chương 4 tri thức và suy diễn - Đại học bách

69
1 Chương 4 Tri thức và suy diễn Lê Thanh Hương Viện CNTT&TT - ĐHBK HN

Upload: others

Post on 16-Oct-2021

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

1

Chương 4

Tri thức và suy diễn

Lê Thanh Hương

Viện CNTT&TT - ĐHBK HN

Page 2: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Nội dung môn học

Chương 1. Tổng quan

Chương 2. Tác tử thông minh

Chương 3. Giải quyết vấn đề

Chương 4. Tri thức và suy diễn

• Tổng quan

• Logic mệnh đề

• Logic vị từ

• Biểu diễn tri thức

Chương 5. Học máy

2

Page 3: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Tác tử dựa trên tri thức

• Tri thức về thế giới– Là tập các sự kiện về thế giới (cơ sở tri thức của

nó), diễn đặt bằng một ngôn ngữ hình thức nào đó.

• Lập luận về thế giới– Tác tử có khả năng sinh ra các sự kiện mới từ các

sự kiện trong CSTT sử dụng cơ chế suy diễn.

• Tác động vào thế giới– Tác tử ánh xạ cảm nhận (perceipt) thành hành

động (action) bằng cách truy vấn và cập nhật CSTT.

3

Page 4: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

4

Tri thức là gì?

• Dữ liệu và Tri thức: là những dạng khác nhau của thông tin nên khó phân biệt rạch ròi

Tri thức

- ký hiệu tượng trưng

- tản mạn

- cấu trúc phức hợp

- VD: Đông y:

- hâm hấp sốt

- mạch nhanh/chậm

Dữ liệu

- số

- có cấu trúc

- cấu trúc đơn giản

- VD: Tây y:

- t0 390

- mạch 75

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 5: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

5

Phân loại tri thức

a. Tri thức mô tả: what?

– về tình huống (GT + KL): sự kiện

– về lĩnh vực: luật nếu … thì

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 6: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

6

Phân loại tri thức

b. Tri thức thủ tục: how?– Modus Ponens

– Modus Tollens

Tri thức cũ về tình huống --------→ Tri thức mới về t/huống

Hiểu biết về lĩnh vực

Modus Ponens Modus Tollens

A, A →B A →B, B

B A

• Ví dụ: Trán rộng →Thông minh

Bình: trán rộng Bình thông minh

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 7: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

7

Phân loại tri thức

c. Tri thức điều khiển: heuristic

– Chọn hướng suy diễn: tiến, lùi, hỗn hợp

– Chọn luật áp dụng: đảm bảo đủ, không

thừa, có cấu trúc, ngắn gọn

– Vẽ hình phụ

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 8: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

8

Ví dụ 1: Chứng minh bài toán hình học

• Mô tả?

• Thủ tục?

• Điều khiển?

Cho X = 600, Y = 600. CM XY = XZ, XY = YZ

Mô tả:

• Sự kiện: Bnhau(XY,UV) Bang(X,Y) Banggoc(X,a)

• Luật:

– Bnhau(XY,UV) bnhau(UV,XY)

– Bnhau(XY,UV) bnhau(XY,VU)

– Bang(Y,Z) bnhau(XY,XZ)

– Bnhau(XY,UV) bnhau(UV,ST) bnhau(XY,ST)

– ???

• Ban đầu: banggoc(X,60), banggoc(Y,60)

• Đích: bnhau(XY,XZ), bnhau(XY,YZ)

GT, KL, hình vẽ + Định lý, tính chất

Áp dụng định lý đường trung bình vào tam giác ABC ta có

Nghĩ → SD tiến, lùi; Viết → SD tiếnX

Y Z

60

60

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 9: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

9

Ví dụ 2

• Harry là 1 con thỏ Hare(Harry)

• Tom là 1 con rùa Tortoise(Tom)

• Thỏ chạy nhanh hơn rùa

• Harry chạy nhanh hơn Tom?

),()()(, yxOutrunsyTortoisexyHarex →

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 10: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

10

Tom và Harry

Tri thức mô tả:

• Giả thiết dưới dạng phép And

• Luật

• Kết luận

Tri thức thủ tục?

Tri thức điều khiển?

