Xem bản Word đầy đủ tại đây: File Word
TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP LUẬN
SÁNG TẠO KHOA HỌC
(Giải quyết bài toán vật lý điện một chiều bằng
mô hình mạng đối tượng tính toán)
LỜI
CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn
chân thành đến thầy Hoàng Văn Kiếm, người đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều
kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt chuyên đề này. Thầy đã định hướng cho em từ
cách đặt vấn đề, phương pháp nghiên cứu khoa học, cho đến những công việc cụ thể
nhất.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Quốc
Sơn, thầy Nguyễn Tuấn Kiệt những người đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em
trong quá trình học tập thực hiện chuyên đề.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, cảm ơn
các anh chị, bạn bè, những người luôn sát cánh, động viên em trên bước đường học
tập cũng như trong cuộc sống. Xin chân thành biết ơn sự tận tình dạy dỗ và sự
giúp đỡ của tất cả quý thầy cô tại trường Đại học Công Nghệ Thông Tin, đặc biệt
là các thầy cô trong khoa Khoa học máy tính. Tất cả các kiến thức mà nhà trường
và quý thầy cô đã truyền đạt là hành trang to lớn để em mang theo trên con đường
học tập, làm việc và nghiên cứu cũng như trong quá trình hoàn thiện nhân cách của
mình.
LỜI
NÓI ĐẦU
Để có được định hướng, mục tiêu và mong
muốn trên con đường nghiên cứu khoa học, việc tìm hiểu và nắm rõ “Phương pháp
luận nghiên cứu Khoa học” là một điều cần thiết cho những người nghiên cứu để
có thể nắm rõ những nguyên tắc, và phương pháp làm khoa học.
Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học là
lý thuyết về phương pháp nghiên cứu khoa học, lý thuyết về con đường nhận thức,
khám phá và cải tạo hiện thực.
Phương pháp luận nghiên cứu khoa học là
kết quả của quá trình khái quát lý thuyết và thực tiễn nghiên cứu khoa học và
trở thành công cụ sắc bén để chỉ dẫn các nhà khoa học, các nhà quản lý trong
công tác tổ chức, quản lý và thực hành nghiên cứu khoa học một cách sang tạo.
Nghiên cứu khoa học là một quá trình nhận
thức chân lý khoa học, một quá trình lao động trí tuệ phức tạp, gian khổ nhưng
đầy hào hứng, đầy hứa hẹn những triển vọng lớn lao trong việc nghiên cứu “những
điểm trắng” của khoa học.
Nắm vững phương pháp luận nghiên cứu
khoa học là nắm vững lý thuyết về con đường sáng tạo, giúp người nghiên cứu có
cách tiếp cận đúng trong việc thiết kế và thi công công trình nghiên cứu khoa học,
tìm chọn phương pháp nghiên cứu hợp lý để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu và đạt
được mục đích nghiên cứu.
Qua những kiến thức và định hướng khoa
học, báo cáo chuyên đề “Phương pháp luận
sáng tạo khoa học” sẽ vận dụng kiến thức về phương pháp luận, phương pháp
sáng tạo để giải quyết một vấn đề cụ thể trong tin học.
MỤC LỤC
Phần 1
KHÁI NIỆM VỀ NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC
1.3. Đề
tài nghiên cứu khoa học
1.3.2.
Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1.3.3.
Mục đích và mục tiêu nghiên cứu
Phần 2 PHƯƠNG
PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - BÀI TOÁN TRONG TIN HỌC
2.2.3.
Phương pháp trí tuệ nhân tạo
Phần 3 BÀI
TOÁN ĐIỆN VẬT LÝ MỘT CHIỀU
3.2. Sơ
lược về mạng tính toán và mạng đối tượng tính toán
3.2.2.
Mạng các đối tượng tính toán
3.3.
Bài toán vật lý điện một chiều
3.3.2.
Tổ chức lưu trữ tri thức
3.3.3.
Mô tả tri thức cho bài toán
3.4. Mô
hình tổng quát cho đoạn mạch tổng hợp tri thức điện một chiều
3.4.1.
