XÂY DỰNG hệ CHUYÊN GIA “TIẾP sức mùa THI

Nếu như trước đây, các tình nguyện viên sẽ phải tìm trên bản đồ, xem xét cách đi nào tối ưu nhất để chỉ dẫn cho các thí sinh, thì nay với hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” sẽ giúp cho các

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ TRI THỨC

Đề tài:

XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA

“TIẾP SỨC MÙA THI”

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Phan Huy Khánh Nhóm học viên : Bạch Ngọc Dương

Nguyễn Hữu Thị Mỹ Linh Hoàng Anh Sơn

MỤC LỤC

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3

I Đặt vấn đề 3

II Đối tượng của đề tài 3

III Mục đích 3

IV Mục tiêu 3

VI Kết quả dự kiến 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

I Hệ chuyên gia 5

I.1 Khái niệm 5

I.2 Hoạt động của một hệ chuyên gia 5

I.3 Kiến trúc của hệ chuyên gia 6

I.4 Biểu diễn tri thức trong hệ chuyên gia 7

II Ngôn ngữ lập trình Prolog 7

II.1 Một số khái niệm 7

II.2 Các tính chất của Prolog 7

II.3 Sự kiện và luật 8

II.3.1 Sự kiện 8

II.3.2 Luật 8

PHÁT BIỂU VÀ BIỂU DIỄN BÀI TOÁN 9

I Chọn bài toán 9

I.1 Khảo sát thực tế 9

I.2 Nội dung thực hiện được trong hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” 9

II Các bước phát triển hệ chuyên gia 9

II.1 Phát biểu bài toán 9

II.2 Đặc tả bài toán 10

II.2.1 Xác định các biến và hằng 10

II.2.2 Xây dựng vị từ 11

II.2.3 Xây dựng logic mệnh đề và logic vị từ 12

KẾT QUẢ THỰC HIỆN 13

I Đặt câu hỏi cho bài toán 13

Trường hợp 1 13

Trường hợp 2 14

Trường hợp 3 14

Trường hợp 4 15

DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hoạt động của hệ chuyên gia 6

Hình 2: Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức 6

Hình 3: Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia 7

Hình 4: Quan hệ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức 8

Hình 5: Giao diện chính chương trình 14

Hình 6: Minh họa trường hợp 1 14

Hình 7:Minh họa trường hợp 2 15

Hình 8: minh họa trường hợp 3 16

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

Hình 9: minh họa trường hợp 4 16

PHẦN I

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

I Đặt vấn đề

Trong bối cảnh các thi sinh từ các nơi tập trung về Thành Phố Đà Nẵng để dự thi đại học đặc biệt là cuối tháng năm và đầu tháng sáu hàng năm Phần lớn các thí sinh từ các nơi khác đến không thông thuộc được đường đi ở Thành phố, dẫn đến khó khăn trong việc tìm đường đến được địa điểm thi mong muốn

Chương trình tiếp sức mùa thi được Đoàn thanh niên Đại học Đà Nẵng đề xuất nhằm giúp các thí sinh ở địa phương và thành phố khác có thể đi đến các địa điểm thi được chính xác và tối ưu

Nếu như trước đây, các tình nguyện viên sẽ phải tìm trên bản đồ, xem xét cách đi nào tối ưu nhất để chỉ dẫn cho các thí sinh, thì nay với hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” sẽ giúp cho các tình nguyện viên công việc này, hệ chuyên gia này sẽ giúp cho các thí sinh đến địa điểm đích một cách chính xác và với quãng đường đi ngắn nhất, và với thời gian xử lý ngắn hơn nhiều so với việc tìm kiếm thủ công trên bản đồ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên chúng tôi quyết định chọn đề tài :“Xây dựng hệ chuyên

gia tiếp sức mùa thi”

II Đối tượng của đề tài

 Hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” sẽ làm các công việc là tìm đường đi tồn tại giữa điểm xuất phát và điểm đích, sau đó sẽ đưa ra con đường ngắn nhất từ địa điểm đến và địa điểm đích

 Các tình nguyện viên là các chuyên gia trước kia

 Người sử dụng là các thí sinh dự thi

III Mục đích

Tìm hiểu quy trình thực tế “chương trình Tiếp Sức Mùa Thi” của Đại học Đà Nẵng Từ đó phân tích, áp dụng Công nghệ thông tin để thiết kế, xây dựng một hệ chuyên gia nhằm mục đích

hỗ trợ cho các tình nguyện viên thuận tiện trong việc hướng dẫn các thí sinh đến các địa điểm thi một cách nhanh chóng, với độ chính xác cao, tiết kiệm thời gian và nhân lực

