ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BIỂU DIỄN TRI THỨC
VÀ ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG MẠNG TÍNH TOÁN
TRONG HÓA HỌC
GVHD: PGS TS. Đỗ Văn Nhơn
HVTH: Nguyễn Thành Thiện
MSHV: CH1301059
Lớp cao học khóa 9
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
`
TP Hồ Chí Minh, tháng 3/2014

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 2
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG I
CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC CƠ BẢN 5
1. Logic mệnh đề và logic vị từ 5
2. Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn 5
3. Biểu diễn tri thức bằng mạng ngữ nghĩa 6
CHƯƠNG II.
MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC COKB 8
1. Đối tượng tính toán (C-Object) 8
2. Mô hình cho một C-Object 9
3. Các thành phần của mô hình COKB 10
CHƯƠNG III.

hiện nay. Do khả năng và kiến thức có hạn, nên bài viết còn nhiều sai sót. Em xin chân
thành cảm ơn thầy đã giảng dạy và hướng dẫn để hoàn thành bài viết này.

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 4
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
CHƯƠNG I
CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRI THỨC CƠ BẢN
1. Logic mệnh đề và logic vị từ
Dạng biểu diễn tri thức cổ điển nhất trong máy tính là logic, với 2 dạng phổ
biến là logic mệnh đề và logic vị từ. Cả 2 dạng này đều dùng ký hiệu để biểu diễn
tri thức và các toán tử áp lên các ký hiệu để suy luận logic. Logic đã cung cấp
cho các nhà nghiên cứu những công cụ hình thức để biểu diễn và suy luận tri
thức. Các phép tóan logic được sử dụng phổ biến của dạng là: and ( Λ ), or ( V ),
not ( ~ ) và phép kéo theo ( → ), tương đương ( ≡ ).
Kiểu biểu diễn tri thức vị từ giống như hàm trong các ngôn ngữ lập trình,
đối tượng tri thức là tham số của hàm, giá trị mệnh đề chính là kết quả của hàm.
Biểu diễn tri thức bằng mệnh đề gặp khó khăn là không thể can thiệp vào
cấu trúc của một mệnh đề → đưa ra khái niệm lượng từ, vị từ. Với vị từ có thể
biểu diễn tri thức dưới dạng các mệnh đề tổng quát.
2. Biểu diễn tri thức bằng luật dẫn
Phương pháp biểu diễn tri thức bằng luật dẫn được phát minh bởi Newell và Simon,
trong lúc hai ông đang cố gắng xây dựng một hệ giải bài toán tổng quát. Đây là một kiểu
biểu diễn tri thức có cấu trúc. Ý tưởng cơ bản là tri thức có thể được cấu trúc bằng một cặp
giả thiết và kết luận dưới dạng: nếu <giả thiết> thì <kết luận>. Đây là dạng biểu diễn tri
thức rất phổ biến. Mô hình biểu diễn tri thức dạng này thường bao gồm: tập các ký hiệu mô
tả các sự kiện (có cấu trúc đơn giản) và tập luật dẫn. Trong đó phần giả thiết và kết luận
của luật là tập các sự kiện. Mỗi sự kiện được mô tả có cấu trúc đơn giản như (tên đối tượng
- thuộc tính - giá trị). Ví dụ: quả cam – màu vàng.
Phương pháp suy luận trong cách biểu diễn tri thức dạng này là sử dụng suy diễn tiến
và suy diễn lùi:

Con
mèo
lông
trên cạn
có
sống
đuôi
có
là
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
- Thêm một đối tượng tổng quát hơn
Cơ chế suy diễn thực hiện theo thuật toán “loang” đơn giản:
Bước 1: Kích hoạt những đỉnh hình tròn đã cho ban đầu (những yếu tố đã có giá trị).
Bước 2: Lặp lại bước sau cho đến khi kích hoạt được tất cả những đỉnh ứng với
những yếu tố cần tính hoặc không thể kích hoạt được bất kỳ đỉnh nào nữa.
Nếu một đỉnh hình chữ nhật có cung nối với n đỉnh hình tròn mà n-1 đỉnh hình
tròn đã được kích hoạt thì kích hoạt đỉnh hình tròn còn lại (và tính giá trị đỉnh còn lại
này thông qua công thức ở đỉnh hình chữ nhật).