)()( TomTortoiseHarryHare

),()()( yxOutrunsyTortoisexHare →

),( TomHarryOutruns

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 11: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

11

Biểu diễn tri thức bằng logic hình thức

VD1. Bài toán con khỉ - nải chuối

Ban đầu:

Muốn:

1 2 3 4

CD

B

A

Hành động của khỉ:

• tại(A,x) tại (A,y)

• tại(A,x) tại(O,x) tại(A,y) tại(O,y)

• tại(A,x) tại(O,x) trên(A,O)

• tại(A,x) tại(O1,x) tại(O2,x)

trên(O1,O2)

tại(A,4) , tại(B,3) , tại(C,1), tại(D,2)

tại(B,2) , trên(C,B), trên(A,C), trên(D,A)

• Trên(O1,O2): đối tượng O1 nằm trên O2

• Tại(O,x): đối tượng O ở tại vị trí x

Page 12: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Khái niệm logic

• Logic là bộ 3 <L,S,R>

– L: ngôn ngữ của logic, là tập các câu diễn đạt theo 1

qui luật cú pháp chặt chẽ, sử dụng ngôn ngữ hình

thức.

– S: ngữ nghĩa của logic, mô tả ý nghĩa của các thành

phần trong L

– R: cơ chế suy diễn logic, bao gồm tập các luật sinh

trên ngôn ngữ L

• Các dạng logic:

– Propositional, First Order, Higher Order, Temporal,

Fuzzy, Modal, Linear, …

Page 13: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Nội dung môn học

Chương 1. Tổng quan

Chương 2. Tác tử thông minh

Chương 3. Giải quyết vấn đề

Chương 4. Tri thức và suy diễn

• Tổng quan

• Logic mệnh đề

• Logic vị từ

• Biểu diễn tri thức

Chương 5. Học máy

13

Page 14: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

14

Logic mệnh đề (Propositional Logic)

• 1 mệnh đề p là 1 phát biểu chỉ có nhận giá trị đúng (true, T, 1) hoặc sai (false, F, 0), liên kết với nhau tạo thành câu

• Các ký hiệu:

– Propositional variables: A,B,…,P,Q,…

– Logical constants: TRUE, FALSE

– Logical connectives:

• Câu:

– T và F là câu

– Các biến mệnh đề là câu: P, Q, R, S

– Nếu và là câu thì những biểu thức sau cũng là câu: (), , , , →,

,,,,

Page 15: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Logic mệnh đề (tiếp)

• Cú pháp:• Sentence -> Asentence | Csentence

• Asentence -> TRUE | FALSE | A | B|…

• Csentence -> (Sentence) | Sentence | Sentence

Connective Sentence

• Connective ->

• Ngữ nghĩa:– Ý nghĩa của TRUE là đúng, ý nghĩa của FALSE là sai

– Ý nghĩa của 1 biến logic mệnh đề có thể đúng hoặc sai phụ thuộc

vào phép gán biến Boolean cho biến logic đó

– Ý nghĩa của câu có thể đúng hoặc sai phụ thuộc vào việc dịch

câu đó

,,,,

Page 16: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

16

Các toán tử

• Hội (, and, và)

• Tuyển (, or, hoặc)

• Phủ định (,,not, không)

ABC A(BC)

AB→CD (AB)→(CD)

A→BCD (A→(BC))D

Thứ tự ưu tiên: →

• Kéo theo ()

• Tương đương ()

Các phép toán logic

Page 17: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

17

Ngữ nghĩa

• Ý nghĩa của một câu là giá trị chân lý của nó {T,F}. Ví dụ

P1,2 P2,2 P3,1

false true false

Một số luật đánh giá giá trị chân lý:

S đúng nếu S sai

S1 S2 đúng nếu S1 đúng và S2 đúng

S1 S2 đúng nếu S1 đúng hoặc S2 đúng

P1,2 (P2,2 P3,1) = true (true false)

= true true = true

Page 18: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

18

Bảng chân lý

• Dễ thấy ab ab ba

• biểu thức logic mệnh đề đều có thể đưa về dạng

biểu thức tương đương chỉ chứa phép ,,

• Giá trị chân lý của một biểu thức được tính dựa trên

bảng chân lý

Page 19: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

19

Các phép biến đổi tương đương

Hai câu có ý nghĩa tương đương nếu cùng giá trị đúng:

giao hoán

kết hợp

phủ định kép

tương phản

de Morgan

phân phối

Page 20: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

20

Các phép biến đổi tương đương

Các luật về 0, 1:

• A 0 0

• A 1 1

• 1 0

• A 0 A

• A 1 A

• 0 1

Luật bài trung:

• A A 1

Luật mâu thuẫn:

• A A 0

Luật hấp thu:

• (A (A B) A • (A (A B)) A

Page 21: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

21

Các phương pháp chứng minh

• Chứng minh sử dụng phương pháp tìm kiếm

• Hợp giải

• Suy diễn– Sinh các câu mới từ các câu cũ

– Chứng minh = áp dụng các luật suy diễn. Có thể sử dụng luật suy diễn như các toán tử trong phương pháp tìm kiếm chuẩn

– Thường đòi hỏi chuyển các câu sang dạng chuẩn Horn

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 22: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

22

Kỹ thuật chứng minh

BT = GT + KL

GT → KL

CM

GT + KL → ><

Suy diễn

BT = GT + KL

GT → KL

R

GT + R → KL

Lê Thanh Hương – Khoa CNTT - ĐHBKHN

Page 23: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

23

Hợp giải

• Luật hợp giải (Các câu cần được chuyển sang

dạng kết nối chuẩn trước khi hợp giải)

• Chứng minh KL: thêm KL vào CSTT để xem

có xung đột không

• Áp dụng hợp giải đến khi xuất hiện mâu

thuẫn

Page 24: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

24

Hợp giải

Dạng kết nối chuẩn (Conjunctive Normal Form - CNF)

E.g., (A B) (B C D)

• Luật hợp giải cho CNF:

l1 … lk, m1 … mn

l1 … li-1 li+1 … lk m1 … mj-1 mj+1 ... mn

trong đó li và mj bù nhau

E.g., P1,3 P2,2, P2,2

P1,3

Page 25: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

25

Chuyển đổi sang CNF

B1,1 (P1,2 P2,1)

1. Loại bỏ phép , thay α β bằng (α β)(β α).

(B1,1 (P1,2 P2,1)) ((P1,2 P2,1) B1,1)

2. Loại bỏ phép , thay α β bằng α β.

(B1,1 P1,2 P2,1) ((P1,2 P2,1) B1,1)

3. Đưa vào trong sử dụng luật de Morgan và phủ định kép:

(B1,1 P1,2 P2,1) ((P1,2 P2,1) B1,1)

4. Áp dụng luật phân phối đối với phép :

(B1,1 P1,2 P2,1) (P1,2 B1,1) (P2,1 B1,1)

Page 26: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

26

Ví dụ

(AB)→(C→D)

1. Loại bỏ phép suy ra

(AB)(CD)

2. Chuyển phủ định vào trong ngoặc

(AB)(CD)

3. Phân phối

(ACD)(BCD)

Page 27: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

27

Ví dụ

Chuyển đổi các công thức sau về dạng kết nối chuẩn:

1. P (P Q R)

2. (P Q) (P Q)

3. (P Q) (P Q)

4. (P Q) R

5. (P (Q R)) ((P S) R)

6. (P (Q R)) S

7. P Q R S

Page 28: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

28

Thuật toán hợp giải của

Robinson

Chứng minh bằng phản chứng: CSTT KL không thoả

mãn

Page 29: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

29

Thuật toán hợp giải của Robinson

Chứng minh bằng phản chứng: CSTT KL không thoả mãn

Giả sử có GT1, GT2,…,GTn. Cần CM KL → phản chứng

GT1

… ><

GTn

KL

Viết mỗi GTi, KL trên 1 dòng

Đưa GTi, KL về dạng chuẩn CNF

(p1…pn) (q1…qn) (*)

Tách mỗi dòng (*) thành các dòng con:

p1…pn

q1…qn

Page 30: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

30

Thuật toán hợp giải của Robinson

Xét 1 cặp dòng

u) pq

v) pr

Hợp giải:

w) qr

Vô lý xuất hiện khi

i) t

ii) t

đpcm

Page 31: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

31

Ví dụ

VD1:

1. a

2. a→b

3. b→(c→d)

4. c

Chứng minh d

VD2:

1. ab→c

2. bc →d

3. a

4. b

Chứng minh d

Page 32: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

32

Ví dụ

VD3:

1. p

2. p→q

3. qrs→t

4. p→u

5. v→w

6. u→v

7. v→t

Cho r,s. CM t

VD4:

1. ((ab)c)→(cd)

2. amd→f

3. m→bc

4. a→c

5. (af)→(eg)

6. (mf)→g

Cho a,m. CM g

Page 33: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

33

Ví dụ 5

1. a1 a2 a3 a4

2. a1 a5

3. a2 a3 a5

4. a2 a4 a6 a7

5. a5 a7

6. a1 a3 a6 a7

• Cho các mệnh đề a1, a2 đúng.