Quan hệ nối tiếp giữa hai đoạn mạch cơ bản
3.4.2.
Quan hệ song song giữa hai đoạn mạch cơ bản
3.4.3.
Tính toán trên quan hệ nối tiếp hoặc song song
Phần 1
KHÁI NIỆM VỀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
1.1. Khoa học
Khoa học là quá trình nghiên cứu nhằm
khám phá ra những kiến thức mới, học thuyết mới,…về tự nhiên và xã hội. Những
kiến thức hay học thuyết mới này, tốt hơn, có thể thay thế dần những cái cũ,
không còn phù hợp. Thí dụ: Quan niệm thực vật là vật thể không có cảm giác được
thay thế bằng quan niệm thực vật có cảm nhận.
Như vậy, khoa học bao gồm một hệ thống
tri thức về qui luật của vật chất và sự vận động của vật chất, những qui luật của
tự nhiên, xã hội, và tư duy. Hệ thống tri thức này hình thành trong lịch sử và
không ngừng phát triển trên cơ sở thực tiễn xã hội. Phân biệt ra 2 hệ thống tri
thức: tri thức kinh nghiệm và tri thức khoa học.
1.2. Nghiên cứu khoa học
Nghiên cứu khoa học là một họat động
tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc thử nghiệm. Dựa trên những số liệu, tài liệu,
kiến thức,… đạt được từ các thí nghiệm NCKH để phát hiện ra những cái mới về bản
chất sự vật, về thế giới tự nhiên và xã hội, và để sáng tạo phương pháp và
phương tiện kỹ thuật mới cao hơn, giá trị hơn. Con người muốn làm NCKH phải có
kiến thức nhất định về lĩnh vực nghiên cứu và cái chính là phải rèn luyện cách
làm việc tự lực, có phương pháp từ lúc ngồi trên ghế nhà trường.
1.3. Đề tài nghiên cứu
khoa học
1.3.1. Khái niệm đề tài
Đề tài là một hình thức tổ chức NCKH do
một người hoặc một nhóm người thực hiện. Một số hình thức tổ chức nghiên cứu
khác không hoàn toàn mang tính chất nghiên cứu khoa hoc, chẳng hạn như: Chương
trình, dự án, đề án. Sự khác biệt giữa
các hình thức NCKH này như sau:
* Đề tài: được thực hiện để trả lời những
câu hỏi mang tính học thuật, có thể chưa để ý đến việc ứng dụng trong hoạt động
thực tế.
* Dự án: được thực hiện nhằm vào mục
đích ứng dụng, có xác định cụ thể hiệu quả về kinh tế và xã hội. Dự án có tính ứng
dụng cao, có ràng buộc thời gian và nguồn lực.
* Đề án: là loại văn kiện, được xây dựng
để trình cấp quản lý cao hơn, hoặc gởi cho một cơ quan tài trợ để xin thực hiện
một công việc nào đó như: thành lập một tổ chức; tài trợ cho một hoạt động xã hội,...
Sau khi đề án được phê chuẩn, sẽ thành những dự án, chương trình, đề tài theo
yêu cầu của đề án.
* Chương trình: là một nhóm đề tài hoặc
dự án được tập hợp theo một mục đích xác định. Giữa chúng có tính độc lập tương
đối cao. Tiến độ thực hiện đề tài, dự án trong chương trình không nhất thiết phải
giống nhau, nhưng nội dung của chương trình thì phải đồng bộ.
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng
nghiên cứu: là bản chất của sự vật hay hiện tượng cần xem xét và làm
rõ trong nhiệm vụ nghiên cứu.
Phạm vi
nghiên cứu: đối tượng nghiên cứu được khảo sát trong trong phạm vi nhất
định về mặt thời gian, không gian và lĩnh vực nghiên cứu.