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 7
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
CHƯƠNG II.
MÔ HÌNH BIỂU DIỄN TRI THỨC COKB
1. Đối tượng tính toán (C-Object)
Trong nhiều vấn đề giải toán dựa trên tri thức ta thường đề cập đến các đối tượng
khác nhau và mỗi đối tượng có cấu trúc bao gồm một số thuộc tính với những quan hệ nhất
định. Những quan hệ này giúp ta thực hiện sự suy diễn, tính toán và giải một số bài toán
suy diễn-tính toán trên các thuộc tính của đối tượng. Ví dụ: trong giải toán hình học, một
tam giác với các thuộc tính như 3 cạnh, 3 góc trong, diện tích, nửa chu vi, bán kính vòng
tròn ngoại tiếp, v.v … cùng với các công thức liên hệ giữa các thuộc tính đó sẽ cho ta một

Attr(O) và B ⊂ Attr(O). Nói một cách khác, đối tượng có khả năng trả lời câu hỏi
rằng có thể suy ra được các thuộc tính trong B từ các thuộc tính trong A không.
 Thực hiện các tính toán
 Thực hiện việc gợi ý bổ sung giả thiết cho bài toán
 Xem xét tính xác định của đối tượng, hay của một sự kiện
2. Mô hình cho một C-Object
Một C-Object có thể được mô hình hóa bởi một bộ:
(Attrs, F, Facts, Rules)
Trong đó: Attrs là tập hợp các thuộc tính của đối tượng, F là tập hợp các quan hệ suy
diễn tính toán, Facts là tập hợp các tính chất hay các sự kiện vốn có của đối tượng, và Rules
là tập hợp các luật suy diễn trên các sự kiện liên quan đến các thuộc tính cũng như liên
quan đến bản thân đối tượng.
Ví dụ: Đối tượng (C-Object) thuộc loại “TAM_GIAC” được biểu diễn theo mô hình
trên gồm có:
 Attrs = { GocA, GocB, GocC, a, b, c, ha, hb, hc, ma, mb, mc, pa, pb, pc, S, p,
R, r, ra, rb, rc }
 F = { GocA + GocB + GocC = Pi, a*sin(GocB) = b*sin(GocA),
a^2 = b^2 + c^2 - 2*b*c*cos(GocA), . . . }
 Facts = {}
 Rules = { {GocA = GocB}⇒ {a = b},
{a = b} ⇒ {GocA = GocB},
{a^2 = b^2+c^2}⇒{GocA=pi/2},
{GocA=pi/2} ⇒ {a^2 = b^2+c^2, b ⊥ c}, }

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 9
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
3. Các thành phần của mô hình COKB
Mô hình cơ sở tri thức của các đối tượng tính toán (mô hình COKB) gồm 6
thành phần:
(C, H, R, Ops, Funcs, Rules)

- Sự kiện loại 11: Sự kiện về sự phụ thuộc của một hàm theo các hàm hay các đối
tượng khác thông qua một công thức tính toán.
Mô hình biểu diễn này sử dụng cách tiếp cận hướng đối tượng để biểu diễn tri thức.
Do đó, sử dụng mô hình này giúp dễ thiết kế các mô hình cho những ứng dụng cụ thể vá
thiết kế các giải thuật.

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 11
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
CHƯƠNG III.
MẠNG CÁC ĐỐI TƯỢNG TÍNH TOÁN
1. Mạng con, đối tượng tính toán
Là một dạng biểu diễn tri thức về các vấn đề tính toán và được áp dụng một cách có
hiệu quà để giải quyết một số dạng bài tóan. Mỗi mạng tính tóan là một mạng ngữ nghĩa
chứa các biến và những quan hệ có thể cài đặt sử dụng cho việc tính toán.
Một mạng tính toán (M,F) được gọi là một mạng con của mạng tính toán (M’,F’) nếu
thỏa các điều kiện sau đây :
(1) M ⊆ M’,
(2) F ⊆ F’,
(3) M(f) ⊆ M’(f), với mọi f∈ F.
Đối với mỗi đối tượng tính toán O, có một tập biến và một tập các quan hệ tương ứng.
Tập các biến và tập các quan hệ của đối tượng O lần lượt được ký hiệu là M(O), F(O). Từ
đó ta có thể viết :
O = ( M(O), F(O) )
Ngoài ra đối tượng tính toán, giả sử là O, còn có khả năng đáp ứng lại một số thông
điệp yêu cầu từ bên ngoài. Trong các khả năng đó của đối tượng tính toán ta có thể kể đến
những điểm sau đây :
(1) Xác định bao đóng (trong đối tượng O) của một tập A ⊆ M(O).
(2) Xác định tính giải được của một bài toán A → B,
trong đó A ⊆ M(O), B ⊆ M(O).
(3) Tìm một lời giải tốt cho bài toán A → B trên mạng ( M(O), F(O) ),

m
)
=

.
M(O) =
M(O
i
i 1
n
)
=

.
M là tập hợp những biến được xem xét trên mạng, kể cả các biến thuộc
các tập M(f
i
).
M
i
= M ∩ M(O
i
),i=1,2, , m.
Theo cách ký hiệu trên, M
i
là tập hợp những biến của đối tượng O
i
được xem xét trên
mạng các đối tượng tính toán. Ngoài ra ta còn có :
M(O

end
else

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 13
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
Solution_found ← false;
3. Repeat
Ao ← A;
Chọn ra một f ∈ F;
while not Solution_found and (chọn được f) do
begin
if ( f đối xứng and 0 < Card (M(f) \ A) ≤ r(f) ) or
( f không đối xứng and ∅ ≠ M(f) \ A ⊆ v(f) ) then
begin
A ← f(A);
Solution ← Solution ∪ {f};
end;
if B ⊆ A then
Solution_found ← true;
Chọn ra một f ∈ F;
end; // { while }
Until Solution_found or (A = Ao);
4. if not Solution_found then
begin
Chọn ra một O
i
∈ O (theo thứ tự ưu tiên đã nói ở trên) sao cho
O
i
(A) ≠ A;

