Phương pháp luận sáng tạo trong khoa học
Hiện nay công nghệ thông tin đang phát triển một cách nhanh chóng và được
ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực trong đời sống như Internet đã phát triển vượt
bậc cung cấp kho tri thức khổng lồ cho con người, phát triển mạnh các công nghệ
hỗ trợ tương tác giữa máy tính và con người… Từ điểm xuất phát ban đầu của một
máy tính được tạo ra nhằm hỗ trợ các tính toán thông thường thì bây giờ máy tính
đã vươn tới các ứng dụng phức tạp, áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: hóa
học, vật lý, y học… cung cấp cho hóa học, vật lý các phòng thí nghiệm ảo, mô
phỏng các hiện tượng trên thực tế đã giảm chi phí thực nghiệm hay đã cung cấp
các thiết bị thông minh ứng dụng trong sinh học hỗ trợ sự sống cho con người như
bộ phận thân thể nhân tạo, hỗ trợ tim thông minh, các dịch vụ y tế nâng cao…
Sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin được dựa trên sự phát triển của
công nghệ phần cứng và sự phát triển các thuật toán - thuật giải. Sự phát triển của
công nghệ phần cứng theo định luật Moore được khái quát lại “Sau 18 tháng khả
năng của máy tính được nâng lên gấp đôi”. Quy luật trên đã nhìn nhận đúng về quá
trình phát triển các bộ vi xử lý máy tính từ những năm của thập kỷ 70 đến nay, tuy
trong tương lai có thể thay đổi nhưng từ định luật Moore đã phản ánh được sự phát
triển vũ bão của công nghệ phần cứng giúp đưa máy tính lại gần hơn với con
người, từ những máy tính cồng kềnh trở thành những máy tính cá nhân với hiệu
suất ngày càng nâng cao. Nhưng với đòi hỏi ngày càng cao của con người, cần giải
quyết các vấn đề ngày càng hóc búa thì sự phát triển tính toán dựa trên phần cứng
vẫn chưa đủ. Một ví dụ đơn giản nếu một mật mã được mã hóa bằng một chuỗi
thập phân 30 chữ số thì với một siêu máy tính thực hiện 1 tỉ lần thử và sai trong 1
giây thì phải mất hàng tỉ năm mới tìm được lời giải. Do đó, việc phát triển các
phương pháp giải quyết các bài toán trên tin học đã trở thành một điều cấp thiết.
Nó đã được phát triển ngay khi máy tính ra đời với khả năng được lập trình nhằm
nâng cao khả năng máy tính, bổ sung cho máy tính những quá trình lập luận, tính
toán của con người.
Quay lại ví dụ mật mã ở trên, nếu chúng ta khai thác được các thông tin về độ
tốt của mật mã đang thử thì có thể giải quyết vấn đề nhanh hơn. Vậy:“Bằng cách
nào để biết được giữa 2 mật mã, mật mã nào nhanh hơn ?”. Độ tốt của một mật mã

khác là một điều tất yếu và xảy ra thường xuyên, nhất là các quy luật, thực thể
trong tự nhiên. Tự nhiên là một quá trình vận động, phát triển xuyên suốt hàng tỉ
năm nên tự nhiên chứa trong nó những quy luật, những mô hình đúng đắn. Với
công nghệ được phát triển đã cho phép con người nghiên cứu tỉ mỉ các vấn đề
trong tự nhiên mà trước giờ được xem là bí ẩn nhằm phát hiện ra các quy luật có
ích để áp dụng vào trong cuộc sống. Một ví dụ đơn giản, các kiến trúc sư hiện nay
đang quan tâm đến kiến trúc, cấu tạo của các tổ kiến và tổ mối nhằm xây dựng hệ
thống không khí cho các tòa nhà. Tổ kiến, tổ mối luôn có một nhiệt độ ổn định bất
Thuật giải di truyền và sáng tạo khoa học Trang 2
Phương pháp luận sáng tạo trong khoa học
chấp việc chêch lệch với nhiệt độ bên ngoài. Từ việc quan sát này, các kỹ sư sẽ bắt
chước hệ thống không khí trong các tổ mối để thiết kế hệ thống không khí cho các
tòa nhà cao tầng nhằm đảm bảo sự ổn định về nhiệt độ, tiết kiệm điện năng và gần
gũi với hơn tự nhiên để bảo vệ môi trường. Xem xét lại trong tin học, hiện nay các