IV Mục tiêu

 Thu thập dữ liệu chương trình Tiếp Sức Mùa Thi của Đại học Đà Nẵng

 Thu thập thông tin về các tuyến đường trong thành phố Đà Nẵng

 Xây dựng tập các sự kiện, cơ sở luật dựa trên các thông tin và dữ liệu thu thập được

 Xây dựng cơ sở dữ liệu tri thức cho hệ chuyên gia dựa trên các luật và sự kiện

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

 Cài đặt các luật và sự kiện xây dựng được bằng ngôn ngữ Prolog

VI Kết quả dự kiến

 Cho phép thí sinh nhập tên địa điểm xuất phát

 Cho phép thí sinh nhập đường xuất phát

 Cho phép thí sinh nhập tên địa điểm dự thi (tên trường)

 Cho phép thí sinh nhập địa chỉ của địa điểm dự thi

 Hệ chuyên gia đưa ra các lộ trình và hướng dẫn chi tiết cách đi

Bố cục trình bày:

 Phần I: Tổng quan

 Phần II: Cơ sở lý thuyết

 Phần III: Phát biểu và đặc tả bài toán

 Phần IV: Xây dựng cơ sở dữ liệu tri thức và kết quả thực hiện

PHẦN II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I Hệ chuyên gia

I.1 Khái niệm

Hệ chuyên gia là một chương trình máy tính thông minh giải quyết các bài toán khó “tầm

cỡ chuyên gia” thuộc lĩnh vực hẹp nào đó

I.2 Hoạt động của một hệ chuyên gia

Một hệ chuyên gia bao gồm ba thành phần chính là cơ sở tri thức (knowledge base), máy suy diễn hay mô tơ suy diễn (inference engine), và hệ thống giao tiếp với người sử dụng (user interface) Cơ sở tri thức chứa các tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo ra câu trả lời cho người sử dụng thông qua hệ thống giao tiếp

Người sử dụng cung cấp sự kiện (fact) là những gì đã biết, đã có thật hay những thông tin

có ích cho hệ chuyên gia, và nhận được những câu trả lời là những lời khuyên hay những gợi ý đúng đắn (expertise)

Hoạt động của hệ chuyên gia dựa trên tri thức được minh họa như sau:

Hình 1: Hoạt động của hệ chuyên gia Mỗi hệ chuyên gia chỉ đặc trưng cho một lĩnh vực vấn đề (problem domain) nào đó, như y học, tài chính, khoa học hay công nghệ ,… mà không phải cho bất cứ một lĩnh vực vấn đề nào Tri thức chuyên gia để giải quyết một vấn đề đặc trưng được gọi là lĩnh vực tri thức

Người sử dụng (User)

Hệ thống giao tiếp (User Interface)

Cơ sở tri thức (Knowledge Base)

Máy suy diễn (Interface Engine)

Lĩnh vực vấn đề (Problem Domain) Lĩnh vực tri thức (Knowledge Domain)

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

Hình 2: Quan hệ giữa lĩnh vực vấn đề và lĩnh vực tri thức

I.3 Kiến trúc của hệ chuyên gia

Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia:

Hình 3: Những thành phần cơ bản của một hệ chuyên gia

 Cơ sở tri thức (Knowledge base) Gồm các phần tử (hay đơn vị) tri thức thông thường được gọi là luật (Rule), được tổ chức như một cơ sở dữ liệu

 Máy suy diễn (Inference Egine) Công cụ (chương trình, hay bộ xử lý) tạo ra sự suy lụân bằng cách sẽ quyết định xem những luật nào sẽ làm thỏa mãn các sự kiện, các đối tượng, chọn ưu tiên các luật có tính ưu tiên cao nhất

 Lịch công việc (agenda) Danh sách các luật ưu tiên do máy suy diễn tạo ra thỏa mãn các

sự kiện, các đối tượng có mặt trong bộ nhớ làm việc

 Bộ nhớ làm việc (working memory) Cơ sở dữ liệu toàn cục chứa các sự kiện phục vụ cho các luậh

 Khả năng giải thích (explaination facility) Giải nghĩa cách lập luận của hệ thống cho người sử dụng

 Khả năng thu nhận tri thức (explaination facility) Cho phép người sử dụng bổ sung các tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống một cách tự động thay vì tiếp nhận tri thức vào hệ thống bằng cách mã hóa tri thức một cách tường minh Khả năng thu nhận tri thức là yếu tố mặc nhiên của nhiều hệ chuyên gia

