Tài liệu Luận văn phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG ________oOo________ BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH.: HOÀNG VĂN KIẾM HỌC VIÊN: NGUYỄN HOÀNG HUY < 2012 > PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................3 A. KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ......................................................................4 I. Khoa học ..............................................................................................................................4 1. Các định nghĩa và khái niêm .............................................................................................4 2. Tiêu chí và phân loại .........................................................................................................4 II. Nghiên cứu khoa học ...........................................................................................................4 1. Khái niệm .........................................................................................................................4 2. Các đặc điểm của nghiên cứu khoa học .............................................................................5 3. Phân loại nghiên cứu khoa học ..........................................................................................5 B. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .........................................8 I. Vấn đề khoa học ...................................................................................................................8 1. Khái niệm .........................................................................................................................8 2. Phân loại vấn đề khoa học .................................................................................................8 3. Các tình huống vấn đề khoa học ........................................................................................8 4. Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học .....................................................................8 II. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế .................................9 1. Vepol ................................................................................................................................9 2. Altshuller ..........................................................................................................................9 III. Phương pháp giải quyết vấn đề tổng quát ......................................................................... 16 1. Mô hình thông tin ban đầu .............................................................................................. 16 2. Các phương pháp phân tích vấn đề .................................................................................. 16 3. Các phương pháp tổng hợp vấn đề .................................................................................. 17 BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM IV. Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán tin học ............................................................. 18 1. Phương pháp trực tiếp ..................................................................................................... 18 2. Phương pháp gián tiếp .................................................................................................... 18 C. MỘT SỐ NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRÊN ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG ............................. 21 I. Điện thoại di động .............................................................................................................. 21 II. Một số nguyên tắc sáng tạo được áp dụng trên điện thoại di động ...................................... 21 1. Nguyên tắc vạn năng: ...................................................................................................... 21 2. Nguyên tắc linh động: ..................................................................................................... 22 3. Nguyên tắc đổi màu ........................................................................................................ 23 4. Nguyên tắc sao chép ....................................................................................................... 23 5. Nguyên tắc dự phòng ...................................................................................................... 