1.3.3. Mục đích và mục
tiêu nghiên cứu
Khi viết đề cương nghiên cứu, một điều
rất quan trọng là làm sao thể hiện được mục tiêu và mục đích nghiên cứu mà
không có sự trùng lấp lẫn nhau. Vì vậy, cần thiết để phân biệt sự khác nhau giữa
mục đích và mục tiêu.
* Mục đích: là hướng đến một điều gì
hay một công việc nào đó trong nghiên cứu mà người nghiên cứu mong muốn để hoàn
thành, nhưng thường thì mục đích khó có thể đo lường hay định lượng. Nói cách
khác, mục đích là sự sắp đặt công việc hay điều gì đó được đưa ra trong nghiên
cứu. Mục đích trả lời câu hỏi “nhằm vào việc gì?”, hoặc “để phục vụ cho điều
gì?” và mang ý nghĩa thực tiển của nghiên cứu, nhắm đến đối tượng phục vụ sản
xuất, nghiên cứu.
* Mục tiêu: là thực hiện điều gì hoặc
hoạt động nào đó cụ thể, rõ ràng mà người nghiên cứu sẽ hoàn thành theo kế hoạch
đã đặt ra trong nghiên cứu. Mục tiêu có thể đo lường hay định lượng được. Nói
cách khác, mục tiêu là nền tảng hoạt động của đề tài và làm cơ sở cho việc đánh
giá kế hoạch nghiên cứu đã đưa ra, và là điều mà kết quả phải đạt được. Mục
tiêu trả lời câu hỏi “làm cái gì?”.
Phần 2
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - BÀI TOÁN TRONG TIN HỌC
2.1. Phương pháp trực tiếp
Đặc điểm của cách giải quyết vấn đề này
là đều xác định trực tiếp được lời giải qua một thủ tục tính toán (công thức, hệ
thức, định luật,…) hoặc qua các bước căn bản để có được lời giải. Đối với
phương pháp này, việc giải quyết vấn đề trên máy tính chỉ là thao tác lập trình
hay là sự chuyển đổi lời giải từ ngôn ngữ bên ngoài sang các ngôn ngữ được sử dụng
trong máy tính. Tìm hiểu về phương pháp này chính là tìm hiểu về kỹ thuật lập
trình trên máy tính.
Các nguyên lý áp dụng trong phương pháp trực
tiếp :
v Nguyên lý 1:
Chuyển đổi dữ liệu bài toán thành dữ liệu của chương trình, có nghĩa là “Dữ liệu của bài tóan sẽ được biểu diễn lại
dưới dạng các biến của chương trình thông qua các quy tắc xác định của ngôn ngữ
lập trình cụ thể”
v Nguyên lý 2:
Chuyển đổi quá trình tính toán của bài toán thành các cấu trúc của chương
trình, có nghĩa là “Mọi quá trình tính
toán đều có thể mô tả và thực hiện dựa trên ba cấu trúc cơ bản : Cấu trúc tuần
tự, cấu trúc rẽ nhánh và cấu trúc lặp”.
v Nguyên lý 3:
Biểu diễn các tính toán chính xác, có nghĩa là “Chương trình tính toán theo các biểu thức chính xác không đồng nhất với
quá trình tính toán chính xác về mặt hình thức”.
v Nguyên lý 4:
Biểu diễn các tính toán gần đúng bằng cấu trúc lặp, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán gần đúng đều dựa
trên các cấu trúc lặp với tham số xác định”.
v Nguyên lý 5: Phân chi bài toán ban đầu
thành những bài toán nhỏ hơn, có nghĩa là “Mọi
vấn đề-bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn đề -
bài toán nhỏ hơn”.
v Nguyên lý 6:
Biểu diễn các tính toán không tường minh bằng đệ quy, có nghĩa là “Quá trình đệ quy trong máy tính không đơn giản
như các biểu thức quy nạp trong toán học”.
2.2. Phương pháp gián tiếp
Phương pháp này được sử dụng khi chưa
tìm ra lời giải chính xác của vần đề. Đây cũng chính là cách tiếp cận chủ yếu của
loài người từ xưa đến nay. Điểm khác ở đây là chúng ta đưa ra những giải pháp
mang đặc trưng của máy tính, dựa vào sức mạnh tính toán của máy tính. Tất
nhiên, một lời giải trự tiếp bao giờ cũng tốt hơn, nhưng không phải lúc nào
cũng có.
