Bài giảng Trí tuệ nhân tạo - Chương 4: Biểu diễn tri thức - Nguyễn Văn Hòa

Chương 4: 
Biểu diễn tri thức
1
Nội dung

 Giới thiệu về tri thức 

 Biểu diễn và ánh xạ

 Các cách tiếp cận

 Các vấn đề trong biểu diễn tri thức

 Vấn đề khung

 
2
Tri thức là gì?

 Dữ liệu là các con số, ký hiệu mà máy tính có thể 
lưu trữ, biểu diễn, xử lý. Bản thân dữ liệu không 
có ý nghĩa. 

 Chỉ khi con người cảm nhận, tư duy thì dữ liệu 
mới có một ý nghĩa nhất định, đó chính là thông 
tin. 

 Tri thức là kết tinh, cô đọng, chắt lọc của thông 
tin. Tri thức hình thành do quá trình xử lý thông 
tin mang lại. 
3
Phân loại tri thức

 Các định lý tóan học, định luật vật lý là các tri 
thức mang tính khẳng định sự kiện.

 Các phương pháp điều chế hóa học, thuật toán là 
tri thức mang tính thủ tục.

 Các nhận định, kết luận về sự kiện, hiện tượng là 
tri thức mô tả.

 Các ước lượng, suy đoán hình thành qua kinh 
nghiệm là tri thức heuristic
4
Nhu cầu xử lý tri thức?

 Trí tuệ, sự thông minh phải dựa trên nền tảng của 
tri thức. Tuy nhiên, nó còn phụ thuộc vào việc 
vận dụng, xử lý tri thức. 

 Biểu diễn tri thức là việc đưa tri thức vào máy 
tính. Và chỉ có ý nghĩa nếu công việc tiếp theo: 
“xử lý tri thức được thực hiện”. 
5
Ví dụ về một hệ tri thức

 Cho 2 bình rỗng X, Y có thể tích lần lượt là Vx, 
Vy. Dùng 2 bình này để đong ra z lít nước.

 Cụ thể với Vx=5, Vy=7 và z=4, ta làm như sau: 
 Múc đầy bình 7
 Đổ qua cho đầy bình 5.
 Đổ hết nước trong bình 5
Đổ phần còn lại trong bình 7 qua bình 5
6

 Múc đầy bình 7
 Đổ từ bình 7 qua cho đầy bình 5
 Phần còn lại trong bình 7 là 4 lít
Biểu diễn tri thức

 Là phương pháp mã hoá tri thức, nhằm thành lập 
cơ sỡ tri thức cho các hệ thống dựa trên tri thức
: :
Tri thức thực
Của lĩnh vực
Tri thức
tính toánBằng cách nào ?
: 
7
Gồm Bảng ánh xạ giữa
Đối tượng thực  đối tượng
tính toán
Quan hệ thực quan hệ
tính toán
Gồm: đối tượng và các quan
hệ giữa chúng trong lĩnh vực
Bằng cách dùng các lược
đồ biểu diễn (scheme).
 Chọn dùng lược đồ cho
loại tri thức là vấn đề quan
trọng
Lược đồ biểu diễn tri thức

 Lược đồ logic
 Dùng các biểu thức trong logic hình thức, như phép 
toán vị từ, để biểu diễn tri thức. 
 Các luật suy diễn áp dụng cho loại lược đồ này 
 Ngôn ngữ lập trình hiện thực tốt nhất cho loại lược đồ 
này là: PROLOG

 Lược đồ thủ tục
8
 Biểu diễn tri thức như tập các chỉ thị lệnh để giải quyết 
vấn đề
 Các chỉ thị lệnh trong lược đồ thủ tục chỉ ra bằng cách 
nào giải quyết vấn đề
Lược đồ biểu diễn tri thức

 Lược đồ mạng 
 Biểu diễn tri thức như là đồ thị; các đỉnh như là các đối 
tượng hoặc khái niệm, các cung như là quan hệ giữa 
chúng
 Các ví dụ về loại lược đồ này gồm: mạng ngữ nghĩa

 Lược đồ cấu trúc
 Là một mở rộng của lược đồ mạng; bằng cách cho phép 
các nút có thể là một CTDL phức tạp gồm các khe 
9
(slot) có tên và trị hay một thủ tục
 Kịch bản (script), khung (frame), đối tượng (object) là 
ví dụ của lược đồ này
Biểu diễn và ánh xạ

 Tri thức của lĩnh vực:
 Là toàn bộ những hiểu biết về lĩnh vực đó
 Gồm: khái niệm, đối tượng, quan hệ giữa chúng, luật 
tồn tại giữa chúng, 
 Hiện tồn tại 1 số lược đồ ghi nhận tri thức

 Để giải bài toán AI cần:
Tri thức về bài toán (có thể nhiều)
10

 Phương tiện để xử lý tri thức như: retrieve, update, 
infer, 
Biểu diễn và ánh xạ