24 6. Nguyên tắc tự phục vụ .................................................................................................... 25 LỜI KẾT ................................................................................................................................... 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 27 BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM LỜI NÓI ĐẦU Con người ngày càng trở nên thông minh, ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn trong việc chinh phục tự nhiên. Những thành tựu mà chúng ta có được ngày nay tất cả là do quá trình học hỏi, nghiên cứu không mệt mỏi của con người. Từ xưa con người đã biết tìm hiểu, học hỏi - chia sẽ lẫn nhau, tích lũy - tổng hợp kiến thức khám phá thế giới, rồi truyền đạt từ thế hệ này qua thế hệ khác. Dần về sau con người có được một hệ thống tri thức khổng lồ về tự nhiên từ đó làm nền tảng cho các thế hệ về sau này có cơ sở để tiếp tục chinh phục thiên nhiên. Và ngày nay chúng ta gọi hoạt động đó là nghiên cứu khoa học. Từ những kinh nghiệm của người xưa, chúng ta áp dụng và kết hợp với những kỹ thuật hiện đại để tìm ra những kết quả mới, những phát minh - sáng chế mới nhằm phục vụ cho nhu cầu không có giới hạn của con người. Trong giới hạn của bài thu hoạch này, học viên sẽ trình bày một số nội dung cốt lỗi về khoa học và phương pháp nghiên cứu khoa học cùng một số nguyên tắc sáng tạo để giải quyết các vấn đề khoa học nói chung và về các vấn đề trong lĩnh vực công nghệ thông tin nói riêng. Qua đây học viên xin gởi lời cám ơn tới Giáo sư Tiến sĩ khoa học Hoàng Văn Kiếm đã giúp chúng em có được kiến thức nền tảng về khoa học, về các phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học. Từ đó giúp chúng em có được cở sở vững chắc để phục vụ cho việc nghiên cứu sau này. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM A. KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC I. Khoa học 1. Các định nghĩa và khái niêm - Khoa học là một hệ thống tri thức về mọi loại qui luật của tự nhiên, xã hội và tư duy (Pierre Auger UNESCO-PARIS) - Khoa học là một hoạt động xã hội nhằm tìm tòi, phát hiện qui luật của vật chất, hiện tượng và vận dụng những qui luật ấy để sáng tạo ra nguyên lý các giải pháp tác động vào các sự vật hoặc hiện tượng, nhằm biến đổi trạng thái của chúng. - Theo quan điểm của Marx, khoa học còn được hiểu là một hình thái ý thức xã hội, tồn tại độc lập tương đối với các hình thái ý thức xã hội khác. 2. Tiêu chí và phân loại - Các tiêu chí nhận biết một bộ môn khoa học: + Có một đối tượng nghiên cứu + Có một hệ thống lý thuyết + Có một hệ thống phương pháp luận + Có mục đích sử dụng - Sự phân loại các khoa học: + Nguồn gốc (lý thuyết, thực nghiệm, thực chứng…) + Mục đích ứng dụng (mô tả, phân tích, tổng hợp, sáng tạo…) + Mức độ khái quát (cụ thể, trừu tượng, tổng quát…) + Tính tương liên (liên ngành, đa ngành…) + Cơ cấu hệ thống tri thức (cơ sở, cơ bản, chuyên ngành…) + Đối tượng nghiên cứu (tự nhiên, kỹ thuật, xã hội nhân văn, công nghệ, nông nghiệp, y học…) II. Nghiên cứu khoa học 1. Khái niệm - Nghiên cứu khoa học là một hoạt động xã hội nhằm thỏa mãn nhu cầu nhận thức và cải tạo thế giới. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM 2. Các đặc điểm của nghiên cứu khoa học - Tính mới: nghiên cứu khoa học là quá trình thâm nhập vào thế giới của sự vật mà con người chưa biết, hướng tới những phát hiện mới hoặc những sáng tạo. Đây là đặc điểm quan trọng nhất. - Tính tin cậy: kết quả nghiên cứu phải có khả năng kiểm chứng lại nhiều lần do nhiều người khác nhau trong điều kiện giống nhau. Do đó, một nguyên tắc mang tính phương pháp luận của nghiên cứu khoa học là khi trình bày một kết quả nghiên cứu, người nghiên cứu cần chỉ rõ điều kiện, những nhân tố và phương tiện thực hiện. - Tính thông tin: những thông tin về qui luật vận động của sự vật hoặc hiện tượng, thông tin về qui trình công nghệ và các tham số đi kèm qui trình đó. - Tính khách quan: vừa là một đặc điểm của nghiên cứu khoa học vừa là tiêu chuẩn của người nghiên cứu khoa học. Để đảm bảo tính khách quan, người nghiên cứu khoa học cần phải tự trắc nghiệm lại những kết luận tưởng như đã hoàn toàn được xác nhận. - Tính rủi ro: một nghiên cứu có thể thành công, có thể thất bại. Thất bại có thể do nhiều nguyên nhân nhưng trong khoa học thất bại cũng được xem là một kết quả và mang ý