Bài 2: Trí tuệ nhân tạo

4
I. THÔNG TIN, DỮ LIỆU VÀ TRI THỨC
CHƯƠNG 2 : BIỂU DIỄN TRI THỨC
tìm cách biểu diễn tri thức, tìm cách vận dụng tri thức tìm cách bổ sung tri thức bằng cách "phát hiện" tri thức từ các thông tin sẵn có (máy học).
"Chúng ta đang ngập chìm trong biển thông tin nhưng lại đang khát tri thức".
Câu nói này làm nổi bật sự khác biệt về lượng lẫn về chất giữa hai khái niệm thông tin và tri thức của Nhà bác học nổi tiếng Karan Sing
I.1 Dữ liệu: Là các con số, chữ cái, hình ảnh, âm thanh... mà máy tính có thể tiếp nhận và xử lý.
Bản thân dữ liệu thường không có ý nghĩa đối với con người.
I.2 Thông tin: Là tất cả những gì mà con người có thể cảm nhận được một cách trực tiếp thông qua các giác quan hoặc gián tiếp thông qua các phương tiện kỹ thuật.
Thông tin đối với con người luôn có một ý nghĩa nhất định nào đó. Nếu so về lượng, dữ liệu thường nhiều hơn thông tin.
Cũng có thể quan niệm thông tin là quan hệ giữa các dữ liệu. Các dữ liệu được sắp xếp theo một thứ tự hoặc được tập hợp lại theo một quan hệ nào đó sẽ chứa đựng thông tin.
Nếu những quan hệ này được chỉ ra một cách rõ ràng thì đó là các tri thức.
5
I.3 Ví dụ về thông tin và tri thức
6
Trong toán học :
Bản thân từng con số riêng lẻ như 1, 1, 3, 5, 2, 7, 11, ... là các dữ liệu. Tuy nhiên, khi đặt chúng lại với nhau theo trật tự như dưới đây thì giữa chúng đã bắt đầu có một mối liên hệ
Dữ liệu : 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ....
Mối liên hệ này có thể được biểu diễn bằng công thức sau : Un = Un-1 + Un-2.
Công thức nêu trên chính là tri thức.
Ví dụ về thông tin và tri thức
6
Trong vật lý :
Quan sát Bảng chỉ số về số đo của (R), điện thế (U) và cường độ dòng điện (I) trong một mạch điện.
Bản thân những con số trong các cột của bản trên không có mấy ý nghĩa nếu ta tách rời chúng ta.
Nhưng khi đặt kế nhau, chúng đã cho thấy có một sự liên hệ nào đó. Và mối liên hệ này có thể được diễn tả bằng công thức đơn giản sau :
PHÂN LOẠI TRI THỨC
7
BỐN LOẠI TRI THỨC CƠ BẢN
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 lý, toán học, ... thường được xếp vào loại này. (Chẳng hạn : mặt trời mọc ở đằng đông, tam giác đều có 3 góc 600, ...)
Tri thức thủ tục : Thường dùng để diễn tả phương pháp, các bước cần tiến hành, trình từ hay ngắn gọn là cách giải quyết một vấn đề. Thuật toán, thuật giải là một dạng của tri thức thủ tục.
PHÂN LOẠI TRI THỨC
7
BỐN LOẠI TRI THỨC CƠ BẢN
Tri thức mô tả : cho biết một đối tượng, sự kiện, vấn đề, khái niệm, ... được thấy, cảm nhận, cấu tạo như thế nào (một cái bàn thường có 4 chân, con người có 2 tay, 2 mắt,...)
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.
PHÂN LOẠI TRI THỨC
7
BỐN LOẠI TRI THỨC CƠ BẢN
Liệu con người có trí tuệ mà không cần đến tri thức hay không? Cho ví dụ
Tri thức có quyết định sự thông minh hay không? Cho ví dụ
Tri thức có phải là yếu tố cấu thành trí thông minh hay không?
Đây chính là các điều kiện cần phải có để xây dựng một trí thông minh nhân tạo.
Các phương pháp đưa tri thức vào máy tính được gọi là biểu diễn tri thức.