2.2.1. Phương pháp thử
sai
Khi xây dựng lời giải bài toán theo
phương pháp thử – sai, người ta thường dựa vào 3 nguyên lý sau :
v Nguyên lý vét cạn:
Đây là nguyên lý đơn giản nhất, liệt kê tất cả các trường hợp có thể xảy ra.
v Nguyên lý ngẫu
nhiên: Dựa vào việc thử một số khả năng được chọn một cách ngẫu nhiên.
Khả năng tìm ra lời giải đúng phụ thuộc rất nhiều vào chiến lược chọn ngẫu
nhiên.
v Nguyên lý mê cung:
Nguyên lý này được áp dụng khi chúng ta không thể biết được chính xác “hình dạng”
lời giải mà phải xây dựng dần lời giải qua từng bước một giống như tìm đường đi
trong mê cung.
Để thực hiện tốt phương pháp thử - sai,
chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau
v Nguyên lý vét cạn
toàn bộ: Muốn tìm được cây kim trong đống rơm, hãy lần lượt rút ra từng
cọng rơm cho đến khi rút được cây kim.
v Nguyên lý mắt lưới:
Lưới bắt cá chỉ bắt được những con cá có kích thước lớn hơn kích thước mắt lưới.
v Nguyên lý giảm độ
phức tạp của thử và sai: Thu hẹp trường hợp trước và trong khi duyệt, đồng thời đơn giản hóa tối đa điều
kiện chấp nhận một trường hợp.
v Nguyên lý thu gọn
không gian tìm kiếm: Loại bỏ những trường hợp hoặc nhóm trường hợp chắc
chắn không dẫn đến lời giải.
v Nguyên lý đánh giá
nhánh cận: Nhánh có chứa quả phải nặng hơn trọng lượng của quả.
2.2.2. Phương pháp
Heuristic
Phương pháp Heuristic có đặc điểm là
đơn giản và gần gủi với cách suy nghĩ của con người, cho ra được những lời giải
đúng trong đa số các trường hợp áp dụng. Các thuật giải Heuristic được xây dựng
dựa trên một số nguyên lý rất đơn giản như: vét cạn thông minh, tối ưu cục bộ
(Greedy), Hướng đích, sắp thứ tự …Để thực hiện tốt phương pháp Heuristic, chúng
ta nên áp dụng các nguyên lý sau:
v Nguyên lý leo núi:
Muốn leo lên đến đỉnh thì bước sau phải “cao hơn” bước trước.
v Nguyên
lý chung : Chọn hướng đi triển vọng nhất trong số những hướng đi đã
biết.
2.2.3. Phương pháp trí tuệ
nhân tạo
Phương pháp trí tuệ nhân tạo dựa trên
trí thông minh của máy tính. Phương pháp này, người ta sẽ đưa vào máy trí thông
minh nhân tạo giúp máy tính bắt chước một phần khả năng suy luận như con người,
máy tính dựa trên những điều đã được “học“ để tự đưa ra phương án giải quyết vấn
đề.