nghĩa về một kết luận của nghiên cứu khoa học và được lưu giữ, tổng kết lại như một tài liệu khoa học nghiêm túc để tránh cho người đi sau không dẫm chân lên lối mòn, tránh lãng phí các nguồn lực nghiên cứu. - Tính thừa kế: có ý nghĩa quan trọng về mặt phương pháp luận nghiên cứu. Ngày nay không có một nghiên cứu khoa học nào bắt đầu từ chỗ hoàn toàn trống không về kiến thức, phải kế thừa các kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực khoa học khác nhau. - Tính cá nhân: vai trò của cá nhân trong sáng tạo mang tính quyết định, thể hiện trong tư duy cá nhân và chủ kiến riêng của các nhân. - Tính phi kinh tế: lao động nghiên cứu khoa học hầu như không thể định mức, thiết bị chuyên dụng dùng trong nghiên cứu khoa học hầu như không thể khấu hao, hiệu quả kinh tế của nghiên cứu khoa học hầu như không thể xác định. 3. Phân loại nghiên cứu khoa học a. Phân loại học theo chức năng - Nghiên cứu mô tả là những nghiên cứu nhằm đưa ra một hệ thống tri thức về nhân dạng sư vật, giúpcon người phân biệt được sự khác nhau, về bản chất giữa sự vật này với sự vật khác. Nội dung mô tả có thể bao gồm mô tả hình thái, động thái, tương tác; mô tả định tính tức là các đặc trưng về chất của sự vật; mô tả định lượng nhằm chỉ rõ các đặc trưng về lượng của sự vật. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM Ví dụ như nghiên cứu về cấu tạo trái đất, mặt trăng, mặt trời, bản đồ gen… - Nghiên cứu giải thích là những nghiên cứu nhằm làm rõ nguyên nhân dẫn đến sự hình thành và quy luật chi phối quá trình vận động của sự vật. Nội dung của giải thích có thể bao gồm giải thích nguồn gốc, động thái, cấu trúc, tương tác, hậu quả, quy luật chung chi phối quá trình vận động của sự vật. Ví dụ như nghiên cứu để giải thích các hiện tượng tự nhiên như mưa, bão, động đất, núi lửa… - Nghiên cứu dự đoán là những nhiên cứu nhằm nhận dạng trạng thái của sự vật trong tương lai. Mọi dự báo đều phải chấp nhận những sai lệch, kể cả trong nghiên cứu tự nhiên và xã hội. Sự sai lệch trong kết quả dự báo có thể do nhiều nguyên nhân: sai lệch khách quan trong kết quả quan sát, sai lệch do những luận cứ bị biến dạng trong sự tác động của các sự khác, sai lệch do môi trường luôn biến động… Ví dụ như nghiên cứu và đưa ra các dự đoán về sự tiến hóa của con người trong tương lai, dự đoán về môi trường do tác hại của khí thải ô nhiễm, dự đoán băng tan ở các bán cầu… - Nghiên cứu sáng tạo là nghiên cứu nhằm làm ra một sự vật mới chưa từng tồn tại. Khoa học không bao giờ dừng lại ở mô tả và dự báo mà luôn hướng vào sự sáng tạo các giải pháp cải tạo thế giới. Ví dụ nghiên cứu để cho ra các phát minh, sáng chế trong tất cả các lĩnh vực, nghành nghề. b. Phân loại theo tính chất của sản phẩm nghiên cứu - Nghiên cứu cơ bản là những nghiên cứu nhằm phát hiện thuộc tính, cấu trúc, động thái các sự vật, tương tác trong nội bộ sự vật và mối liên hệ giữa sự vật với các sự vật khác. Sản phẩm nghiên cứu cơ bản có thể là các khám phá, phát hiện, phát minh, dẫn đến viêc hình thành một hệ thống lý thuyết có giá trị tổng quát, ảnh hưởng đến một hoặc nhiều lĩnh vực khoa học. Chẳng hạn Newton phát minh định luật hấp dẫn vũ trụ; Marx phát hiện quy luật giá trị thặng dư. Nghiên cứu cơ bản được phân thành hai loại: nghiên cứu cơ bản thuần túy và nghiên cứu cơ bản định hướng. • Nghiên cứu cơ bản thuần túy còn được gọi là nghiên cứu cơ bản tự do hoặc nghiên cứu cơ bản không định hướng - là những nghiên cứu về bản chất sự vật để nâng cao nhận thức, chưa có hoặc chưa bàn đến ý nghĩa ứng dụng. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM • Nghiên cứu cơ bản định hướng là những nghiên cứu cơ bản đã dự kiến trước mục đích ứng dụng. Các hoạt động điều tra cơ bản tài nguyên, kinh tế, xã hội… đều có thể xem là nghiên cứu cơ bản định hướng. Nghiên cứu cơ bản định hướng được phân chia thành nghiên cứu nền tảng (background research) và nghiên cứu chuyên đề (thematic research).  Nghiên cứu nền tảng là những nghiên cứu về quy luật tổng thể của một hệ thống sự vật. Hoạt động điều tra cơ bản tài nguyên và các điều kiện thiên nhiên như địa chất, nghiên cứu đại dương, khí quyển, khí tượng; điều tra cơ bản về kinh tế, xã hội đều thuộc loại nghiên cứu nền tảng.  