiên cứu và phát triển thành một ngôn ngữ lập trình đặc trưng cho trí tuệ nhân tạo Đó là ngôn ngữ Prolog [2]

Ưu điểm của logic vị từ:

 Logic vị từ khắc phục được những khuyết điểm của logic mệnh đề

 Cơ chế suy luận chính xác (được chứng minh bởi toán học)

Khuyết điểm của logic vị từ:

 Khuyết điểm của logic vị từ:

 Đối với logic vị từ chưa thể biểu diễn được các dữ liệu phức tạp

 Tách rời việc biểu diễn và xử lý

 Không hiệu quả với lượng dữ liệu lớn, quá chậm khi cơ sở dữ liệu lớn

 Nếu các điều kiện C 1 ,…,C n đúng thì kết luận C đúng

Hệ luật dẫn được sử dụng rộng rãi vì những đặc trưng sau:

 Tính đơn thể: mỗi luật định nghĩa 1 phần nhỏ và độc lập các tri thức

 Dễ thêm: có thể thêm các luật mới vào CSTT độc lập với các qui tắc đã

Ưu điểm của hệ luật dẫn

 Các luật rất dễ hiểu nên có thể dễ dàng giao tiếp, trao đổi với ngườidùng (vì nó là một trong những dạng tự nhiên của ngôn ngữ)

 Có thể dễ dàng xây dựng các cơ chế suy luận và giải thích từ luật

 Việc hiệu chỉnh và bảo trì hệ thống là tương đối dễ dàng

 Có thể cải tiến dễ dàng để tích hợp các luật mờ

 Các luật thường ít phụ thuộc vào nhau

Nhược điểm của hệ luật dẫn

 Các tri thức phức tạp đôi lúc đòi hỏi hàng ngàn luật sinh, dẫn đến phátsinh nhiều vấn đề liên quan tới tốc độ xử lý và quản trị hệ thống

 Con người thích sử dụng luật sinh để biểu diễn vì dễ cài đặt và dễ hiểu

 Cơ sở luật sinh lớn sẽ giới hạn khả năng tìm kiếm của chương trìnhđiều khiển

 Nhiều hệ thống gặp khó khăn trong việc đánh giá các hệdựa trên luật

sinh cũng như gặp khó khăn trong việc suy luận trongluật sinh

2.2.4 Mạng ngữ nghĩa

Mạng ngữ nghĩa là một phương pháp biểu diễn tri thức đầu tiên và cũng là phương pháp dễ hiểu nhất đối với chúng ta Phương pháp này biểu diễn dưới dạng

một đồ thị, trong đó đỉnh là các đối tượng (khái niệm) và cung là mối quan hệ giữa các đối tượng này

Mạng ngữ nghĩa sửa dụng công cụ là đồ thị nên có thừa hưởng tất cả các mặt mạnh của công cụ đồ thị Các thuật toán đã được cài đặt và phát triển trên máy tính, khi áp dụng chúng ta có thể ứng dụng giải quyết nhiều vấn đề khác nhau trên mạng Cho đến nay, hai lĩnh vực ứng dụng nhiều nhất là: xử lý ngôn ngữ tự nhiên và giải các bài toán thông minh

Mô hình tri thức dạng đồ thị: (Nodes, Arcs)

 Nodes gồm các yếu tố hay các bộ phận cấu thành tri thức Các node có

thể là khái niệm, đối tượng, sự kiện, cấu trúc trừu tượng, …

 Arcs gồm các liên kết biểu diễn cho các quan hệ giữa các nodes Các

quan hệ có thể là: IS_A, HAS_A, …

Ví dụ: “Sẻ là chim có cánh biếtbay” thể hiện như sau

Hình 2.2.4: Tri thức được biểu diễn bằng mạng ngữ nghĩa

Ưu điểm của mạng ngữ nghĩa

 Mạng ngữ nghĩa rất linh động, ta có thể dễ dàng thêm vào mạng các đỉnh hoặc cung mới để bổ sung các tri thức cần thiết Dễ theo dõi sự phân cấp, sẽ dò theo các mối liên hệ, linh động