Sơ đồ mạng tính toán để giải bài toán
tam giác
Trong lĩnh vực “máy học”, các hình thức
học có thể phân chia như sau:
- Học vẹt
- Học bằng cách chỉ dẫn
- Học bằng qui nạp
- Học bằng tương tự
- Học dựa trên giải thích
- Học dựa trên tình huống
- Khám phá hay học không giám sát
Các kỹ thuật thường được áp dụng trong
“máy học” là: khai khoáng dữ liệu, mạng nơ ron, thuật giải di truyền…
Phần 3
BÀI TOÁN ĐIỆN VẬT LÝ MỘT CHIỀU
3.1. Giới thiệu
Một trong những vấn đề hiện nay đang được
quan tâm của “Trí Tuệ Nhân Tạo” là nghiên cứu các phương pháp biểu diễn và xử
lý tri thức. Trên cơ sở đó có thể tạo ra được những chương trình “thông minh” ở
mức độ nào đó để giải quyết những vấn đề của con người. Trong nhiều lĩnh vực
hàng ngày, chúng ta thường gặp những vấn đề
có dạng như sau: thực hiện tính toán hay suy diễn ra những yếu tố nào đó
từ những yếu tố đã biết. Có nhiều mô hình biểu diễn tri thức đã được đặt ra để
giải quyết những vấn đề đó. Một trong những mô hình được sử dụng rộng rãi là mô
hình “Mạng Tính Toán” và “Mạng Các Đối Tượng Tính Toán” (còn gọi
là Mạng Đối Tượng). Những mô hình trên đã được ứng dụng thành công để giải quyết
những bài toán trong giáo dục.
Để hiểu rõ hơn về các mô hình biểu diễn
tri thức, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu một ứng dụng cụ thể của nó. Phần tiếp
theo sẽ trình bày một ứng dụng của những mô hình biểu diễn tri thức ở trên để
giải bài toán Vật lý điện một chiều, áp dụng cho đoạn mạch chỉ có điện trở và
không chứa nguồn. Bài toán này được giải quyết dựa trên phương pháp luận “phương pháp trí
tuệ nhân tạo” và các nguyên tắc sáng tạo cơ bản trong nghiên cứu - sáng tọa
khoa học.
3.2. Sơ lược về mạng tính
toán và mạng đối tượng tính toán
3.2.1. Mạng tính toán
Mạng tính toán là một dạng biểu diễn
tri thức có thể dùng để biểu diễn các tri thức về các vấn đề tính toán. Mỗi mạng
tính toán là một mạng ngữ nghĩa chứa các biến và những quan hệ có thể cài đặt
và sử dụng được cho việc tính toán. Nếu gọi M là tập hợp các biến và F là tập
những quan hệ trên M, ta có thể mô hình mạng tính toán như sau :
M = {x1,x2,...,xn},
F = {f1,f2,...,fm}.
Đối với mỗi f Î F, ta ký hiệu M(f) là tập
các biến có liên hệ trong quan hệ f. Dĩ nhiên M(f) là một tập con của M: M(f) Í M. Nếu viết f dưới dạng:
f :
u(f) → v(f)
thì ta có M(f) = u(f) È v(f).
3.2.2. Mạng các đối tượng
tính toán
Một mạng tính toán có thể xem là một đối
tượng tính toán. Mạng các đối tượng tính toán bao gồm một tập hợp các đối tượng
tính toán:
O = {O1,O2,
... , On}
và một tập các quan hệ giữa các đối tượng:
F = {f1,f2,
... , fm}.
Trong đó Oi ký hiệu một đối
tượng trong mạng và fi là một quan hệ giữa các biến của các đối tượng
tính
3.3. Bài toán vật lý điện
một chiều
3.3.1. Mô tả bài toán
Ví dụ
1: Cho mạch điện hỗn hợp gồm điện trở R1 song song với điện trở
R2, tổ hợp hai điện trở này nối tiếp với R3. Cho các giá trị R1 = 5, R2 = 2, I1
= 10. Tính hiệu điện thế U của toàn mạch.
Chương trình giải toán điện một chiều
(cho đoạn mạch không chứa nguồn chỉ có điện trở) được mô tả như sau:
Input: bài toán điện một chiều A.
Output: chương trình đưa ra lời giải, kết
quả của bài toán B.
3.3.2. Tổ chức lưu trữ
tri thức
Thông tin về các biến, tri thức về các
quan hệ của mạng tính toán, tri thức của tưng đối tượng mạch nối tiếp, song
song được lưu trữ trên file Text theo cấu trúc sau:
object: TÊN_ĐỐI_TƯỢNG
begin_variables
//danh sách các biến của
đối tượng có dạng: <Tên biến> = chú giải.
