MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong nhiều năm trở lại đây, với nhu cầu về hội nhập ngày càng cao giữa các quốc gia cả về kinh tế lẫn văn hóa, yêu cầu về ngoại ngữ, đặc biệt là tiếng Anh, trở thành một vấn đề cấp thiết với mỗi ngƣời. Nhƣng nhiều ngƣời không có đủ thời gian cũng nhƣ điều kiện để tham gia các lớp học thêm hoặc các câu lạc bộ để nâng cao trình độ của mình. Chính vì vậy cần có những phần mềm, công cụ để hỗ trợ ngƣời học tiếng Anh ở bất cứ nơi đâu, vào bất cứ thời gian nào.
Hiện nay đã có nhiều công cụ hƣớng tới mục đích đó, song mỗi công cụ, phần mềm đều có những hạn chế riêng, đặc biệt là tính thụ động. Ngƣời học hầu nhƣ chỉ tham gia vào các hoạt động đƣợc thiết kế từ trƣớc trên công cụ, ít có sự tƣơng tác hai chiều. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc mỗi ngƣời sở hữu cho mình một chiếc điện thoại thông minh hiện nay là rất phổ biến. Dựa trên nền tảng điện thoại thông minh mà đã và đang xuất hiện các ứng dụng hỗ trợ học tiếng Anh có sự tƣơng tác cao giữa ngƣời và máy; một trong những ứng dụng phổ biến nhất hiện nay có thể kể tới là các ứng dụng dựa trên Chatbot.
Tuy nhiên, phần lớn các ứng dụng Chatbot mới tập trung vào phần từ vựng, từ điển, trắc nghiệm. hoặc các ứng dụng luyện kỹ năng nghe, kỹ năng đọc., có rất ít các ứng dụng có thể giúp ngƣời dùng kiểm tra chính tả cũng nhƣ cú pháp của câu để chỉ ra lỗi sai cho ngƣời đọc và chỉnh sửa nó, mặc dù đây là một bài toán tƣơng đối quan trọng. Vì vậy, Chatbot đáp ứng đƣợc các yêu cầu, chạy trên điện thoại thông minh để hỗ trợ ngƣời học tiếng Anh sẽ là một giải pháp có hiệu quả để nâng cao chất lƣợng học tập tiếng Anh. Chính vì lý do đó, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu mô hình PCFGs và ngôn ngữ AIML trong xây dựng chatbot hỗ trợ học tiếng Anh”.
Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết nền tảng của bài toán kiểm tra chính tả và cú pháp của câu trong tiếng Anh; ứng dụng cài đặt, đánh giá giải thuật và xây dựng một ứng dụng hỗ trợ các tính năng nhƣ kiểm tra chính tả, ngữ pháp, cú pháp thông qua hội thoại giữa ngƣời dùng và máy trên nền tảng Android. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tƣợng nghiên cứu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 - Khái quát về trí tuệ nhân tạo - Mô hình PCFGs, ứng dụng xây dựng cây cú pháp - Ngôn ngữ AIML và kỹ thuật xây dựng chatbot Phạm vi nghiên cứu Chatbot trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android đƣợc xây dựng dựa trên AIML và mô hình PCFGs có khả năng thực hiện hội thoại với ngƣời dùng, phát hiện và sửa những lỗi chính tả và cú pháp. Phƣơng pháp nghiên cứu - Khảo sát, phân tích và hệ thống hóa nội dung các tài liệu khoa học liên quan đến chatbot hỗ trợ học tiếng Anh - Đối sánh nội dung nghiên cứu của đề tài với các nội dung nghiên cứu đã thực hiện để vừa phát triển áp dụng các kết quả khoa học - công nghệ đã có cho đề tài vừa tìm ra các nội dung mới cần đƣợc nghiên cứu và thi hành. - Thiết kế mô hình và thực nghiệm đánh giá các kỹ thuật, bài toán đã đề xuất để chứng minh tính hiệu quả.
Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu, nắm vững về trí tuệ nhân tạo và ngôn ngữ AIML - Vận dụng trí tuệ nhân tạo để tạo ra sự giao tiếp thân thiện, gần gũi giữa ngƣời và máy tính - Tìm hiểu về chatbot và ứng dụng chatbot để cung cấp thông tin Ý nghĩa thực tiễn - Tạo ra đƣợc công cụ hỗ trợ học tiếng Anh theo hình thức hội thoại giữa ngƣời và máy - Giúp phát hiện và sửa những lỗi thƣờng gặp về chính tả và cú pháp trong quá trình giao tiếp (viết, nói) bằng tiếng Anh. - Nâng cao hiệu quả học tiếng Anh. Kết cấu luận văn - Chƣơng 1: Các vấn đề tổng quan: Giới thiệu tổng quan lý thuyết về trí tuệ nhân tạo, xu hƣớng phát triển của trí tuệ nhân tạo, lĩnh vực xây dựng chatbot LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 hỗ trợ học tiếng Anh, bài toán phân tích cú pháp, kiểm tra chính tả, ngữ pháp và các vấn đề liên quan. - Chƣơng 2: Mô hình PCFGs và ngôn ngữ AIML: Nghiên cứu văn phạm phi ngữ cảnh, tính mập mờ trong phân tích cú pháp và đề xuất giải pháp sử dụng văn phạm phi ngữ cảnh hƣớng thống kê PCFGs; nghiên cứu mã nguồn mở AIML trong xây dựng chatbot.
- Chƣơng 3: Phân tích thiết kế, cài đặt ứng dụng: Trình bày cơ bản về thiết kế của ứng dụng và kết quả đạt đƣợc thông qua một số mẫu kiểm thử. - Kết luận: Trình bày điểm mạnh và hạn chế trong luận văn. Đồng thời nêu ra hƣớng phát triển tiếp theo trong tƣơng lai. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 CHƢƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ TỔNG QUAN Chƣơng 1 của luận văn giới thiệu tổng quan về trí tuệ nhân tạo, xu hƣớng phát triển của trí tuệ nhân tạo, lĩnh vực xây dựng chatbot hỗ trợ học tiếng Anh và bài toán phân tích cú pháp, kiểm tra chính tả, ngữ pháp và các vấn đề liên quan.
Trí tuệ nhân tạo 1.1 Định nghĩa Khái niệm về trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - viết tắt là AI) có thể đƣợc nhìn nhận theo nhiều cách khác nhau, chƣa có định nghĩa nào đƣợc thừa nhận chung. Trên thế giới hiện có nhiều định nghĩa về trí tuệ nhân tạo, cụ thể: - Theo Wikipedia, trí tuệ nhân tạo là trí tuệ đƣợc biểu diễn bởi bất cứ một hệ thống nhân tạo nào. Thuật ngữ này thƣờng dùng để nói đến các máy tính có mục đích không nhất định và ngành khoa học nghiên cứu về các lý thuyết và ứng dụng của trí tuệ nhân tạo. - Bellman (1978) định nghĩa: trí tuệ nhân tạo là tự động hoá các hoạt động phù hợp với suy nghĩ con ngƣời, chẳng hạn các hoạt động ra quyết định, giải bài toán.
- Rich anh Knight (1991) thì cho rằng: Trí tuệ nhân tạo là khoa học nghiên cứu xem làm thế nào để máy tính có thể thực hiện những công việc mà hiện con ngƣời còn làm tốt hơn máy tính. - Winston (1992) cho rằng trí tuệ nhân tạo là lĩnh vực nghiên cứu các tính toán để máy có thể nhận thức, lập luận và tác động. - Nilsson (1998): trí tuệ nhân tạo nghiên cứu các hành vi thông minh mô phỏng trong các vật thể nhân tạo. Mỗi khái niệm, định nghĩa đều có điểm đúng riêng, nhƣng để đơn giản chúng ta có thể hiểu trí tuệ nhân tạo là một ngành khoa học máy tính.