 Mạng ngữ nghĩa có tính trực quan cao nên rất dễ hiểu

 Mạng ngữ nghĩa cho phép các đỉnh có thể thừa kế các tính chất từ các đỉnh khác thông qua các cung loại "là", từ đó, có thể tạo ra các liên kết "ngầm" giữa những đỉnh không có liên kết trực tiếp với nhau

 Mạng ngữ nghĩa hoạt động khá tự nhiên theo cách thức con người ghi nhận thông tin

Khuyết điểm của mạng ngữ nghĩa:

 Ngữ nghĩa gắn liền với mỗi đỉnh có thể nhập nhằng, khó xử lý các ngoại

lệ, khó lập trình

 Cho đến nay, vẫn chưa có một chuẩn nào quy định các giới hạn cho các đỉnh và cung của mạng Nghĩa là bạn có thể gán ghép bất kỳ khái niệm nào cho đỉnh hoặc cung

 Tính thừa kế (vốn là một ưu điểm) trên mạng sẽ có thể dẫn đến nguy cơ mâu thuẫn trong tri thức Chẳng hạn, nếu bổ sung thêm nút "Gà" vào mạng như hình sau thì ta có thể kết luận rằng "Gà" biết "bay" Sở dĩ có điều này là vì có sự không rõ ràng trong ngữ nghĩa gán cho một nút của mạng Bạn đọc có thể phản đối quan điểm vì cho rằng, việc sinh ra mâu thuẫn là do ta thiết kế mạng dở chứ không phải do khuyết điểm của mạng Tuy nhiên, xin lưu ý rằng, tính thừa kế sinh rarất nhiều mối liên "ngầm" nên khả năng nảy sinh ra một mối liên hệ không hợp lệ là rất lớn

 Hầu như không thể biển diễn các tri thức dạng thủ tục bằng mạng ngữ nghĩa vì các khái niệm về thời gian và trình tự không được thể hiện tường minh trên mạng ngữ nghĩa

2.2.5 Frame

Một trong các kỹ thuật biểu diễn tri thức là dùng frame, phát triển từ khái niệm lược đồ Một lược đồ được coi là khối tri thức điển hình về khái niệm hay đối tượng nào đó, và gồm cả tri thức thủ tục dẫn tri thức mô tả

Theo định nghĩa của Minsky (1975), Frame là một cấu trúc dữ liệu chứa đựng tất cả những tri thức liên quan đến một đối tượng cụ thể nào đó Frames có liên hệ chặt chẽ đến khái niệm hướng đối tượng (thực ra frame là nguồn gốc của lập trình hướng đối tượng) Ngược lại với các phương pháp biểu diễn tri thức đã được đề cập đến, frame "đóng gói" toàn bộ một đối tượng, tình huống hoặc cả một vấn đề phức tạp thành một thực thể duy nhất có cấu trúc Một frame bao hàm trong nó một khối lượng tương đối lớn tri thức về một đối tượng, sự kiện, vị trí, tình huống hoặc những yếu tố khác Do đó, frame có thể giúp ta mô tả khá chi tiết một đối tượng

Cấu trúc của một frame

Mỗi một frame mô tả một đối tượng (object) Một frame bao gồm 2 thành phần cơ bản là slot và facet Một slot là một thuộc tính đặc tả đối tượng được biểu diễn bởi frame

Ví dụ: trong frame mô tả xe hơi, có hai slot là trọng lượng và loại máy

Mỗi slot có thể chứa một hoặc nhiều facet Các facet (đôi lúc được gọi là slot

"con") đặc tả một số thông tin hoặc thủ tục liên quan đến thuộc tính được mô tả bởi slot.Facet có nhiều loại khác nhau, sau đây là một số facet thường gặp

 Value (giá trị): Cho biết giá trị của thuộc tính đó (như xanh, đỏ, tím vàng

nếu slot là màu xe)

 Default (giá trị mặc định): Hệ thống sẽ tự động sử dụng giá trị trong facet

này nếu slot là rỗng (nghĩa là chẳng có đặc tả nào!) Chẳng hạn trong frame về xe, xét slot về số lượng bánh Slot này sẽ có giá trị 4 Nghĩa là, mặc định một chiếc xe hơi sẽ có 4 bánh!