• Đưa các biểu thức logic trên về dạng chuẩn

• áp dụng phương pháp hợp giải của Robinson, chứng minh a7 đúng.

Page 34: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

34

Nhận xét

• Thuật giải Robinson vẫn vấp phải sự bùng nổ tổ hợp. Có thể áp dụng các heuristics:– Chiến lược ưu tiên các biểu thức đơn

– Chiến lược đơn giản hóa các biểu thức

– Chiến lược giảm số lần hợp giải

– Chiến lược sắp thứ tự các hợp giải

– Chiến lược tập tựa

• Thuật giải Robinson được áp dụng trong CM định lý tự động. 2 nhược điểm:– con người không tư duy theo cách này

– chúng ta bị mất ngữ nghĩa và nội dung thông tin khi chuyển về dạng câu CNF

Page 35: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

35

Suy diễn với logic mệnh đề

• Dạng chuẩn Horn

CSTT = tập các câu ở dạng chuẩn Horn

– Câu Horn =

• các ký hiệu mệnh đề

• biểu thức kết hợp các ký hiệu ký hiệu

– Ví dụ

C (B A) (C D B)

• Modus Ponens (dạng chuẩn Horn):

α1, … ,αn, α1 … αn β

β

• Có thể dùng cho suy diễn tiến và suy diễn lùi

• Các thuật toán này có độ phức tạp tuyến tính.

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 36: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

36

Suy diễn đối với logic mệnh đề

Bài toán: Cho 1 CSTT R={r1, …, rn},

ri là luật, ri có dạng p1…pm→q

Ngữ nghĩa:– Nếu p1 đúng và … và pm đúng

– thì q đúng

• Cho biết GT={f1,…,fu}

• Cần CM KL={q1,…,qv} đúng

• Ta nóiKLGT

R

*

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 37: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

37

Suy diễn đối với logic mệnh đề

Định nghĩa: Giả sử xét tập trung gian các sự kiện:

Nếu r: p1…pm→q và p1,…,pm Tgian

thì Tgian Tgian {q}

Nxét: quá trình SD là đơn điệu

GT TG1 TG2 … TGj

r

KLTGTGTGGTKLGT j

rrr

R

ijii

...21

* 21

GT

KL

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 38: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

38

Các phương pháp suy diễn

Modus Ponens: Modus Tollens:

A, A→B A→B, B

B A

• Suy diễn tiến: Xuất phát từ các mệnh đề/vị từ đã cho ban đầu, sử dụng các luật cho đến khi đưa ra kết luận mong muốn

• Suy diễn lùi: Xuất phát từ các kết luận mong muốn, xem những luật có khả năng suy ra chúng, thêm các tiền đề vào d/s các KL cần CM và cứ như vậy tiếp tục đến khi d/s KL cần CM rỗng.

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 39: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

39

Suy diễn tiến

Ý tưởng:

• áp dụng các luật có vế trái nằm trong CSTT

• bổ sung vế phải của các luật áp dụng vào CSTT

đến khi tìm thấy kết luận

Page 40: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

40

Ví dụ

VD1. Cho GT = {a,b,ma}. Tìm KL ={hc}

1. a,b,ma →c 6. a,B →hc

2. a,b,c → A 7. A,B →C

3. b,A → hc 8. B,C →A

4. a,b,c → B 9. A,C →B

5. a,b,c →C

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 41: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

41

Bài tập tại lớp

BT1. Cho GT={a }, KL={u}

1. a→ b

2. b → c

3. c → d

4. a → u

BT2. GT={a}, KL={u}

1. a → b

2. d → c

3. c → u

4. a → m

5. b → n

6. m → p

7. p → q

8. q → u

So sánh stack và queue

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 42: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

42

Thuật toán

Vào:

• Tập các mệnh đề/vị từ đã cho (ở dạng chuẩn Horn)