 Giao diện người sử dụng (User interface) Là nơi người sử dụng và hệ chuyên gia trao đổi với nhau

Cơ sở trí thức

Máy suy diễn Lịch công việc

thu nhận tri thức

Giao diện người sử dụng

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

Cơ sở tri thức còn được gọi là bộ nhớ sản xuất (production memory) trong hệ chuyên gia Trong một cơ sở tri thức, người ta thường phân biệt hai loại tri thức là tri thức phán đoán (assertion knowledge) và tri thức thực hành (operating knowledge)

Các tri thức phán đoán mô tả các tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập Các tri thức thực hành thể hiện những hậu quả rút ra hay những thao tác cần phải hoàn thiện khi một tình huống đã được thiết lập hoặc sẽ được thiết lập trong lĩnh vực đang xét Các tri thức thực hành thường được thể hiện bởi các biểu thức để dễ hiểu và dễ triển khai thao tác đối với người sử dụng

Hình 4: Quan hệ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức

Từ vệc phân biệt hai loại tri thức, người ta nói máy suy diễn là công cụ triển khai các cơ chế (hay kỹ thuật) tổng quát để tổ hợp các tri thức phán đoán và các tri thức thực hành Hình trên đây mô tả quan hệ hữu cơ giữa máy suy diễn và cơ sở tri thức

I.4 Biểu diễn tri thức trong hệ chuyên gia

Có rất nhiều phương pháp biểu diễn tri thức trong máy

 Dùng luật sản xuất, hệ chuyên gia dựa trên các luật

 Mạng ngữ nghĩa

 Ngôn ngữ nhân tạo

 Bộ OAV(Object Attributes Values)

 Khung (Frame)

II Ngôn ngữ lập trình Prolog

II.1 Một số khái niệm

Prolog là một ngôn ngữ lập trình kí hiệu (Symbolic Programming Language) tương tự các ngôn ngữ lập trình hàm (Functional) hay phi số (non-nummerical) Prolog rất thích hợp để giải quyết các bài toàn liên quan đến các đối tượng (Object) và mối quan hệ (Relation) giữa chúng Chương trình Prolog = các đối tượng dữ liệu và quan hệ giữa các đối tượng dữ liệu

Hạng (Term) được xem là đối tượng dữ liệu

Hạng và quan hệ giữa các hạng tạo thành mệnh đề

Hạng gồm: Hạng sơ cấp, hạng phức hợp

II.2 Các tính chất của Prolog

 Ngôn ngữ thông dịch

8

Máy suy diễn

Cơ sở tri thức Tri thức phán đoán Tri thức thực hành

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

 Ngôn ngữ biên dịch

 Không có phép gán

 Hợp nhất

 Không có biến toàn cục

 Không có vòng lặp

 Đệ quy

 Không có cấu trúc điều kiện

 Quay lui

 Nghĩa khai báo

 Nghĩa thủ tục

II.3 Sự kiện và luật

Chương trình Prolog và tập hợp các sự kiện (event) và luật (rule) xử lí và mô tả quan hệ giữa các đối tượng

II.3.1 Sự kiện

Một sự kiện là một khẳng định một thực thể có một hoặc một vài tính chất

Quy ước:

P(A1, ,An)

P: là tên của tính chất

A1, ,An là các đối:

 Nguyên tử (Atom)

 Số (number)

 Biến (variable)

 Cấu trúc phức hợp (cây, danh sách, chuỗi )

II.3.2 Luật

Gồm 2 phần:

 Phần bên trái chỉ kết luận, được gọi là đầu (head) của luật

 Phần bên phải chỉ điều kiện, được gọi là thân của luật Nếu có nhiều điều kiện thì chúng cách nhau bởi dấu phẩy

PHẦN III

PHÁT BIỂU VÀ BIỂU DIỄN BÀI TOÁN

I Chọn bài toán

I.1 Khảo sát thực tế

Chương trình “Tiếp sức mùa thi” sẽ yêu cầu các tình nguyện viên làm các công việc như sau:

 Giúp các thí sinh ở các nơi khác đến được địa điểm thi bằng cách hướng dẫn đường đi từ trạm “Tiếp sức mùa thi” đó đến địa điểm thi của thí sinh

 Nếu các thí sinh hỏi về các lĩnh vực khác về các thông tin về trường, về đường đi thì các tình nguyện viên tùy theo sự hiểu biết của mình mà cung cấp thông tin cho các thí sinh