 Range (miền giá trị): (tương tự như kiểu biến), cho biết giá trị slot có thể

nhận những loại giá trị gì (như số nguyên, số thực, chữ cái, )

 If added: Mô tả một hành động sẽ được thi hành khi một giá trị trong slot

được thêm vào (hoặc được hiệu chỉnh) Thủ tục thường được viết dưới dạng một script

 If needed: Được sử dụng khi slot không có giá trị nào Facet mô tả một

hàm để tính ra giá trị của slot

Tính kế thừa của Frame

Frame là tính phân cấp, cho phép kế thừa các tính chất giữa các frame Các frame cha sẽ cung cấp những mô tả tổng quát về thực thể Frame có cấp càng cao

thì mức độ tổng quát càng cao Thông thường frame cha sẽ bao gồm các định nghĩa

của các thuộc tính, còn các frame con sẽ chứa đựng giá trị thực sự của các thuộc tính này

Hình 2.2.5: Quan hệ giữa các đối tượng hình học phẳng

Ưu điểm của Frame:

 Có sức mạnh diễn đạt tốt, dễ cài đặt các thuộc tính cho các slot cũng như các mối liên hệ, dễ dàng tạo ra các thủ tục chuyên biệt hóa, dễ đưa vào các thông tin mặc định và dễ thực hiện các thao tác phát hiện các giá trị bị thiếu sót

Khuyết điểm của Frame:

 Khó lập trình, khó suy diễn, thiếu phần mềm hỗ trợ

2.2.6 Mạng các đối tượng tính toán

Mô hình này đề cập đến một số các đối tượng tính toán mà thành phần thuộc tính của nó là một hàm số phụ thuộc vào các biến số như các đối tượng trong Vật lí thường phụ thuộc vào thời gian

Đối với mỗi đối tượng tính toán O, có một tập biến và một tập các quan hệ tương ứng Tập các biến và tập các quan hệ của đối tượng O lần lượt được ký hiệu

là M(O), F(O) Từ đó ta có thể viết :

O = (M (O), F (O))

Hình vẽ dưới đây biểu diễn cho một đối tượng O, trong đó tập x1, .,

xk M(O) là một tập biến đang được quan tâm xem xét của đối tượng O

Hình 2.2.6.1: Biểu diễn một đối tượng tính toán

Ngoài ra đối tượng tính toán, giả sử là O, còn có khả năng đáp ứng lại một số thông điệp yêu cầu từ bên ngoài Trong các khả năng đó của đối tượng tính toán ta

có thể kể đến những điểm sau đây:

 Xác định bao đóng (trong đối tượng O) của một tập A  M (O)

 Xác định tính giải được của một bài toán A  B, trong đó A  M(O), B

 M(O)

 Tìm một lời giải tốt cho bài toán A  B trên mạng (M(O), F(O)), trong

đó A  M(O), B  M(O)

Ta gọi một quan hệ f giữa các biến của các đối tượng tính toán là một quan

hệ giữa các đối tượng đó Quan hệ này cho phép ta tính được một hay nhiều biến

của các đối tượng từ một số biến khác [1]

Ví dụ: Cho tam giác cân ABC, cân tại A, và cho biết trước góc đỉnh , cạnh đáy a Bên ngoài tam giác có hai hình vuông ABDE và ACFG Tính độ dài EG?

Bài toán có dạng một mạng các đối tượng tính toán bao gồm :

 Bốn đối tượng:

O1: tam giác cân ABC,

O2: tam giác AEG,

O3: hình vuông ABDE,

O4: hình vuông ACFG,

Trong đó mỗi tam giác có các biến: a, b, c, , , , ha, hb, hc, S, p, R, r, ,mỗi hình vuông có các biến: a (cạnh), c (đường chéo), S (diện tích),