I1 = "cuong do dong
dien I1"
I2 = " cuong do dong
dien I2"
U1 = "hieu dien the
U1"
U2 = "hieu dien the
U2"
v.v…
end_variables
begin_relations
begin_relation 0
//danh sách các biến
liên quan của relation.
Mf ={I1, I2}
//biểu thức của quan hệ.
expf = `I1 =
I2`
end_relation
v.v…
end _relations
Chương trình đọc dữ liệu từ file để tạo
ra danh sách các biến M và danh sách các quan hệ giữa các biến F của đối tượng.
3.3.3. Mô tả tri thức cho
bài toán
Trước hết, ta xét một đoạn mạch cơ bản
(đoạn mạch đơn) chỉ gồm một điện trở. Ta sử dụng mạng tính toán để mô hình hóa cho cho đoạn mạch cơ bản. Mạng tính
toán của đoạn mạch cơ bản được biểu diễn thành mô hình (M, F):
M = {
U, I, R, P, W, T }
F = { U = I * R, P = U * I, W = U * I * T }
trong đó U, I, R, P, W lần lượt là hiệu
điện thế, cường độ dòng điện, điện trở, công suất và điện năng của mạch, T là
thời gian tính điện năng.
Đoạn mạch tổng quát là đoạn mạch của
toàn bài toán. Một đoạn mạch tổng quát có thể là đoạn mạch cơ bản hoặc đoạn mạch
phức tạp được thành lập từ nhiều đoạn mạch cơ bản ghép nối tiếp hay song song với
nhau.
Đoạn mạch tổng quát được biểu diễn dưới
dạng một công thức. Trong đó các hằng biểu diễn một đoạn mạch cơ bản và các
toán tử là các quy tắc thành lập đoạn mạch phức tạp từ những đoạn mạch cơ bản.
Toán tử “*” biểu diễn một quan hệ nối tiếp và toán tử “+” biểu diễn một quan hệ
song song giữa các đoạn mạch.
Đoạn mạch trong ví dụ 1 trên có thể được
biểu diễn như sau:
[[M1 *
M2] + M3]
trong đó, M1, M2, M3 tương ứng với các
mạch đơn của các điện trở R1, R2, R3. Các dấu ngoặc vuông thể hiện thứ tự ghép
của các đoạn mạch thành phần trong toàn mạch. Các đoạn mạch thành phần được biểu
diễn như sau:
M1 =
[{U1, I1, R1, P1, W1, T1},
{ U1 =
I1 * R1, P1 = U1 * I1, W1 = U1 * I1 * T1}].
các đoạn mạch M2, M3 được biểu diễn
tương tự. Từ những phân tích trên, ta đưa ra mô hình tổng quát cho tri thức điện
một chiều.
3.4. Mô hình tổng quát
cho đoạn mạch tổng hợp tri thức điện một chiều
Bài toán điện một chiều tổng quát được
giải dựa trên quan hệ nối tiếp và song song giữa hai mạch đơn cơ bản. Đoạn mạch
tổng quát của bài toán được phân tách thành nhiều tổ hợp, mỗi tổ hợp là một
quan hệ nối tiếp hoặc song song giữa hai mạch đơn. Nói cách khác, mỗi tổ hợp là
một đoạn mạch bao gồm hai điện trở nối tiếp hoặc song song nhau. Trên cơ sở
phân tách đó, ta tiến hành tính toán trên từng tổ hợp. Nếu xem mỗi mạch đơn cơ
bản là một đối tượng tính toán thì mỗi tổ hợp có thể xem là một mạng đối tượng
nhỏ với quan hệ nối tiếp hoặc song song.
3.4.1. Quan hệ nối tiếp
giữa hai đoạn mạch cơ bản
Xét đoạn mạch gồm hai điện trở R1 và R2
nối tiếp nhau. Ta tiến hành phân tích tri thức cho đoạn mạch M = [M1 * M2].
Ngoài các tri thức riêng cho từng mạch, đoạn mạch nối tiếp còn có những tri thức
sau:
Cường độ dòng điện:
fnt1: I = I1 =
I2.