Nghiên cứu chuyên đề là nghiên cứu về một hiên tượng đặc biệt của sự vật, ví dụ trạng thái plasma của sự vật, bức xạ vũ trụ, gien di truyền. Nghiên cứu chuyên đề vừa dẫn đến hình thành những cơ sở lý thuyết, mà còn dẫn đến những ứng dụng có ý nghĩa thực tiễn. - Nghiên cứu ứng dụng là sự vận dụng quy luật được phát hiện từ nghiên cứu cơ bản để giải thích một sự vật, tạo ra những nguyên lý mới về các giải pháp và áp dụng chúng vào sản xúât và đời sống. Giải pháp được hiểu theo nghĩa rộng có thể là một giải pháp về công nghệ, về vật liệu, về tổ chức và quản lý. Một số giải pháp công nghệ có thể trở thành sáng chế. Kết quả nghiên cứu ứng dụng thì chưa ứng dụng được, để có thể đưa kết quả nghiên cứu ứng dụng vào sử dụng thì còn phải tiến hành một loại hình nghiên cứu khác có tên gọi lả triển khai. - Nghiên cứu triển khai còn gọi là nghiên cứu triển khai thực nghiệm hay triển khai thực nghiệm kỹ thuật - là sự vận dụng các quy luật (thu được từ nghiên cứu cơ bản) và các nguyên lý (thu được từ nghiên cứu ứng dụng) để đưa ra các hình mẫu với những tham số khả thi về kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu triển khai thì chưa triển khai được: sản phẩm của triển khai chỉ mới là những hình mẫu khả thi về kỹ thuật, nghĩa là không còn rủi ro về mặt kỹ thuật, để áp dụng được còn phải tiến hành nghiên cứu những tính khả thi khác như khả thi tài chính, khả thi kinh tế, khả thi môi trường, khả thi xã hội. Hoạt động triển khai bao triển khai trong phòng thí nghiệm và triển khai bán đại trà. • Triển khai trong phòng thí nghiệm là loại hình triển khai nhằm khẳng định kết quả sao cho ra được sản phẩm, chưa quan tâm đến quy mô áp dụng. Trong những nghiên cứu về công nghệ, loại hình này được thực hiện trong các phòng thí nghiệm, labô công nghệ, nhà kính. Trên một quy mô lớn hơn, hoạt động triển khai cũng được tiến hành trong các xưởng thực nghiệm thuộc viện hoặc xí nghiệp sản xuất. • Triển khai bán đại trà là các nghiên cứu thuộc lĩnh vực khoa học kỹ thuật và khoa học công nghệ là một dạng triển khai nhằm kiểm chứng giả thuyết về BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM hình mẫu trên một quy mô nhất định, thường là quy mô áp dụng bán đại trà, hay quy mô bán công nghiệp. B. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT I. Vấn đề khoa học 1. Khái niệm Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn. 2. Phân loại vấn đề khoa học Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề: + Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm + Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn như những vấn đề thuộc lớp thứ nhất. 3. Các tình huống vấn đề khoa học Có ba tình huống: có vấn đề, không có vấn đề, giả vấn đề Có vấn đề Có nghiên cứu Không có vấn đề Không có nghiên cứu Không có vấn đề Không có nghiên cứu Nảy sinh vấn đề khác Nghiên cứu theo một hướng khác Giả vấn đề 4. Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học Có sáu phương pháp: + Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới + Tìm những bất đồng + Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM + Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn + Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn + Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào đó II. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế 1. Vepol - “Bất cứ hệ thống kỹ thuật nào ít nhất cũng phải có hai thành phần vật chất tác động tương hổ và một loại trường hay năng lượng” – Vepol. - Từ đó có một thuật ngữ về tam giác kỹ thuật gọi là tam giác Vepol. Vepol là mô hình hệ thống kỹ thuật. Vepol được quy ước đưa ra cốt chỉ để phản ánh một tính chất vật chất của hệ thống nhưng là chủ yếu nhất với bài toán đã cho. - Việc phân loại các chuẩn để giải quyết các bài toán sáng chế dựa vào phân tích Vepol. Mô hình Vepol gồm 3 yếu tố: một Trường T và trong T có hai vật chất V1, V2. T V1 V2 - Tuy nhiên, một hệ thống ban đầu chưa hẳn đã có một chuẩn Vepol đủ 3 yếu tố trên, hoặc đã đủ thì có thể phát triển gì thêm trên Vepol đó. - Có năm phương pháp: + Dựng Vepol đầy đủ + Chuyển sang Fepol + Phá vở Vepol + Xích Vepol + Liên trường 2. Altshuller - Giáo sư Genrich Saulovich Altshuller là người khai sinh ra phương pháp luận sáng tạo TRIZ (giúp canh tân, sáng chế sản phẩm mới trong khoảng thời gian ngắn nhất). BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 9 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM Ông còn là một kỹ sư, nhà sáng chế, nhà văn viết truyện khoa học viễn tưởng và để lại hàng trăm ngàn học trò (hiểu theo nghĩa rộng) trên khắp thế giới, hàng chục quyển sách, hàng trăm bài báo về TRIZ, OTSM, TRTL và hàng trăm truyện khoa học viễn tưởng… Và trong số những tài sản quí giá đó chúng ta không thể không kể đến “40 thủ thuật (nguyên tắc cơ bản)” - Bốn mươi thủ thuật: 1) Nguyên tắc phân nhỏ - Chia đối tượng thành các phần độc lập. - Làm đối tượng trở nên tháo lắp được. - Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng. 2) Nguyên tắc tách khỏi - Tách thành phần gây phiền phức ra khỏi đối tượng hoặc ngược lại. - Tách lấy phần cần thiết. 