II. THUẬT TOÁN – MỘT PHƯƠNG PHÁP BIỄU DIỄN TRI THỨC?
8
Xét phương tình Ax2 +bx +c =0
Dữ liệu: là A,B,C
Tri thức: Đã được mã hóa dưới dạng các câu lệnh ví dụ If … Then … Else
Như vậy: Trong thuật toán, tri thức thể hiện ở các mặt sau:
+ Các cấu trúc dữ liệu
+ Mã hóa chương trình
+ Thêm hay điều chỉnh một khi chương trình đã được biên dịch
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
Bài toán 1 : Cho hai bình rỗng X và Y có thể tích lần lượt là VX và VY, hãy dùng hai bình này để đong ra z lít nước (z <= min(VX,VY)).
Bài toán 2 : Cho biết một số yếu tố của tam giác (như chiều dài cạnh và góc, ...). Hãy tính các yếu tố còn lại.
Bài toán 3 : Tính diện tích phần giao của các hình hình học cơ bản.
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
Bài toán 1:
Giả sử VX = 5 và VY = 7 và z = 4. Sau một thời gian tính toán, bạn có thể sẽ đưa ra một quy trình đổ nước như sau:
+ Múc đầy bình 7
+ Trút hết qua bình 5 cho đến khi 5 đầy.
+Đổ hết nước trong bình 5
+Đổ hết nước còn lại từ bình 7 sang bình 5
+Múc đầy bình 7
+Trút hết qua bình 5 cho đến khi bình 5 đầy.
+Phần còn lại chính là số nước cần đong.
Suy nghĩ xem một số trường hợp khác thì sao?
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
Chúng ta hãy phát biểu lại bài toán một cách hình thức hơn.
Không làm mất tính tổng quát, ta luôn có thể giả sử rằng VXGọi lượng nước chứa trong bình X là x (0<=x<=VX)
Gọi lượng nước chứa trong bình Y là y (0<=y<=VY)
Như vậy, điều kiện kết thúc của bài toán sẽ là :
x = z hoặc y = z
Điều kiện đầu của bài toán là : x = 0 và y=0
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
+ Quá trình giải được thực hiện bằng cách xét lần lượt các luật sau, luật nào thỏa mãn thì sẽ được áp dụng. Lúc này, các luật chính là các "kinh nghiệm" hay tri thức mà ta đã chuyển giao cho máy tính.
+ Sau khi áp dụng luật, trạng thái của bài toán sẽ thay đổi, ta lại tiếp tục xét các luật kế tiếp, nếu hết luật, quay trở lại luật đầu tiên.
+ Quá trình tiếp diễn cho đến khi đạt được điều kiện kết thúc của bài toán.
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
Ba luật này được mô tả như sau :

(L1) Nếu bình X đầy thì đổ hết nước trong bình X đi.
(L2) Nếu bình Y rỗng thì đổ đầy nước vào bình Y.
(L3) Nếu bình X không đầy và bình Y không rỗng thì hãy trút nước t? bình Y sang bình X (cho đến khi bình X đầy hoặc bình Y hết nước).
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
Ba luật này được mô tả như sau :
(L1) Nếu bình X đầy thì đổ hết nước trong bình X đi.
(L2) Nếu bình Y rỗng thì đổ đầy nước vào bình Y.
(L3) Nếu bình X không đầy và bình Y không rỗng thì hãy trút nước t? bình Y sang bình X (cho đến khi bình X đầy hoặc bình Y hết nước).
Trên thực tế, lúc đầu để giải trường hợp tổng quát của bài toán này, người ta đã dùng đến hơn 15 luật (kinh nghiệm) khác nhau. Tuy nhiên, sau này, người ta đã rút gọn lại chỉ còn 3 luật như trên.
Chúng ta dễ dàng chuyển sang đoạn chương trình:
5
x := 0; y := 0;
WHILE ( (x <> z) AND (y<>z) ) DO
BEGIN
IF (x = Vx) THEN x := 0;
IF (y = 0) THEN (y:= Vy);
IF (y > 0) THEN
BEGIN
k:= min(Vx - x, y);
x := x + k;
y := y - k;
END;
END;
Hãy làm cho chương trình mềm hơn nữa bằng cách sử dụng các Function và Procedure để xây dựng hàm điều kiện, thủ tục khởi tạo và thủ tục thi hành các luật
5
3 luật trên được gọi là cơ sở tri thức. Còn cách thức tìm kiếm lời giải bằng cách duyệt tuần tự từng luật và áp dụng nó được gọi là động cơ suy diễn.
Cơ sở tri thức : là tập hợp các tri thức liên quan đến vấn đề mà chương trình quan tâm giải quyết.