Hiệu điện thế đoạn mạch:
fnt2: U = U1 + U2.
Điện trở đoạn mạch:
fnt3: R = R1 + R2.
Các công thức của mạch đơn áp dụng cho
đoạn mạch:
fnt4: U = I * R,
fnt5: P = U * I,
fnt6: W = U * I * T.
3.4.2. Quan hệ song song
giữa hai đoạn mạch cơ bản
Đối với đoạn mạch gồm hai điện trở R1
và R2 song song với nhau, ta cũng phân tích tri thức cho đoạn mạch M = [M1 +
M2]. Ngoài các tri thức riêng cho từng mạch, đoạn mạch song song còn có những
tri thức sau:
Cường độ dòng điện:
fss1: I = I1 +
I2.
Hiệu điện thế đoạn mạch:
fss2: U = U1 =
U2.
Điện trở đoạn mạch:
fss3: R = (R1 * R2)/(R1 +R2).
Các công thức của mạch đơn áp dụng cho
đoạn mạch:
fss4: U = I * R,
fss5: P = U * I,
fss6: W = U * I * T
3.4.3. Tính toán trên
quan hệ nối tiếp hoặc song song
Trước hết ta tính toán trong mạch đơn
cơ bản trên mạng tính toán. Xuất phát từ giả thiết, ta áp dụng các quan hệ để mở
rộng dần tập các biến có giá trị được xác định. Quá trình này lan truyền tính
xác định trên tập các biến cho đến khi đạt đến tập biến có chứa (những) biến cần
tìm. Sau đó ta tiến hành loại bỏ những bước thừa để tìm lời giải tốt cho bài
toán. Việc loại bỏ bước thừa được thực hiện bằng cách truy ngược theo lời giải,
ứng với mỗi bước giải mà sự kiện mới được sinh ra nhưng không cần thiết thì loại
bỏ.
Giả sử S = [f1, f2,
…, fk] là tập luật tìm được, thuật toán dưới đây mô tả cách loại bỏ
bước thừa:
for i:=k down 1 do
if (fi không cần thiết)
loại fi khỏi S.
Có thể biểu diễn mạch đơn thành một sơ
đồ mạng như sau:
Tiếp theo, ta tiến hành tính toán trên
quan hệ nối tiếp giữa hai điện trở. Dựa vào những thông số đã xác định được giá
trị, ta tiến hành tính toán thông qua quan hệ giữa các đối tượng. Việc tính
toán trên quan hệ nối tiếp cũng sử dụng cơ chế suy diễn để tìm ra tập luật, sau
đó tiến hành loại bỏ những luật không cần thiết.
Sơ đồ
mạng của mạch hai điện trở nối tiếp như sau:
Tính toán trên quan hệ song song giữa
hai điện trở được thực hiện tương tự như trong quan hệ nối tiếp.
Như vậy, ta đã đưa bài toán tổng quát về
bài toán tính toán trên các mạch nối tiếp, song song gồm hai đối tượng
3.5. Phân tích ví dụ
Input: Công thức mạch: [[M1 * M2] + M3]
và các giá trị ban đầu của các biến R1 = 5, I1 = 10, R2 = 2.
Output: Hiệu điện thế toàn mạch
B = {U123}.
Từ giả thiết của bài toán, ta khởi tạo
tất cả các đối tượng của mạch cùng với các biến đã được xác định giá trị của từng
đối tượng:
A = [["M1", I1 = 2, R1 =
10], ["M12"], ["M2", R2 = 3], ["M3"], ["M123"]]
trong đó M12 là mạch gồm hai điện trở R1 và R2 ghép nối tiếp M12 = [M1 * M2],
M123 là một tổ hợp ghép song song của hai mạch M12 và M3, M123 = [M12 * M3].