• Tập các luật RULE dạng p→q

• Tập các mệnh đề/vị từ kết luận KL

Ra:

• Thông báo “Thành công” nếu KL có thể suy ra từ GT

PP: /*Tgian là tập các mệnh đề/vị từ đúng cho đến thời điểm đang xét*/

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 43: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

43

Thuật toán{1 Tgian = GT;

Thoa = Loc(Tgian,R);

while Thoa <>0 and KLTgian do

{2 r get(Thoa); /* r: left → q */

R = R \ {r}; Vet = Vet {r};

Tgian = Tgian {q};

Thoa = Loc(Tgian,R)

}2

if KL Tgian then exit(“Thành công”)

else exit(“Không thành công”)

}1Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 44: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

44

Suy diễn lùi

VD:

1. A,C → B 6. a,B→ hc

2. a,b,ma →c 7. b,A → hc

3. a,b,c → A 8. c,S → hc

4. a,b,c → B 9. a,b,c → S

5. a,b,c → C 1’. ha,c → B

GT={a,b,ma}; KL={hc}

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 45: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

45

Suy diễn lùi

Ý tưởng: suy diễn lùi từ kết luận KL• kiểm tra xem KL đã được biết chưa, nếu không

• chứng minh bằng quay lui sử dụng các luật dẫn đến q

• Tránh lặp vô tận: – lưu trữ các đích đã được chứng minh

– trước khi chứng minh kiểm tra xem đích cần chứng minh đã có trong goal stack chưa?

• Tránh lặp lại công việc: kiểm tra xem KL mới – đã ở trong tập đã được chứng minh chưa

– đã làm nhưng thất bại chưa

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 46: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

46

Suy diễn lùi

Đầu:

• Goal = tập các sự kiện cần CM=KL

• Goal = {f| f cần CM cho đến thời điểm

hiện tại}

• Vet ={(f,j)| để CM f thì dùng luật j: leftj→f}

• Cờ Back = true khi quay lui

false không quay lui

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 47: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

47

f lấy từ GOAL

Tìm rj: leftj → f

Vet = Vet {(f,j)}

Goal = Goal leftj\GT

OK

(g,k) Vet:

Tìm (g,k) VET

rk: leftk → g; f leftk

Tìm luật (g,l), l>k

Goal = Goal\leftk

Goal = Goal leftl\GT

Vet = Vet {(g,l)}f = g

f KL?

not OK

Tìm được

Tìm được

f GT goal = 0?

s

đ

đ

đ

đ đ

s

s

s

s

đối với f thử dùng rj

Page 48: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

48

Suy diễn lùi

1. Quá trình SD lùi tương tự quá trình

tìm cây/đồ thị lời giải trong đồ thị V/H

2. Để tăng hiệu quả của thủ tục SDL, có

thể đưa vào 2 tập:

– Tập Đúng chứa các sự kiện đã được

khẳng định là đúng (đã xác định)

– Tập Sai chứa các sự kiện đã được khẳng

định là sai (không thể xác định)

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 49: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

49

Bài tập tại lớp

BT1. Cho GT={a,b,ma}, KL={hc}

1. a,b,ma → c

2. a,b,C → s

3. a,s → ha

4. b,s → hb

5. c,s → hc

6. a,B → hc

7. a,b,c → B

BT2. GT={a}, KL={u}

1. a → b

2. d → c

3. c → u

4. a → m

5. b → n

6. m → p

7. p → q

8. q → u

Page 50: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

50

So sánh SD tiến và SD lùi

• SD tiến hướng dữ liệu, tự động, không định hướng. Ví dụ, nhận dạng đối tượng, xác định hành trình

• Có thể làm rất nhiều việc không liên quan đến KL

• SD lùi hướng KL, thích hợp cho các bài toán giải quyết vấn đề. Ví dụ, tìm chìa khoá, lập kế hoạch thi TOEFL

• Độ phức tạo của SD lùi thường nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước của CSTT.

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN

Page 51: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Nội dung môn học

Chương 1. Tổng quan

Chương 2. Tác tử thông minh

Chương 3. Giải quyết vấn đề

Chương 4. Tri thức và suy diễn

• Tổng quan

• Logic mệnh đề

• Logic vị từ

• Biểu diễn tri thức

Chương 5. Học máy

51

Page 52: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

52

Logic vị từ cấp 1

(First Order Logic – FOL)

• Logic mệnh đề chỉ xử lý thông tin kiểu sự kiện đúng hoặc sai như “trời mưa”.

