ヒューマンメディア工学 ［復習］知識ベース Knowledge Base Human Media Engineering 知識を適切な表現方法に従って記述 知識メディアとオントロジー 加藤 俊一 Toshi KATO 知識表現 knowledge representation 理論や法則といった知識を、コンピュータで 処理できるように表現すること。 「～は～である」といった命題の形式で記述 する述語論理を用いることが多い。 推論エンジン： 知識を使って推論 意味ネットワーク： 知識の関係を表現 意味ネットの例（１） 定義を表す 事実 ルール・経験則 メタ知識 計算機に格納 必要に応じて引き出せる→推論エンジン （参考） データベース Data Base 意味ネットによる知識表現 M. Minsky 以前 意味ネット semantic net による知識表現 文や単語の意味、概念間の連想関係、知識などを ネットワーク形式で図式化。 ノード（節点）： 個々の概念 アーク（矢印）： その意味関係 （様々な意味をアークにもたせる。 「なんでもあり」） → 情報処理方式は、非常に複雑・困難になった！ 意味ネットの例（２） これも定義を表す 1 意味ネットの例（３） 主張を表す 意味ネットの例（４） 主張の別の表記 意味ネットの例（５） 推論のための情報 フレーム型世界観による知識表現 フレーム型知識表現の例 汎化 M. Minsky （1975年） インスタンス instance 世界には「個体」が存在する。 クラス class 共通する特徴をもつ「個体の集合」を考えること ができる。 属性 attribute 各個体やクラスには、それを特徴付けるいくつか の性質がある。 フレーム型知識表現の例 汎化 クラスフレーム：家具 いろいろな家具 上位クラス： テンプレートスロット：大きさ テンプレートスロット：質量 「家具」という概念 部分概念 部分概念 いろいろな椅子 いろいろな机 「椅子」という概念 「机」という概念 Ａさんの机 実例 「Ａさんの机」という 実例 Ｂさんの椅子 実例 「Ｂさんの椅子」という 実例 クラスフレーム：机 クラスフレーム：椅子 上位クラス：家具 オウンスロット：年間製造台数＝100万 テンプレートスロット：引き出しの個数＝4 上位クラス：家具 オウンスロット：年間製造台数＝400万 テンプレートスロット:背もたれの高さ インスタンスフレーム：Ａさんの机 インスタンスフレーム：Ｂさんの椅子 クラス：机 スロット：大きさ＝W90,H90,D70 スロット：質量＝30kg スロット：引出の個数＝6 クラス：椅子 スロット：大きさ＝W50,H90,D50 スロット：質量＝30kg スロット：背もたれの高さ=50cm 2 フレーム型知識表現の例 部品 今日の目当て これらの部品に分解できる これらの部品から構成される 知識の枠組み 「知識」とは何か？ 我々は「知識」をどう利用している？ 我々は「知識」をどう得ている？ アタマの中にある「知識の使い方」を 「外在化」 「手順」の記述の例 「ルール・経験則」に関する知識 規則 していいこと、いけないこと 手続き 手順 （参考） 法律の世界では 「千葉→東京へ行く」の巻 乗換案内で 時刻表を確認 ノウハウ 付けます お金に糸目は 「図・写真を含むホームページの作成から Webサーバーでの公開まで｣の手順を 言葉や図式で説明してみよう。 テキスト本文の作り方 Emacs (mule)、HTMLコマンドなど 図・写真の組み込み方 付けません 能率よく行うための知恵 ［課題１］ 「手順｣の記述 座れる電車に 乗って東京へ 間にあわなそう 実体法： 概念の定義（フレーム）・ 満たすべき要件（規則） 手続法： 種々の手続きを定めたもの 「メタ知識｣： 知識を利用するための知識 間に合いそう 普通電車の 切符を買う 約束の時間に・・・ 特急電車の 切符を買う 普通電車の 切符を買う ＆「遅れます」の 連絡をする 最速で着く経路で 東京へ 特急に乗って 東京へ 知識の枠組み 「ルール・経験則」に関する知識 規則 手続き （例） 走行中パンクしたらすぐ停車 （例） タイヤ交換の手順は、、、 「メタ知識｣ ノウハウ （例） 車の診断順序は、、、 描画ソフト、図・写真のダウンロード・保存の仕方 図・写真を取り込むためのHTMLコマンドなど HTML文書のアップロード、アクセス権 プレビューでエラーに気づいたら？ 3 ［宿題１］ 「手順｣の記述 「オークション｣の進め方を言葉や図式で説 明してみよう。 「ブレーカーが落ちる｣現象を言葉や図式 で説明してみよう。 知識を 「もしAならばBである」 A → B というルール形式で表す。 このルールを用いて推論する。 前向き推論 後ろ向き推論 推論 inference 記述された知識群の上で論理的な演算により 新たな知識を導き出すこと クラス階層に関する知識 「落ちる｣直前の状態 予兆と回避の方法は？（前向き） 「落ちた｣直後の対処 何から調べて回復させるか？（後向き） プロダクションルール production rule 専門家の知識をコンピュータに蓄積し、それに もとづいたデータ解析や機器制御を実行する システム。 