Trước hết, ta phân tích mục tiêu cần
tìm B thuộc mạch song song M123. Áp dụng phương pháp suy diễn và những thuật
toán tìm lời giải cho từng đối tượng (từng mạch đơn) và mạch tổng (những mạch
đơn có quan hệ nối tiếp hoặc song song), ta có một lời giải cho bài toán là dãy
các quan hệ sau:
fss2: U123 = U12. Từ quan hệ này, ta đi
tìm U12. fss2: U12 = U3. Quan hệ này không thể xác định được U12 (vì chưa có đủ
thông tin để xác định U3). Do đó, ta tìm một quan hệ khác để xác định U12.
fnt2: U12 = U1 + U2. Ta đi tìm U1 và U2.
fnt4: U2 = I2 * R2. Tìm I2 để xác định U2.
fnt5: U1 = I1 * R1. Xác định được U1.
fnt3: R12 = R1 + R2.
fnt1: I12 = I1.
fnt1: I1 = I2.
Xác định được I2.
Có thể nhận thấy rằng lời giải trên
không phải là lời giải tốt vì có tính bước thừa. Do đó, ta tiến hành loại bỏ
các bước thừa. Tập luật cuối cùng tìm được chính là một lời giải tốt của bài
toán:
{fss2
, fnt2 , fnt4, fnt1, fnt5}
tương ứng với tập công thức:
{U123 =
U12, U12 = U1 + U2, U2 = I2 * R2, I1 = I2, U1 = I1 * R1}
Phần 4
TỔNG KẾT
Ngày nay, các mô hình biểu diễn tri thức
ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Các mô hình
biểu diễn tri thức là cơ sở và là công cụ cho việc thiết kế cơ sở tri thức, bộ
suy luận tự động giải toán cũng như các hệ giải thông minh. Các hệ thống này có
hoạt động tư duy giải toán tương tự như con người và có khả năng cho các lời giải
tường minh, tự nhiên và phù hợp với cách nghĩ, cách viết của con người. Bài
toán điện một chiều đã giúp ta hiểu rõ hơn về ứng dụng của các mô hình biểu diễn
tri thức trong một miền tri thức nhỏ thuộc lĩnh vực giáo dục. Đây là một ví dụ
cơ sở để phát triển các ứng dụng lớn hơn.
Như ta đã thấy bài toán điện một chiều
được giải quyết bằng phương pháp gián tiếp
– phương pháp trí tuệ nhân tạo và sử dụng một số nguyên tắc như: nguyên tắc
phân nhỏ (chia đoạn mạch tổng quát thành những mạch nhỏ có quan hệ nối tiếp và
song song), nguyên tắc thứ tự…Bài toán không thể giải quyết bằng việc cài đặt
các thủ tục, thuật toán thông thường; những bài toán như thế này có tính khát
quát chung cho nhiều trường hợp và việc cài đặt cho từng trường hợp cụ thể là
không thể được. Vì vậy cần nắm bắt được mô hình, ý tưởng chung của bài toán
thông qua các phương pháp giải quyết vấn
đề - bài toán trong tin học và có thể cải tiến chúng phù hợp với mục tiêu cần
giải quyết. Nắm vững phương pháp luận
nghiên cứu khoa học là nắm vững lý thuyết về con đường sáng tạo, giúp người
nghiên cứu có cách tiếp cận đúng trong việc thiết kế và thi công công trình
nghiên cứu khoa học, tìm chọn phương pháp nghiên cứu hợp lý để thực hiện nhiệm
vụ nghiên cứu và đạt được mục đích nghiên cứu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phương pháp luận nghiên cứu khoa học
– PGS.TS Lưu Xuân Mới.
[2] Mạng tính toán và ứng dụng (1995) –
GSTS. Hoàng Kiếm và TS. Đỗ Văn Nhơn
[3] Trí tuệ nhân tạo, các phương pháp
và ứng dụng (1989) – Bạch Hưng Khang và Hoàng Kiếm
[4] Trí tuệ nhân tạo - GS.TSKH. Hoàng Kiếm và Ths. Đinh Nguyễn Anh
Dũng
[5] Slide: phương pháp nghiên cứu khoa
học trong tin học (Research Methodology in Computer Science) - GS.TSKH. Hoàng
Kiếm