• Với logic vị từ cấp 1, biến được dùng thay cho các đối tượng cụ thể.

• FOL cho phép biểu diễn các đối tượng, thuộc tính của đối tượng, và quan hệ giữa các đối tượng.

• Vị từ p(x,…y) là một phát biểu chứa các biến x,…y sao cho khi x,…y nhận giá trị cụ thể thì p(x,…y) nhận giá trị đúng hoặc sai.

• VD. Nếu p(x,y,z) nghĩa là x.y = z thì tính chất giao hoán của phép nhân x.y = y.x được biểu diễn dưới dạng

x,y p(x,y,z) p(y,x,z)

• Logic vị từ cấp 1 còn sử dụng thêm các toán tử ,

Page 53: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Logic vị từ

• Các ký hiệu

– Biến: x, y, z,…

– Hằng: a, b, c, …

– Hàm (function): f, g, h, …

– Quan hệ (relation): p, r, s

– Toán tử logic:

– Lượng từ:

,,,,

,

Page 54: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Logic vị từ

• Biến, hằng, hàm được dùng để tạo toán tử (term)

– X, Bill, FatherOf(X), …

• Quan hệ và toán tử được dùng để tạo vị từ

– Tall(FatherOf(Bill)), Odd(X), Married(Tom,Marry),

Loves(Y,MotherOf(Y)), …

• Vị từ và các kết nối logic được dùng để tạo câu:

– Even(4), X. Even(X) Odd(X+1), X. X > 0

• Câu:

– True, False là câu

– Vị từ là câu

– Nếu là câu thì

là câu

,

,,,,),(,.,. xx

Page 55: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

Ngữ nghĩa của logic vị từ

• Biến: đối tượng (object)

• Hằng: thực thể (entity)

• Hàm: hàm ánh xạ đối tượng sang đối tượng

• Quan hệ: quan hệ giữa các đối tượng

• Lượng từ (quantifiers)

– đúng nếu P đúng với một số giá trị của x

– đúng nếu P đúng với mọi giá trị của x

• Toán tử logic (Logical connectives): giống logic mệnh

đề

Px.

Px.

Page 56: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

56

Chuyển đổi câu sang dạng logic vị từ

Page 57: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

57

1. Loại bỏ dấu suy ra

(→)(→)

2. Chuyển phủ định vào trong ngoặc

()

()

x,x,

x,x,

3. Đặt tên các biến khác nhau

x, y,(P(x)x,Q(x,y))x1,x2,(P(x1)x3,Q(x3,y2)

Các phép biến đổi tương đương

Page 58: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

58

Phép gán trị

VD: Định lý đường trung bình:

r1: trđ(U,XY) trđ(V,XZ) ss(UV,YZ)

Phép gán trị ={A/X,B/Z,D/Y,L/U,I/V}:

• r1: trđ(L,AD) trđ(I,AB) ss(LI,DB)

X

Y Z

U V

A

D B

L I

Page 59: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

59

Hợp giải Robinson cho logic vị từ1. Viết mỗi GTi, KL trên 1 dòng

2. Đưa GTi, KL về dạng chuẩn CNF

x1x2…xn [p1(…)…pn(…)] [q1(…)…qm(…)] (*)

3. Tách mỗi dòng (*) thành các dòng con:

x1x2…xn [p1(…)…pn(…)]

x1x2…xn [q1(…)…qm(…)]

tất cả đều với

4. Hợp giải:

u) p(x1,x2,…,xn) q(…)

v) p(y1,y2,…,yn) r(…)

5. Vô lý xảy ra khi

i) p(x1,x2,…,xn)

ii) p(y1,y2,…,yn)

với phép gán trị

n

n

n

n

y

z

x

z

y

z

x

z,,...,,

1

1

1

1=

w) q(…) r(…) với phép gán trị

n

n

n

n

y

z

x

z

y

z

x

z,,...,,

1

1

1

1=

Page 60: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

60

Ví dụ về bước 4

• Sử dụng phép gán trị nào để hợp giải

P(a,x,b), và

P(y,z,z)

• P(a,b,b)

• P(a,b,b)

x

b

z

b

y

a,,Phép gán trị =

Page 61: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

61

Ví dụ về bước 4 (tiếp)

• Sử dụng phép gán trị nào để hợp giải

P(a,x,x,b), và

P(y,y,z,b)

Page 62: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

62

Ví dụ về bước 4 (tiếp)

• Cho các sự kiện p(a,b), p(c,d), q(d,c,c) đúng

• Cho luật

p(x,y) q(y,x,x) r(x,y)

• Sử dụng các phép gán trị với luật trên, hãy đưa ra các sự kiện mới đúng.