知識ベース： 判断のもとになる情報を蓄積 推論エンジン： 知識ベースを参照して推論 Artificial Intelligence （AI, 人工知能） 知識の利用法 日常的な生活経験からの整理 電磁気学（物理法則）からの整理 知識の利用法 エキスパートシステム expert system 原因の推定と対策の立て方 商品説明 開始 入札 落札 終了 ［課題２］ 「手順｣の記述 知識の利用法 クラスに関する知識 インスタンスに関する知識 規則 手続き メタ知識 知識の利用法 前向き推論 forward reasoning A→B 前提となる知識 (A)から結論 (B)を推定する 三段論法 （例） 「人間は生物」＆「生物は死ぬ」 ∴ 「人間は死ぬ」 何を前提とするかで様々な結論が導けるが、 結論の間に矛盾は無い。 (*) 第１階述語論理で書かれることが多い。 4 知識の利用法 知識の利用法 前向き推論 forward reasoningの利用 プロセス制御 （目標値を実現するように制御） スケジューリング （手順の実行） 複雑な操作を必要とする作業、など （プロダクションシステム） 知識の利用法 後向き推論 backward reasoningの利用 診断系の問題解決 （例） 症状からの病気の診断 現象からの故障個所の推定 （例） 「走らない」原因は？ エンジンの不調 → 走らない バッテリーの放電 → 走らない ガソリン不足 → 走らない バルブの欠損 → エンジンの不調 プラグの劣化 → エンジンの不調 A→B 結果(B)から、その前提となった原因(A)や 推論規則(A→B) を推定すること 一つの結果に対して、様々な原因を考えうる。 探して得られる条件や推論規則が事実と一致 すれば、最初の結論を正しいと見なす。 条件や推論規則を探すことができなくなった場 合は、最初の結論を誤りと見なす。 プロダクションシステムによる知識の利用 プロダクションシステム production system 行動規則に関する手続き的な知識の記述 プロダクション規則 production rule プロダクションメモリ production memory PM もし<条件1>かつ…かつ<条件m>ならば <行動1>と…と<行動n>を実行する。 プロダクション規則を格納 ワーキングメモリ working memory WM 対象の状態を記述 プロダクションシステムによる知識の利用 ［宿題２］ 「手順｣の記述 プロダクションシステムの動作 後向き推論 backward reasoning 対象の状態が次々とWMに反映される。 システムはWMを常時モニタ。 PMに記述されたある規則の「条件部｣が成立。 その規則が自動的に起動されて処理。 その結果は「対象の状態｣に影響を及ぼす。 「ブレーカーが落ちる｣現象を言葉や図式 で説明してみよう。 日常的な生活経験からの整理 電磁気学（物理法則）からの整理 原因の推定と対策の立て方 エキスパートシステム expert system 「落ちる｣直前の状態 予兆と回避の方法は？（前向き） 「落ちた｣直後の対処 何から調べて回復させるか？（後向き） 5 オントロジー ontorogy 知識を表現するための 語彙あるいは基礎概念の体系 知識表現・知識の共有の際に 知識の枠組み： フレーム理論など 知識の内容： ある特定領域の知識全体をどのような語彙を用いて 表現するか 専門家は人によって日ごろ用いる語彙が異なる。 （参考） シソーラス thesaurus 広義語 （注）「特定分野」「文脈」の視点は無い。 反義語 より狭い概念： 食材 →（肉、野菜） →（（牛肉、豚肉）、（葉菜、根菜）） 通称 外来語 情報の検索に使われる辞書 情報の項目（語彙）を、 同義語や 関係している項目（親子・兄弟など） でまとめる。 （参考） シソーラス thesaurus より広い概念： 食材＞肉＞牛肉 より広い概念は一つ 同義語 狭義語 （参考） シソーラス thesaurus 意味が対立する語の関係です。 否定対立：善 ←→ 悪 中間点を中心に逆方向：上 ←→ 下 行為の対立する立場：売る ←→ 買う 年齢、性別：「兄」 ←→「弟」「姉」 関連語 同じカテゴリー 異なるカテゴリー （参考） 多義語 参考： http://www.gengokk.co.jp/thesaurus/ 6 （例）科学技術シソーラス（ＪＩＣＳＴ） オントロジー ontorogy 知識を表現するための 語彙あるいは基礎概念の体系 知識表現・知識の共有の際に 知識の枠組み： フレーム理論など 知識の内容： ある特定領域の知識全体をどのような語彙を用いて 表現するか 専門家は人によって日ごろ用いる語彙が異なる。 （例） 「部屋を掃除する」 オントロジによる知識の共有・再利用 クラス インスタンス 応用に独立した オントロジ（深い） 応用に独立した 対象世界モデル 応用に独立した 問題解決モデル 応用に依存した オントロジ（浅い） 応用に依存した 対象世界モデル 応用に依存した 問題解決モデル 個別的な 知識表現 対象世界に関する 問題解決に関する 知識 知識 属性 ［宿題３］ シソーラス・オントロジー 様々なオントロジ 様々な情報サービスの場面で、 シソーラス・オントロジーが必要となるのは、 どのような場合か？ 講義資料・ビデオ資料とは 異なる事例を想定して、 説明してみよう。 知識ベースシステム Knowledge Base Base Ｓｙｓｔｅｍ 知識を適切な表現方法に従って記述 事実 ルール・経験則 メタ知識 知識ベース： 知識を計算機に格納 推論エンジン： 必要に応じて（組合せて） 引き出せる （参考） データベース Data Base 7 ［本日の参考書］ 「情報の共有と統合」〔岩波〕 第３章 知識の共有と再利用 情報処理学会編 「エンサイクロペディア情報処理20002001」 第５章 人工知能 8
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