 Hình thức hóa tri thức
11
Biểu diễn và ánh xạ 

 Hai mức cấu trúc cho facts/representations
 Mức tri thức:

 Mức mà các sự kiện, gồm cách hành xử của agent (tác 
tử) và mục tiêu hiện tại, được mô tả.
 Mức ký hiệu:

 Mức mà sự biểu diễn của các đối tượng đã được chọn 
12
trong mức tri thức được viết ra ở dạng ký hiệu để có thể 
xử lý được bằng chương trình
Biểu diễn và ánh xạ 

 Ví dụ:
 Câu tiếng Anh:

 “Spot is a dog”

 “Every dog has a tail”
 Có thể được biểu diễn ở nhiều lược đồ

 Dạng logic (chương sau):

 1. dog(Spot).

 2. ∀X(dog(X) → hastail(X)).
Từ đó câu: “Spot has a tail”, có thể thu được qua các bước:
13



 3. Từ 2, X=“Spot”: dog(Spot) → hastail(Spot).

 4. Từ 1, 3: hastail(Spot).
 Ánh xạ ngược → “Spot has a tail”.
Biểu diễn và ánh xạ 

 Dạng mạng ngữ nghĩa (chương sau):
14
Biểu diễn và ánh xạ 

 Mô hình giải quyết vấn đề của con người và máy
15
Các cách tiếp cận

 Bốn thuộc tính của hệ thống biểu diễn tri thức:
 Khả năng biểu diễn tất cả các tri thức cần thiết cho lĩnh 
vực đó.
 Khả năng xử lý các cấu trúc sẵn có để sinh ra các cấu 
trúc mới tương ứng với tri thức mới được sinh ra từ tri 
thức cũ.
 Khả năng thêm vào cấu trúc những tri thức thông tin bổ 
sung mà nó có thể được dùng để hướng dẫn cơ chế suy 
luận theo hướng có nhiều triển vọng nhất.
16
 Khả năng thu được thông tin mới dễ dàng. 

 Trường hợp đơn giản nhất là chèn trực tiếp tri thức mới (do 
con người) vào cơ sở tri thức. Lý tưởng nhất là chương trình 
có thể kiểm soát việc thu được tri thức.
Các cách tiếp cận 

 Năng lực hiện nay:
 Không một hệ thống nào có thể tối ưu tất cả các khả 
năng trên cho mọi kiểu tri thức.
 Nhiều kỹ thuật dùng cho biểu diễn tri thức cùng tồn tại.
 Chương trình thường dùng nhiều hơn 1 kỹ thuật biểu 
diễn.
17
Các cách tiếp cận 

 Tri thức quan hệ đơn giản:
 Biểu diễn các sự kiện (facts) dạng khai báo như tập quan 
hệ đã dùng trong CSDL quan hệ - xem ví dụ sau
18
Các cách tiếp cận 

 Tri thức có khả năng thừa kế:
 Một dạng bổ sung cơ chế suy diễn vào cơ sở tri thức 
quan hệ nói trên, đó là: thừa kế thuộc tính.
 Thừa kế thuộc tính:

 Tổ chức các đối tượng thành các lớp (class).

 Các lớp được sắp xếp vào hệ thống phân cấp (hierachy) –
có lớp cha (tổng quát) và lớp con (cụ thể).
19

 → Các lớp con thừa kế các thuộc tính từ lớp cha.
Các cách tiếp cận 

 Tri thức có khả năng thừa kế (tt.):
 Line:

 Thuộc tính
Box:

 Đối tượng, Trị (Value) của thuộc tính của đối tượng.
 Arrow:

 Từ đối tượng sang trị của thuộc tính.
20
Các cách tiếp cận 

 Tri thức suy diễn:
 Thừa kế thuộc tính ở trên là 1 dạng suy diễn
 Logic truyền thống: cung cấp dạng suy diễn mạnh hơn
 Tri thức suy diễn: cần thủ tục suy diễn
 Thủ tục suy diễn: nhiều dạng

 Forward (tiến): Đi từ sự kiện đến kết luận

 Backward (lùi): Đi từ kết luận đến sự kiện đã cho
21

 Thủ tục thường dùng: resolution – xem chương 5.
Các cách tiếp cận 

 Tri thức thủ tục:
 Tri thức trong các ví dụ trước: Tĩnh, dạng khai báo
 Một dạng tri thức khác: chỉ ra hành động được thi hành 
khi điều kiện nào đó thoả → tri thức thủ tục
 Cách biểu diễn trong chương trình

 Viết bằng các NNLT (LISP chẳng hạn)