thuật giải mang ý tưởng tự nhiên đang được phát triển và ứng dụng rất nhiều: như
lớp thuật giải tiến hóa bao gồm thuật giải di truyền, chiến lược di truyền… hay lớp
thuật giải mang tính “thông minh bầy đàn” (Swarm Intelligent) gồm thuật giải tối
ưu dựa cá thể bầy đàn, thuật giải mô phỏng quá trình truyền tin của bầy kiến… Do
vậy, hiện giờ có thể khẳng định việc áp dụng những quy luật ở lĩnh vực khác vào
trong tin học, mở rộng các thuật giải là một xu hướng tất yếu. Đó là quá trình
chuyển hóa những điều thực tế, quy luật đúng đắn trong cuộc sống vào trong
phương pháp giải quyết bài toán trên máy tính. Có nhiều quy luật ở lĩnh vực khác
đã và đang được áp dụng thành công trong tin học, đặc biệt có một mảng thành
công lớn đó là sử dụng các quy luật trong ngành sinh học để tiếp cận với lời giải
trong các bài toán tin học, đặc biệt là các quy luật tiến hóa. Một trong những ứng
dụng quy luật tiến hóa rộng rãi và nổi bật được áp dụng vào trong tin học đó là
thuật giải di truyền. Thuật giải di truyền được chọn ở đây cũng nhằm mục đích trả
lời câu hỏi có hay không thuật giải mà lối giải quyết gần gũi với con người nhưng
vẫn khai thác sức mạnh tính toán trên máy tính.
Khái niệm thuật giải di truyền được phát triển từ những năm của thập kỷ 70 bởi

• Bước 4: Dựa trên hệ số thích nghi của các giải pháp để thực hiện sự tạo sinh
và biến hóa các giải pháp: Các phương thức biến hóa gồm: lai ghép, đột biến
• Bước 5: Tính các hệ số thích nghi cho các giải pháp mới và loại bỏ những
giải pháp kém nhất để chỉ còn giữ lại một số nhất định các giải pháp.
• Bước 6: Nếu chưa tìm được giải pháp tối ưu hay tương đối khá nhất hay
chưa hết hạn kỳ ấn định, trở lại bước 4 để tìm giải pháp mới .
• Bước 7: Tìm được giải pháp tối ưu hoặc nếu thời gian cho phép đã chấm dứt
thì báo cáo kết quả tính được.
Như các bước kể trên, bên trong thuật giải di truyền chứa các khái niệm liên
quan đến di truyền học: lai ghép, đột biến. Đây là phép dùng di truyền học để tạo
các cá thể con từ cá thể cha mẹ.Do vậy thuật giải di truyền bên cạnh việc mang tư
tưởng của thuyết tiến hóa về sự thích nghi của quần thể (gồm nhiều cá thể) mà còn
được hiện thực hóa với các phương pháp của di truyền học thông qua khái niệm lai
ghép, đột biến. Như trong di truyền học, phép lai ghép, đột biến diễn ra trên các
Thuật giải di truyền và sáng tạo khoa học Trang 4
Phương pháp luận sáng tạo trong khoa học
nhiễm sắc thể và tương tự trong thuật giải di truyền cũng có khái niệm nhiễm sắc
thể, đó là sự biểu diễn của bài toán thành các dạng thích hợp nhằm có thể thực hiện
được các phép di truyền kể trên để tạo ra các giải pháp giải quyết vấn đề mới. Hiện
nay, nhiễm sắc thể của một bài toán có thể biểu diễn thành nhiều dạng: nhị phân,
thập phân, chữ, hỗn hợp. Nhưng trong phạm vi bài luận này chỉ nhắc đến việc biểu
diễn cổ điển của nhiễm sắc thể đó là dạng nhị phân.
Thuật giải di truyền theo hướng cổ điển, nhiễm sắc thể sẽ được biểu diễn dưới
dạng nhị phân. Ưu điểm khi biểu diễn nhị phân giúp dễ dàng phân tích lý thuyết và
cho xây dựng các toán tử di truyền “đẹp”. Khi bài toán đòi hỏi độ chính xác cao,
trong không gian có số chiều lớn thì biểu diễn nhị phân sẽ không thích hợp do cần
số bit hiển thị quá lớn cũng như phải mã hóa để tính giá trị thích nghi. Do đó, xu
hướng của thuật giải di truyền gần đây là các nhiễm sắc thể được biểu diễn dưới
các dạng số thực, chữ số nhằm tăng khả năng linh hoạt cho khả năng giải quyết vấn
đề.