đó như một mạng tính toán mà mỗi phản ứng là một quan hệ của mạng. Và áp dụng để giải
2 loại bài toán sau:
- Nhận diện loại phương trình phản ứng?
- Cho một số chất, hỏi có điều chế được một vài chất nào đó không?
- Tìm các phương trình phản ứng để biểu diễn dãy các biến hóa sau:
Zn → ZnO → ZnSO
4
1. Thiết kế cơ sở tri thức cho miền hóa học vô cơ
Tri thức được mô hình hóa bằng mô hình COKB gồm 4 thành phần:
(C, H, Funcs, Rules)
1.1. Tập C - tập hợp các khái niệm đối tượng
Tập C bao gồm các khái niệm: “Axit”, “Bazơ”, “Muối”, “Oxit”, “Kim
loại”
- “Axit”: phân tử axit gồm có một hay nhiều nguyên tử H liên kết gốc axit.
- “Bazơ”: phân tử bazơ gồm có một nguyên tử kim loại liên kết với một hay
nhiều nhóm OH.
- “Muối”: phân tử muối gồm có một hay nhiều nguyên tử kim loại liên kết
với một hay nhiều gốc axit.
1.2. Tập H - tập hợp các quan hệ phân cấp giữa các loại đối tượng
- “Axit có oxi” và “Axit không có oxi” là các khái niệm của “Axit”.
- “Bazơ tan” và “Bazơ không tan” là các khái niệm của “Bazơ”.
- “Muối trung hòa” và “Muối axit” là các khái niệm của “Muối”.
1.3. Tập Funcs - tập hợp các hàm
Cân bằng phương trình phản ứng hóa học.
1.4. Tập Rules – tập hợp các luật
Các loại phản ứng hóa học cơ bản:

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 15
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
- “Axit” + “Bazơ” → “Muối” + “Nước”.

2
O ? H
2
SO
4
] }
F = { tập các phương trình phản ứng hóa học }
G = {}
Bài toán 3

: Viết các PTPU để thực hiện các biến hóa theo các sơ đồ sau đây:
ZnS → SO
2
→ H
2
SO
4
ZnS → ZnO → ZnCl
2
Mô hình bài toán:
O = { [ZnS, SO
2
, H
2
SO
4
], [ZnS, ZnO, ZnCl
2
] }
F = { tập các phương trình phản ứng hóa học }

)
2
+ H
2
SO
4
→ . . .
Mô hình bài toán:
O = { [Mg + H
2
SO
4
= …],
[Fe(OH)
3
+ H
2
SO
4
= …],
[K
2
CO
3
+ H
2
SO
4
= …],
[Ba(NO

SO
4
] }
F = { tập các phương trình phản ứng hóa học }
G = {}

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 17
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
KẾT LUẬN
Qua bài viết trên cho chúng ta có cái nhìn khái quát về các phương pháp biểu diễn tri
thức.Với mô hình COKB là một mô hình rất tốt cho việc biểu diễn các tri thức của con
người, đặc biệt là các tri thức về Toán học, Vật lý, Hóa học Hơn nữa, sự mở rộng của mô
hình COKB bằng việc thêm bớt các thành phần đối tượng một cách dễ dàng để phù hợp với
từng bài toán cụ thể.
Quá trình suy diễn để tìm ra được các phương trình phản ứng cần cho quá trình điều
chế, nhưng các phương trình đó chưa được tối ưu (phản ứng đắt tiền trong thực tế, chưa
nhận ra được chất kết tủa ). Hướng phát triển:
- Tối ưu được phương trình phản ứng cần cho quá trình điều chế.
- Kế thừa để phát triển thành bài toán Nhận biết chất hóa học.

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 18
Ứng dụng mạng tính toán trong hóa học
TÀI LỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS Đỗ Văn Nhơn - Giáo trình môn Biểu diễn tri thức.
[2] PGS.TS. Đỗ Văn Nhơn, Computational Networks for Knowledge Representation
[3] PGS.TS. Văn Nhơn, Model for Knowledge Bases of Computational Objects
[4] GS.TS Hoàng Kiếm, PGS.TS. Văn Nhơn, Mô hình tri thức về các đối tượng tính toán
[5] GS.TS HOÀNG KIẾM, PGS.TS. ĐỖ VĂN NHƠN, Mạng tính toán và ứng dụng

Biểu diễn tri thức và ứng dụng Trang 19