• Gợi ý:

– Thử với p(x,y) p(a,b) hoặc p(x,y) p(c,d)

Page 63: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

63

Ví dụ về hợp giải

)()(.4

)()(.3

)()(.2

)()(.1

xSxR

xSxQ

xRxP

xQxP

)()(.5 xSxP

Hợp giải 1 và 3

Hợp giải 2 và 5

Hợp giải 4 và 6

)()(.6 xSxR

)(.7 xS

Chuyển về dạng chuẩn

)()(

)()(

)()(

)()(

xSxRx

xSxQx

xRxPx

xQxPx

Page 64: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

64

Bài toán con khỉ - nải chuối

• tại(C,1)

• tại(B,3)

• tại(A,4)

• tại(D,2)

• tại(A,x) tại (A,y)

• tại(A,x) tại(O,x) tại(A,y) tại(O,y)

• tại(A,x) tại(O,x) trên(A,O)

• tại(A,x) tại(O1,x) tại(O2,x) trên(O1,O2)

KL: tại(B,2) trên(C,B) trên(A,C) trên(D,A)

1 2 3 4

CD

B

A

KL: tại(B,2) trên(C,B) trên(A,C) trên(D,A)

Page 65: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

65

Bài tập

• Cho tập các phát biểu:

– John owns a dog

– Anyone who owns a dog is a lover of animals

– Lovers of animals do not kill animals

• Chứng minh:

– John does not kill animals.

Page 66: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

66

Bài tập

• Nếu xem một ai đó lừa dối người khác là kẻ bịp bợm và bất kỳ ai đồng tình với kẻ bịp bợm cũng là kẻ bịp bợm. Trong tập thể có một người nhút nhát đồng tình với kẻ lừa dối thì chắc chắn có 1 tên bịp bợm tính tình nhút nhát.

Page 67: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

67

Suy diễn đối với logic vị từ

VD1: Xét bài toán chứng minh hình học

I

A

L

D

K C

J

B

GT AI=IB, BJ=JC, CK=KD, DL=LA

KL IJKL là hình bình hành

Page 68: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

68

Suy diễn đối với logic vị từ1. trd(U,XY) → trd(U,YX)

2. trd(U,XY), trd(V,XZ) → ss(UV,YZ)

3. ss(XY,UV), ss(UV,ST)→ ss(XY,ST)

4. ss(XY,VU), ss(XV,YU) → hbh(XYUV)

5. ss(XY,UV) → ss(XY,VU)

6. ss(XY,UV) → ss(UV,XY)

GT:

trd(I,AB), trd(J,BC), trd(K,CD), trd(L,DA)

KL: hbh(IJKL)

Page 69: Chương 4 Tri thức và suy diễn - Đại học Bách

69

1. Fred là con chó giống Collie.

2. Sam là chủ của nó.

3. Hôm nay là thứ bảy.

4. Thứ bảy trời lạnh.

5. Fred là con chó được huấn luyện.

6. Chó spaniel và (chó collie được huấn luyện) là chó tốt.

7. Nếu một con chó tốt và có ông chủ thì nó sẽ đi cùng ông chủ.

8. Nếu thứ bảy và ấm thì Sam ở công viên.

9. Nếu thứ bảy và không ấm thì Sam ở viện bảo tàng.

• Hỏi fred ở đâu? X loc(fred,X)

1. collie(Fred).

2. owner(Sam, Fred).

3. day(sat).

4. cold(sat).

5. trained(Fred).

6. spaniel(X) (collie(X) trained(X)) → gooddog(X).

7. gooddog(X) owner(Y,X) loc(Y,Z)→ loc(X,Z).

8. day(sat) cold(sat) → loc(Sam, park).

9. day(sat) cold(sat) → loc(Sam,museum).

Lê Thanh Hương – Viện CNTT&TT -

ĐHBKHN