 Các quan hệ giữa các đối tượng:

f1 : O1.c = O3.a // cạnh c của tam giác ABC = cạnh của hình vuông ABDE

f2 : O1.b = O4.a// cạnh b của tam giác ABC = cạnh của hình vuông ACFG

f3 : O2.b = O4.a// cạnh b của tam giác AEG = cạnh của hình vuông ACFG

f4 :O2.c = O3.a// cạnh c của tam giác AEG = cạnh của hình vuông ABDE

2.2.7 Mô hình tri thức các đối tƣợng tính COKB (Computational Objects Knowledge Base)

Theo lý thuyết mô hình COKB (Computational Object KnowledgeBase) của tác giả Đỗ Văn Nhơn Mô hình này gồm 6 thành phần sau: [1], [3], [6], [7], [8], [9]

M = (C, H, R, Ops, Funcs, Rules)

Trong đó:

 C là tập hợp các khái niệm về C_Object

 H là tập hợp các quan hệ phâncấp giữa các loại đối tƣợng

 R là tập hợp các khái niệm về các loại quan hệ trên C_Object

 Tập hợp C (các khái niệm về các C_Object):

Mô hình đối tƣợng tính toán (C-Object) gồm 4 thành phần:

(Attrs, F, Facts, Rules)

 Attrs là tập hợp các thuộc tính của đối tƣợng và đƣợc phân cấp theo sự

thiết lập của cấu trúc đối tƣợng:

 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 tƣợng

 Rules là tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các

thuộc tính cũng nhƣ liên quan đến bản thân đối tƣợng

Các khái niệm đƣợc xây dựng dựa trên các đối tƣợng, mỗi khái niệm là một lớp các đối tƣợng tính toán có cấu trúc nhất định và đƣợc phân cấp theo sự thiết lập của cấu trúc đối tƣợng, bao gồm:

 Các đối tượng hay khái niệm nền: Là các đối tƣợng (hay khái niệm)

được mặc nhiên thừa nhận.Ví dụ: một số đối tượng kiểu boolean (logic), số tự nhiên (natural), số nguyên (integer), số thực (real), tập hợp(set), danh sách (list) hay một số kiểu tự định nghĩa

 Các đối tượng cơ bản (hay khái niệm) cơ bản cấp 0: Có cấu trúc rỗng

hoặc có cấu trúc thiết lập trên một số thuộc tính kiểu khái niệm nền: Các đối tượng (hay khái niệm) này làm nền cho các đối tượng (hay các khái niệm) cấp cao hơn

 Các đối tượng (hay khái niệm) cấp1: 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

 Các đối tượng (hay khái niệm) cấp 2: Các đối tượng này có các thuộc

tính kiểu khái niệm nền và các thuộc tính loại đối tượng cấp 1, có thể được thiết lập trên một danh sách nền các đối tượng cơ bản

 Các đối tượng (hay khái niệm) cấp n>0: 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

 Một tập H các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng

Trong tập C, ta có các quan hệ mà theo đó có thể có những khái niệm là sự đặc biệt hoá của những khái niệm khác Có thể nói, H là một biểu đồ Hasse trên C khi xem quan hệ phân cấp là một quan hệ thứ tự trên C Cấu trúc của một quan hệ phân cấp:[<tên lớp đối tượng cấp cao>, <tên lớp đối tượng cấp thấp> ]

 Một tập hợp R các khái niệm vể các loại quan hệ trên các C-Object

Mỗi quan hệ được xác định bởi <tên quan hệ> và các 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 hợp Ops các toán tử

Các toán tử thể hiện các qui tắc tính toán nhất định trên các biến thực cũng như trên các đối tượng Chẳng hạn như các phép toán số học, các phép tính toán trên các đối tượng đoạn, góc tương tự như đối với các biến thực hay các phép tính toán

thể có các tính chất như tính giao hoán, tính kết hợp, tính nghịch đảo, tính trung hòa

 Một tập hợp Funcs gồm các hàm

Mỗi hàm được xác định bởi <tên hàm> và các loại đối tượng của hàm Hàm có

một số tính chất sau đây như: tính chất phản xạ, tính chất đối xứng, tính chất phản xứng và tính chất bắc cầu Ví dụ: Hàm giao điểm của đường thẳng và mặt phẳng có tính chất đối xứng