Nó xây dựng trên một nền tảng lý thuyết vững chắc và có thể ứng dụng trong việc tự động hóa các hành vi thông minh của máy tính; giúp máy tính có đƣợc những trí tuệ của con ngƣời nhƣ: biết suy nghĩ và lập luận để giải quyết vấn đề, biết giao tiếp do hiểu ngôn ngữ, tiếng nói, biết học và tự thích nghi[18]. Quá trình hình thành và phát triển Ý tƣởng xây dựng một chƣơng trình AI xuất hiện lần đầu vào tháng 10/1950, khi nhà bác học ngƣời Anh Alan Turing xem xét vấn đề “liệu máy tính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 có khả năng suy nghĩ hay không?”. Để trả lời câu hỏi này, ông đã đƣa ra khái niệm “phép thử bắt chƣớc” mà sau này ngƣời ta gọi là “phép thử Turing”. Phép thử đƣợc thực hiện dƣới dạng một trò chơi.
Theo đó, có ba đối tƣợng tham gia trò chơi (gồm hai ngƣời và một máy tính). Một ngƣời (ngƣời thẩm vấn) ngồi trong một phòng kín tách biệt với hai đối tƣợng còn lại. Ngƣời này đặt các câu hỏi và nhận các câu trả lời từ ngƣời kia (ngƣời trả lời thẩm vấn) và từ máy tính. Cuối cùng, nếu ngƣời thẩm vấn không phân biệt đƣợc câu trả lời nào là của ngƣời, câu trả lời nào là của máy tính thì lúc đó có thể nói máy tính đã có khả năng “suy nghĩ” giống nhƣ ngƣời[18].
Mô hình Turing Test Năm 1956, tại Hội nghị do Marvin Minsky và John McCarthy tổ chức với sự tham dự của vài chục nhà khoa học tại trƣờng Dartmouth (Mỹ), tên gọi “Artificial Intelligence” đƣợc chính thức công nhận và đƣợc sử dụng cho đến ngày nay. Cũng tại đây, bộ môn nghiên cứu trí tuệ nhân tạo đầu tiên đã đƣợc thành lập. Những năm sau đó, các nhà khoa học nhƣ John McArthy, Marvin Minsky, Allen Newell và Herbert Simon cùng với những cộng sự đã viết nên những chƣơng trình máy tính giải đƣợc những bài toán đại số, chứng minh các định lý và nói đƣợc tiếng Anh. Một số thành tựu ban đầu của giai đoạn này có thể kể đến nhƣ: chƣơng trình chơi cờ của Samuel; chƣơng trình lý luận Logic của Newell & Simon; chƣơng trình chứng minh các định lý hình học của Gelernter[18].
Trong các thập kỷ tiếp theo, lĩnh vực trí tuệ nhân tạo đã trải qua những thăng trầm khi một số vấn đề nghiên cứu tỏ ra khó khăn hơn so với dự kiến và một số nghiên cứu đã chứng minh không thể vƣợt qua với các công nghệ tại thời LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tuy nhiên, trí tuệ nhân tạo cũng đã đạt đƣợc không ít những thành tựu đáng kể. Thập kỷ 60, 70 Joel Moses viết chƣơng trình toán học Macsyma sử dụng cơ sở tri thức đầu tiên thành công. Marvin Minsky và Seymour Papert đƣa ra các chứng minh đầu tiên về giới hạn của các mạng nơ-ron đơn giản.
Ngôn ngữ lập trình logic Prolog ra đời và đƣợc phát triển bởi Alain Colmerauer. Ted Shortliffe xây dựng thành công một số hệ chuyên gia đầu tiên trợ giúp chẩn đoán trong y học, các hệ thống này sử dụng ngôn ngữ luật để biểu diễn tri thức và suy diễn. Vào đầu những năm 1980, những nghiên cứu thành công liên quan đến AI nhƣ các hệ chuyên gia (expert systems) - một dạng của chƣơng trình AI mô phỏng tri thức và các kỹ năng phân tích của một hoặc nhiều chuyên gia con ngƣời. Đến những năm 1990 và đầu thế kỷ 21, AI đã đạt đƣợc những thành tựu to lớn nhất, AI đƣợc áp dụng trong logic, khai phá dữ liệu, chẩn đoán y học và nhiều lĩnh vực ứng dụng khác trong công nghiệp.