 Ngoài ra, nếu các thí sinh có nhu cầu tìm chỗ ở, các tình nguyện viên sẽ xem xét trong danh sách các hộ dân cho các thí sinh ở trọ để đưa ra được chỗ trọ cho các thí sinh vừa gần chỗ thi và chi phí trọ tùy theo khả năng tài chính của thí sinh đó

I.2 Nội dung thực hiện được trong hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

Hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi” chỉ giải quyết công việc chỉ dẫn đường cho các thí sinh

đến các địa điểm mà thí sinh muốn đến Thí sinh có thể hỏi cách đi từ trạm “Tiếp sức mùa thi” đến địa điểm thi của thí sinh, hoặc thí sinh sẽ hỏi cách đi từ trạm “Tiếp sức mùa thi” đến đường

mà thí sinh muốn đến, hoặc cách đi từ một đường bất kỳ đến một đường khác mà thí sinh thắc mắc, hoặc cách đi từ một đường bất kỳ (có thể là nơi ở trọ của thí sinh) đển địa điểm thi của thí sinh

II Các bước phát triển hệ chuyên gia

II.1 Phát biểu bài toán

 Một thí sinh đến địa điểm tư vấn yêu cầu chỉ đường đi đến địa điểm thi là trường Phan Châu Trinh hoặc một trường nào đó (Nguyễn Thị Hồng Gấm, Cao Đẳng Công Nghệ, )

 Trường Phan Châu Trinh có địa chỉ là số 10 đường Lê Lợi

 Trường Hoa Lư có địa chỉ là số 10 đường Phan Thanh

 Trường Đại học Bách Khoa có địa chỉ là số 54 Nguyễn Lương Bằng

 Trường Cao Đẳng Công Nghệ có địa chỉ là số 48 Cao Thắng

 Trường Nguyễn Thị Hồng Gấm có địa chỉ là số 100 Trần Cao Vân

 Trường Trưng Vương có địa chỉ là số 80 Yên Bái

 Thí sinh xuất phát từ địa điểm ban đầu để tới đích

 Địa điểm xuất phát có thể là Bến Xe có địa chỉ là 124 Điện Biên Phủ

 Địa điểm xuất phát có thể là Ga Đà Nẵng có địa chỉ 215 Hải Phòng

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

 Thí sinh muốn đến địa điểm thi có thể qua đường đi trực tiếp hoặc qua đường trung gian

 Tồn tại đường đi trực tiếp từ Điện Biên Phủ đến Lý Thái Tổ

 Tồn tại đường đi trực tiếp từ Điện Biên Phủ đến Hà Huy Tập

 Tồn tại đường đi trực tiếp từ Hà Huy Tập đến Trần Cao Vân

 Tồn tại đường đi trực tiếp từ Lý Thái Tổ đến Hùng Vương

 Tồn tại đường đi trực tiếp từ Hùng Vương đến Yên Bái



 Nếu có đường đi trực tiếp giữa hai đường xuất phát và đường đích thì tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích

 Nếu không tồn tại đường đi trực tiếp từ đường xuất phát đến đường đích và phải qua một đường đi trung gian thì tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích

 Kết quả đường đi là phải đi từ đường xuất phát đến đường đích

 Nếu tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích và đường đích chứa địa điểm thi thì xây dựng được lộ trình (dãy đường đi) đi từ đường xuất phát đến địa điểm thi

 Nếu tồn tại đường đi từ đường xuất phát tới đường đích và đường đích phải chứa địa điểm

có địa chỉ A thì xây dựng được lộ trình đi từ đường xuất phát đến địa điểm có địa chỉ A

 Nếu tồn tại đường đi từ địa điểm A đến địa điểm B và đường xuất phát phải chứa địa điểm A, đường đích phải chứa địa điểm B thì xây dựng được lộ trình đi từ địa điểm A tới địa điểm B

 Nếu tồn tại đường đi từ địa điểm A tới địa điểm có địa chỉ B và đường xuất phát phải chứa địa điểm A, đường đích phải chứa địa điểm có địa chỉ B thì xây dựng được lộ trình

đi từ địa điểm A tới địa điểm có địa chỉ B

II.2 Đặc tả bài toán

II.2.1 Xác định các biến và hằng

Các hằng trong bài toán thể hiện các đối tượng là tên đường, tên trường, số địa chỉ của địa điểm thi