3) Nguyên tắc phẩm chất cục bộ - Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất. - Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau. - Mỗi phần của đối tượng phải có các chức năng khác nhau. 4) Nguyên tắc phản đối xứng - Chuyển đối tượng có hình dạng, tính chất đối xứng thành phản đối xứng. 5) Nguyên tắc kết hợp - Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận. - Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận nhàn rỗi của CPU, tận dụng tài nguyên để cho ra hệ điều hành đa nhiệm, nhiều người dùng. 6) Nguyên tắc vạn năng - Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 10 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM 7) Nguyên tắc chứa trong - Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba… - Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác. 8) Nguyên tắc phản trọng lượng - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực nâng. - Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động… 9) Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ - Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại). 10) Nguyên tắc thực hiện sơ bộ - Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng. - Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển. 11) Nguyên tắc dự phòng - Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn. 12) Nguyên tắc đẳng thế - Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng. 13) Nguyên tắc đảo ngược - Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hãy hành động ngược lại (ví dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng). - Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 11 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM - Lật ngược đối tượng. 14) Nguyên tắc cầu (tròn) hóa - Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu. - Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn. - Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm. 15) Nguyên tắc linh động - Cần thay đổi các đặt trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc. - Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau. 16) Nguyên tắc giải "thiếu" hoặc "thừa" - Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút”. Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn. 17) Nguyên tắc chuyển sang chiều khác - Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều). Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều). - Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng. - Đặt đối tượng nằm nghiêng. - Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước. - Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước. 18) Sử dụng các dao động cơ học - Làm đối tượng dao động. Nếu đã có dao động, tăng tầng số dao động (đến tầng số siêu âm). - Sử dụng tầng số cộng hưởng. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 12 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM - Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện. - Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ. 19) Nguyên tắc tác động theo chu kỳ - Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung). - Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ. - Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác. 20) Nguyên tắc liên tục tác động có ích - Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải). - Khắc phục vận hành không tải và trung gian. - Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay. 21) Nguyên tắc "vượt nhanh" - Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn. - Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết. 22) Nguyên tắc biến hại thành lợi - Sử dụng những tác nhân có hại (thí dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi. - Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác. - Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa. 23) Nguyên tắc quan hệ phản hồi - Thiết lập quan hệ phản hồi. - Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó. 24) Nguyên tắc sử dụng trung gian - Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 13 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM 25) Nguyên tắc tự phục vụ - Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa. - Sử dụng phế liệu, chát thải, năng lượng dư. 26) Nguyên tắc sao chép (copy) - Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao. - Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với các tỷ lệ cần thiết. - Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại. 27) Nguyên tắc "rẻ" thay cho "đắt" - Thay thế đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn (thí dụ như về tuổi thọ). 28) Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học - Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị. - Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng. - Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định. - Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ. 29) Sử dụng các kết cấu khí và lỏng - Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng: nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực. 30) Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng - Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối. - Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 14 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM 31) Sử dụng vật liệu nhiều lỗ - Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết có nhiều lỗ (miếng đệm, tấm phủ..) - Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó. 32) Nguyên tắc thay đổi màu sắc - Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài. - Thay đổi độ trong suốt của của đối tượng hay môi trường bên ngoài. - Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang. - Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu. - Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp. 33) Nguyên tắc đồng nhất - Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước. 34) Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần - Phần đối tượng đã hoàn thành nhiệm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hoà tan, bay hơi…) hoặc phải biến dạng. - Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc. 35) Thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng - Thay đổi trạng thái đối tượng. - Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc. - Thay đổi độ dẻo. - Thay đổi nhiệt độ, thể tích. 36) Sử dụng chuyển pha - Sử dụng các hiện tượng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như: thay đổi thể tích, toả hay hấp thu nhiệt lượng… BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 15 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM 37) Sử dụng sự nở nhiệt - Sử dụng sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu. - Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau. 38) Sử dụng chất oxy hóa mạnh - Thay không khí thường bằng không khí giàu ôxy. - Thay không khí giàu ôxy bằng chính ôxy. - Dùng các bức xạ ion hoá tác động lên không khí hoặc ôxy. - Thay ôxy giàu ôzôn (hoặc ôxy bị ion hoá) bằng chính ôzôn. 39) Thay đổi độ trơ - Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hòa. - Đưa thêm vào đối tượng các phần, các chất, phụ gia trung hòa. - Thực hiện quá trình trong chân không. 40) Sử dụng vật liệu hợp thành (composite) - Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite). Hay nói chung, sử dụng các vật liệu mới. III. Phương pháp giải quyết vấn đề tổng quát 1. Mô hình thông tin ban đầu Phân tích Phân chia Phân loại Phân công Phân cấp 2. Các phương pháp phân tích vấn đề a. Phân chia vấn đề Có những vấn đề cần giải quyết trong một môi trường nào đó nếu ta biết phân chia thành từng vùng nhỏ để xem xét sẽ giúp cho cho việc giải quyết nhanh hơn và triệt để hơn. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 16 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM b. Phân loại vấn đề Trong các bài toán để có thể rút ngắn việc giải quyết các vấn đề bằng cách xác định chính xác các loại vấn đề và tập trung giải quyết triệt để. Các vấn đề có cùng loại sẽ được nhận biết và chuyển sang giải quyết chung. c. Phân công vấn đề Trong khoa học đôi khi để tìm ra một phương pháp chung để giải quyết cùng một lúc nhiều yêu cầu khác nhau là việc làm hết sức khó khăn do đó phải biết phân chia nhỏ vấn đề để có hướng giải quyết từng phần. d. Phân cấp bài toán Mọi vấn đề - bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn đề - bài toán nhỏ hơn. e. Phân tích Mọi việc đều bắt đầu từ thao tác phân tích, có phân tích đầy đủ, chính