 Một tập hợp Rules gồm các luật được phân lớp

Mỗi luật cho ta một quy tắc suy luận để đi đến các sự kiện mới từ các sự kiện nào đó và về mặt cấu trúc nó gồm hai thành phần chính là: phần giả thiết và phần kết luận đều là các tập hợp sự kiện trên các đối tượng nhất định:

Rule:{sk1,sk2,…,skn}=>{sk1,sk2,…,skm}

Để mô hình luật dẫn có hiệu lực trong cơ sở tri thức và để có thể khảo sát các thuật giải để giải quyết các bài toán, ta cần định nghĩa các dạng sự kiện khác nhau trong các luật Dưới đây là định nghĩa cho 12 loại sự kiện khác nhau được xem xét trong mô hình:

[1] Sự kiện thông tin về loại của đối tượng Sự kiện này có dạng:

[<object>, <loại object>]

[2] Sự kiện về tính xác định của một đối tượng hay của một thuộc tính Sự kiện này có dạng:

<object> hay <object>.<thuộc tính>

[3] Sự kiện về tính xác định của một thuộc tính hay một đối tượng thông qua một biểu thức hằng Sự kiện này có dạng:

<object> = <biểu thức hằng> hay

<object>.<thuộc tính> = <biểu thức hằng>

[4] Sự kiện về sự bằng nhau giữa một đối tượng hay một thuộc tính với một đối tượng hay một thuộc tính khác Sự kiện này có dạng:

<object>|<object>.<thuộc tính> = <object>|<object>.<thuộc tính>

[5] Sự kiện về sự phụ thuộc của một đối tượng hay một thuộc tính theo những đối tượng hay thuộc tính khác thông qua một công thức tính toán Sự kiện này có dạng:

<object> = <biểu thức theo các object hay thuộc tính khác> hay

<object>.<thuộc tính> = <biểu thức theo các object hay thuộc tính khác>

[6] Sự kiện về một quan hệ trên các đối tượng hay trên các thuộc tính của các

đối tượng Sự kiện này có dạng: [<tên quan hệ>,<object1>,<object2>,…] [7] Sự kiện về tính xác định của một hàm Sự kiện này có dạng: <hàm>

[8] Sự kiện về tính xác định của một hàm thông qua một biểu thức hằng Sự

kiện này có dạng: <hàm> = <biểu thức hằng>

[9] Sự kiện về sự bằng nhau giữa một đối tượng với một hàm Sự kiện này viết

dưới dạng: <đối tượng> = <hàm>

[10] Sự kiện về sự bằng nhau của một hàm với một hàm khác Sự kiện này có

dạng: <hàm> = <hàm>

[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 Sự kiện này có dạng:

<hàm> = <biểu thức theo các hàm hay các đối tượng>

[12] Sự kiện về một quan hệ trên các hàm hay giữa các đối tượng và hàm Sự kiện có dạng:

[<tên quan hệ>,<object1>,<hàm>] hay [<tên quan hệ>,<hàm>,<hàm>]

Ưu điểm của mô hình COKB:

 Cấu trúc tường minh giúp dễ dàng thiết kế các môđun truy cập cơ sở tri thức

 Thích hợp cho việc thiết kế một cơ sở tri thức với các khái niệm có thể được biểu diễn bởi các đối tượng tính toán

 Tiện lợi cho việc thiết kế các môđun giải bài toán tự động

 Thích hợp cho việc định dạng ra một ngôn ngữ khai báo bài toán và đặc

tả bài toán một cách tự nhiên

 Với những ưu điểm trên mô hình COKB là mô hình lý tưởng để biểu diễn tri thức thay thế cho các mô hình biểu diễn tri thức thông thường Ngoài ra, với

sự hỗ trợ của công cụ Maple phần mềm đại số tính toán là ngôn ngữ lập trình chính

đã hỗ trợ một phần rất lớn cho mô hình COKB

Khuyết điểm của mô hình COKB:

 Thành phần đối tượng tính toán Com-Object có phạm trù quá rộng

 Các thành phần có thể dư thừa đối với một số lớp bài toán

 Thành phần tri thức hàm vẫn chưa hoàn thiện về cấu trúc lẫn động cơ suy diễn

 Các phương pháp suy luận