Hằng thể hiện tên trường

1 daihocbachkhoa Trường Đại Học Bách Khoa

2 nguyenthihonggam Trường Nguyễn Thị Hồng Gấm

4 caodangcongnghe Trường Cao Đẳng Công Nghệ

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

Hằng thể hiện tên đường

2 nguyenluongbang Đường Nguyễn Lương Bằng

Hằng thể hiện địa chỉ của các trường là các số tương ứng địa chỉ của các trường

 100 (trường Nguyễn Thị Hồng Gấm nằm tại số 100 Điện Biên Phủ)

 50 (trường Hoa Lư nằm tại số 50 Trần Cao Vân)

 54 (trường Đại học Bách Khoa nằm tại số 54 Nguyễn Lương Bằng)

 48 (trường Cao đẳng Công Nghệ nằm tại số 48 Cao Thắng)

 10 (trường Phan Châu Trinh nằm tại số 10 Lê Lợi)

 80 (trường Trưng Vương nằm tại số 80 Yên Bái)

 20 (trường Kim Đồng nằm tại số 20 Trần Bình Trọng)

II.2.2 Xây dựng vị từ

2 DUONGDITRUCTIEP(X,Y) Tồn tại đường đitrực tiếp từ đường X đến

đường Y

4 LOTRINH_DUONG_DIADIEM(X,Y,P,N) Lộ trình từ đường xuất phát X với dãy các

đường P và tổng đường N phải đi để đến địa điểm đích Y

5 LOTRINH_DUONG_DIACHI(X,[S,D],P,N) Lộ trình từ đường xuất phát X với dãy các

đường P và tổng đường N phải đi để đến địa chỉ đích tại số nhà S đường D chứa địa điểm thi

6 LOTRINH_DIADIEM_DIADIEM(X,Y,P,N) Lộ trình từ địa điểm xuất phát X với dãy các

đường P và tổng đường N phải đi để đến địa điểm đích Y

7 LOTRINH_DIADIEM_DIACHI(X,[S,D],P,N) Lộ trình từ địa điểm xuất phát X với dãy

12

Xây dựng hệ chuyên gia “Tiếp sức mùa thi”

các đường P và tổng đường N phải đi để đến địa chỉ đích tại số nhà S đường D chứa địa điểm thi

II.2.3 Xây dựng logic mệnh đề và logic vị từ

1) Nếu có đường đi trực tiếp giữa hai đường xuất phát và đường đích thì tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích

( X) ( Y) DUONGDITRUCTIEP(X,Y)  DUONGDI(X,Y)

2) Nếu không tồn tại đường đi trực tiếp từ đường xuất phát đến đường đích và phải qua một đường đi trung gian thì tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích

( X) ( Y) ( Z)

 DUONGDITRUCTIEP(X,Z) ^ DUONGDITRUCTIEP(Z,Y)  DUONGDI(X,Y)

3) Nếu tồn tại đường đi từ đường xuất phát đến đường đích và đường đích chứa địa điểm thi Y thì xây dựng được lộ trình (dãy đường đi) đi từ đường xuất phát đến địa điểm thi

(Y ) ( X) ( Z) ( T)

DUONGDI(X,Z) ^ DIADIEM(Y,T,Z)  LOTRINH_DUONG_DIADIEM(X,Y,P,N)

4) Nếu tồn tại đường đi từ địa điểm X đến địa điểm Y và đường xuất phát phải chứa địa điểm X, đường đích phải chứa địa điểm Y thì xây dựng được lộ trình đi từ địa điểm X tới địa điểm Y (X ) (Y ) ( T) ( Z) ( T) ( K)

DIADIEM(X,T,Z) ^ DIADIEM(Y,H,K) ^ DUONGDI(Z,H)

LOTRINH_DIADIEM_DIADIEM(X,Y,P,N) 5) Nếu tồn tại đường đi từ địa điểm X đến địa chỉ tại số nhà Z đường Y và đường xuất phát phải chứa địa điểm X, địa chỉ đích thì xây dựng được lộ trình đi từ địa điểm X tới địa chỉ Y

(X ) (Y ) ( S) ( Z) ( T) ( K)

DUONGDI(X,Y) ^ DIADIEM(X,T,K) ^ DIADIEM(_,Z,Y)

LOTRINH_DIADIEM_DIACHI(K,[Z|Y],P,N) 6) Nếu tồn tại đường đi từ đường xuất phát X đến địa chỉ tại số nhà Z đường Y địa chỉ đích thì xây dựng được lộ trình đi từ đường xuất phát X tới địa chỉ tại số nhà Z đường Y

(X ) (Y ) ( T) ( Z) ( T) ( S)

DUONGDI(X,Y) ^ DIADIEM(_,Z,Y) LOTRINH_DUONG_DIACHI(X,[Z,Y],P,N)