xác, có nhận định mọi vấn đề một cách chặt chẻ thì những vấn đề - bài toán đều có thể được giải quyết một cách triệt để và thuận lợi. 3. Các phương pháp tổng hợp vấn đề Tổ hợp (combination) Kết hợp (Associate) Tổng hợp Đối hợp (Convolution) Tích hợp (Integration) Tổng hợp theo không gian và thời gian Để giải quyết vấn đề khoa học, ngược lại với phương pháp phân tích là phương tổng hợp. Tổng hợp ở đây bao gồm cả tổ hợp, kết hợp, đối hợp và tích hợp. Tùy thuộc vấn đề, yêu cầu của bài toán, ta có thể áp dụng việc tổ hợp hay kết hợp hay đối hợp hay tích hợp. Các thông tin thu nhận được sẽ được tổng hợp theo không gian hay thời gian hay kết hợp cả hai để được một thông tin mới gíup cho việc giải quyết các vấn đề của bài toán. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 17 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM IV. Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán tin học 1. Phương pháp trực tiếp a. Đặc điểm - Xác định trực tiếp được lời giải qua một thủ tục tính toán (công thức, hệ thức, định luật…) hoặc qua các bước căn bản để có được lời giải. - Việc giải quyết vấn đề trên máy tính chỉ là thao tác lập trình hay là sự chuyển đổi lời giải từ ngôn ngữ bên ngoài sang các ngôn ngữ được sử dụng trong máy tính. b. Nguyên lý - Nguyên lý 1: Chuyển đổi dữ liệu bài toán thành dữ liệu của chương trình, có nghĩa là “Dữ liệu của bài tóan sẽ được biểu diễn lại dưới dạng các biến của chương trình thông qua các quy tắc xác định của ngôn ngữ lập trình cụ thể”. - Nguyên lý 2: Chuyển đổi quá trình tính toán của bài toán thành các cấu trúc của chương trình, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán đều có thể mô tả và thực hiện dựa trên ba cấu trúc cơ bản: cấu trúc tuần tự, cấu trúc rẽ nhánh và cấu trúc lặp”. - Nguyên lý 3: Biểu diễn các tính toán chính xác, có nghĩa là “Chương trình tính toán theo các biểu thức chính xác không đồng nhất với quá trình tính toán chính xác về mặt hình thức”. - Nguyên lý 4: Biểu diễn các tính toán gần đúng bằng cấu trúc lặp, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán gần đúng đều dựa trên các cấu trúc lặp với tham số xác định”. - Nguyên lý 5: Phân chia bài toán ban đầu thành những bài toán nhỏ hơn, có nghĩa là “Mọi vấn đề-bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn đề-bài toán nhỏ hơn”. - Nguyên lý 6: Biểu diễn các tính toán không tường minh bằng đệ quy, có nghĩa là “Quá trình đệ quy trong máy tính không đơn giản như các biểu thức quy nạp trong toán học”. 2. Phương pháp gián tiếp a. Đặc điểm - Phương pháp này được sử dụng khi chưa tìm ra lời giải chính xác của vần đề. - Đây cũng chính là cách tiếp cận chủ yếu của loài người từ xưa đến nay. BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 18 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC GS. TSKH. HOÀNG VĂN KIẾM - Đưa ra những giải pháp mang đặc trưng của máy tính, dựa vào sức mạnh tính toán của máy tính. * Một lời giải trực tiếp bao giờ cũng tốt hơn, nhưng không phải lúc nào cũng có. b. Một số phương pháp gián tiếp - Phương pháp thử – sai + Khi xây dựng lời giải bài toán theo phương pháp thử – sai, người ta thường dựa vào 3 nguyên lý sau: • Nguyên lý vét cạn: đây là nguyên lý đơn giản nhất, liệt kê tất cả các trường hợp có thể xảy ra. • Nguyên lý ngẫu nhiên: dựa vào việc thử một số khả năng được chọn một cách ngẫu nhiên. Khả năng tìm ra lời giải đúng phụ thuộc rất nhiều vào chiến lược chọn ngẫu nhiên. • Nguyên lý mê cung: nguyên lý này được áp dụng khi chúng ta không thể biết được chính xác “hình dạng” lời giải mà phải xây dựng dần lời giải qua từng bước một giống như tìm đường đi trong mê cung. + Để thực hiện tốt phương pháp thử - sai, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau: • Nguyên lý vét cạn toàn bộ: muốn tìm được cây kim trong đống rơm, hãy lần lượt rút ra từng cọng rơm cho đến khi rút được cây kim. • Nguyên lý mắt lưới: lưới bắt cá chỉ bắt được những con cá có kích thước lớn hơn kích thước mắt lưới. • Nguyên lý giảm độ phức tạp của thử và sai: thu hẹp trường hợp trước và trong khi duyệt, đồng thời đơn giản hóa tối đa điều kiện chấp nhận một trường hợp. • Nguyên lý thu gọn không gian tìm kiếm: loại bỏ những trường hợp hoặc nhóm trường hợp chắc chắn không dẫn đến lời giải. • Nguyên lý đánh giá nhánh cận: nhánh có chứa quả phải nặng hơn trọng lượng của quả. - Phương pháp Heuristic BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC Trang 19