Động cơ suy diễn : là phương pháp vận dụng tri thức trong cơ sở tri thức để giải quyết vấn đề.
5
Nếu xét theo quan niệm trên thì cơ sở tri thức chỉ là một dạng dữ liệu đặc biệt và động cơ suy diễn là một dạng của thuật toán đặc biệt mà thôi.
Tuy vậy, có thể nói rằng, cơ sở tri thức và động cơ suy diễn là một bước tiến hóa mới của dữ liệu và thuật toán của chương trình!
Chúng ta có thể hình dung động cơ suy diễn giống như một loại động cơ tổng quát, được chuẩn hóa có thể dùng để vận hành nhiều loại xe máy khác nhau và cơ sở tri thức chính là loại nhiên liệu đặc biệt để vận hành loại động cơ này !
5
III. LÀM QUEN VỚI CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BẰNG CÁCH CHUYỂN GIAO TRI THỨC CHO MÁY TÍNH
5
Ba luật này được mô tả như sau :
(L1) Nếu bình X đầy thì đổ hết nước trong bình X đi.
(L2) Nếu bình Y rỗng thì đổ đầy nước vào bình Y.
(L3) Nếu bình X không đầy và bình Y không rỗng thì hãy trút nước t? bình Y sang bình X (cho đến khi bình X đầy hoặc bình Y hết nước).
Trên thực tế, lúc đầu để giải trường hợp tổng quát của bài toán này, người ta đã dùng đến hơn 15 luật (kinh nghiệm) khác nhau. Tuy nhiên, sau này, người ta đã rút gọn lại chỉ còn 3 luật như trên.
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỄU DIỄN TRI THỨC TRÊN MÁY TÍNH
5
IV.1. LOGIC MỆNH ĐỀ
Phát biểu "1+1=2" có giá trị đúng.
phát biểu "Mọi loại cá có thể sống trên bờ" có giá trị sai
Có những mệnh đề mà giá trị của nó luôn đúng hoặc sai bất chấp thời gian nhưng cũng có những mệnh đề mà giá trị của nó lại phụ thuộc vào thời gian, không gian và nhiều yếu tố khác quan khác.
Chẳng hạn như mệnh đề : "Con người không thể nhảy cao hơn 5m với chân trần" là đúng khi ở trái đất , còn ở những hành tinh có lực hấp dẫn yếu thì có thể sai.
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC TRÊN MÁY TÍNH
5
1. Các ký hiệu mệnh đề
Mệnh đề được ký hiệu bằng các chữ cái la tinh A,B,C,..,P,Q…
+ Ký hiệu chân lý (True, False)
+ Ký hiệu phép nối
^ (phép hội – AND) ¬ (phép phủ định – NOT)
v (phép thuyển – OR)  (kéo theo) = (Tương đương)
Trong phép kéo theo ta có:
Nếu A là đúng và A  B là đúng thì giá trị của B sẽ là đúng.
Nếu A  B là đúng và B là sai thì giá trị của A sẽ là sai.
2. ĐỊNH NGHĨA
CÂU VÀ PHÁP TÍNH MỆNH ĐỀ
5
+ Tất cả các mệnh đề và ký hiệu chân lý đều là các câu
(Ví dụ: True, P,Q và R là các câu)
+ Phủ định của 1 câu là 1 câu (VD:¬P và ¬ False là các câu)
+ Hội (Conjunction) của 2 câu là 1 câu (P  ¬ P là 1 câu)
+ Tuyển (Disjunction) của 2 câu là 1 câu (VD: P v ¬ P là 1 câu)
+ Kéo theo (implication) của 1 câu để có câu khác là 1 câu
(Ví dụ: P  Q là 1 câu)
+ Tương đương (Equivalence) của 2 câu là 1 câu
(VD: P v Q =R là 1 câu)
Các câu hợp lệ được gọi là các công thức dạng chuẩn
5
+ Các biểu thức dạng P  Q được gọi là tác tử hội
+ Các biểu thức dạng P v Q được gọi là tác tử tuyển
+ Các biểu thức dạng P => Q thì P là tiền đề hay tiền kiện còn Q là kết luận hay hệ quả.
+ Trong phép tính mệnh đề thứ tự ưu tiên (),[] cần phải quan tâm (vd: ((P  Q) =>R =¬ P v ¬ Q vR là 1 câu dạng chuẩn)