 ⇒Máy sẽ thực thi mã để thực hiện công việc
22
 Trở ngại

 Khó viết CT suy diễn về hành vi của CT khác

 Cập nhật/debug số lượng lớn mã → khó khăn
Các cách tiếp cận 

Tri thức thủ tục (tt):
(defun fun1 (lis)
(cond
((null lis) 0)
((not (listp (car lis)))
(cond 
((eq (car lis) nil) (fun1 (car lis)))
(T (+ 1 (fun1 (cdr lis))))
)
23
)
(T (+ (fun1 (car lis)) (fun1 (cdr lis)))) 
)
)
Các cách tiếp cận 

 Tri thức thủ tục (tt): dùng luật sinh (production 
rule)
Luật sinh và cách sử dụng chúng: là định hướng hoạt 
động hơn các dạng biểu diễn nói trước đây.
 Tuy phân biệt đâu là tri thức khai báo hay thủ tục là 
một công việc khó khăn.
24
Các vấn đề trong biểu diễn tri thức

 Có những thuộc tính cơ bản nào của đối tượng mà 
chúng xuất hiện trong mọi lĩnh vực không?

 Nếu có: đó là những thuộc tính nào?

 Có chắc chắn là chúng sẽ được xử lý thích hợp 
trong từng cơ chế được đề nghị không?

 Có quan hệ quan trọng nào tồn tại cùng với thuộc 
25
tính không?
Các vấn đề trong biểu diễn tri thức

 Tri thức được biểu diễn đến mức chi tiết nào?

 Có tồn tại những primitive cơ bản mà qua đó tất 
cả tri thức được biểu diễn?

 Sử dụng primitives có ích không?

 Tập các đối tượng được biểu diễn như thế nào?

 Với số lượng lớn tri thức được chứa trong CSDL, 
26
Bằng cách nào truy xuất những thành phần cần 
thiết?
Các vấn đề trong biểu diễn tri thức

 Các thuộc tính quan trọng:
 1. Instance:

 Cho biết quan hệ thành viên giữa đối tượng và lớp 
nó thuộc vào
 2. Isa

 Cho biết một lớp là con của lớp khác

 Cặp thuộc tính trên cho phép khả năng thừa kế thuộc 
27
tính

 Chúng có thể được gọi và biểu diễn khác nhau trong 
nhiều hệ thống tri thức
Các vấn đề trong biểu diễn tri thức

 Các quan hệ cùng với các thuộc tính:
 Thuộc tính: entity | relationship
 Có tính chất quan trọng:

 Đảo

 Tồn tại trong một hệ thống Isa

 Các kỹ thuật để suy diễn giữa các giá trị
Các thuộc tính đơn trị
28


Các vấn đề trong biểu diễn tri thức

 Các quan hệ cùng với các thuộc tính:
29
Vấn đề khung

 Khung
 Mỗi frame mô tả một đối tượng (object). 
 Một frame bao gồm 2 thành phần cơ bản là slot và 
facet. 
 Một slot là một thuộc tính đặc tả đối tượng được biểu 
diễn bởi frame. Ví dụ : trong frame mô tả xe hơi, có hai 
slot là trọng lượng và loại máy. 
 Mỗi slot có thể chứa một hoặc nhiều facet. 
 Các facet (đôi lúc được gọi là slot "con") đặc tả một số 
30
thông tin hoặc thủ tục liên quan đến thuộc tính được 
mô tả bởi slot. Facet có nhiều loại khác nhau, sau đây 
là một số facet thường gặp: value, default value, 
range,
Vấn đề khung

 Bằng cách nào biểu diễn hiệu quả chuỗi trạng thái 
cho bài toán tìm kiếm?

 Bài toán robot:
 on(Plant12, Table34).
 under(Table34, Window13).
 in(Table34, Room15).
→ 1 trạng thái = danh sách các facts trên.
→ bất tiện: danh sách dài.
31
từ trạng thái A → B: nhiều facts không thay đổi.

 Vấn đề khung: bài toán về biểu diễn facts thay đổi 
cùng với những facts không được biết.
Vấn đề khung 

 Sử dụng các tiền đề khung:
 Mô tả tất cả những cái sẽ không thay đổi khi áp dụng 1 
toán tử cụ thể nào đó để chuyển từ trạng thái n → n+1
 Ví dụ:

 “Vật X có màu Y tại trạng thái S1 thì cũng có màu Y tại trạng 
thái S2 khi di chuyển X từ S1 → S2’
color(X,Y, S1) ^ move(X,S1,S2) color(X,Y,S2).
32

 →

 Bất tiện:
→ Số tiền đề nhiều.
Vấn đề khung 

 Sử dụng giả định:
 Những cái thay đổi: ghi tường minh hoặc được dẫn ra 1 
cách logic từ những cái thay đổi.

 Hai cách tiếp cận dùng cho backtrack trên chuổi 
trạng thái:
 Không thay đổi mô tả đầu. Ghi nhận sự thay đổi cụ thể 
tại node cần thay đổi.
33
 Thay đổi mô tả đầu. Ghi nhận những gì cần làm khi 
undo tại trạng thái đó.