JPH01134630A

JPH01134630A - 推論システム

Info

Publication number: JPH01134630A
Application number: JP62293455A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Muranaga; 村永　哲郎; Hideyuki Tsutsumitake; 秀行堤竹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-05-26
Also published as: US4967371A; EP0316937A2; EP0316937A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、各対象物に関する知識をフレームで表現し
、これらフレームをネットワーク状につなぐことにより
対象世界を構築したフレーム型知識ベースを用いた推論
システムに関わり、特に各フレームを構成するスロット
のスロット値を、予め記述された手順に従って求めてキ
ャッシュする推論システムに関する。

（従来の技術）エキスパートシステムに代表されるような人工知能（Ａ
ｒｔｉｆ’１ｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）の
分野では、対象とする事物や概念に関する知識を知識ベ
ースとして管理し、そこで管理される知識にアクセスし
て知識を利用したり、変更したりすることにより推論を
行なう。このため、知識ベースには、知識の変更に対し
ても柔軟に対処できる知識表現方式が必要とされる。

この種の知識ベースにおける知識表現の一つとして、各
対象物に関する知識をそれぞれフレームという単位でま
とめて複数のフレームをネットワーク状につなぐことに
より、知識の構造化を行なうフレーム型の知識表現方式
が従来より知られている。

このフレーム型知識表現方式では、１つの対象物につい
てのフレームを複数のスロット−値（スロット値ともい
う）のペアで構成する。スロットは、その対象物の属性
（例えば、色、重さ、ｌ５−ａ等）を表す部分で、値（
スロット値）は、その対象物の属性値（例えば、白、５
０ｇ等）や関係する他の対象物のフレーム名（例えば犬
、鳥等）を表す部分である。このベアには、様々な情報
を付加することが可能で、値の持つべきタイプ、値の数
、値にアクセスしたときに値が記述されていなかった場
合の値の算出のための式、手続、値を更新したときに起
動される手続等を付加できる。このようなフレームによ
る知識の構造化を図ることにより、人間の知識構造によ
く対応したきめ細かく表現力豊かな知識表現が可能であ
る。

フレーム型知識ベースに対しては、主としてスロット値
の更新及び参照という形でアクセスが行われる。そして
、スロット値の参照に当たっては、参照時に値がなかっ
たときには、他のフレームを参照する等して値を計算し
て求めることが行われる。値の算出は、スロット−値ペ
アに付帯された式、手続等の手順に基づいて行われる。

スロット値がない場合に、フレームの１ｓ−ａスロット
によるリンクを辿って上位のフレームから値を求めるこ
とも、この特殊な場合と考えられる。

このように、スロット値は、各時点での知識ベースの状
態に応じて動的に計算され求まることが多い。しかしな
がら、このようにスロット値を参照の度に計算していた
のでは、高速な推論処理の妨げになる。また、推論時に
は知識を参照する頻度の方が更新する頻度よりも高いこ
とが経験的に知られている。そこで、１度スロット値の
参照の際に算出されたスロット値をキャッシュしてスロ
ット値として直接書込んでおくことも考えられている。

この方式によれば、２回目以降のアクセスでは、スロッ
ト値を計算する必要がなくなるので高速な推論処理が可
能になる。

しかし、この方式では、キャッシュした時点と次にアク
セスした時点との間で知識ベースが更新されると、キャ
ッシュした値を求めるのに使用された値が変更されるこ
とにより、上記キャッシュされた値が正しい値でなくな
る場合があるという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点）このように、従来のフレーム型知識ベースを用いた推論
システムでは、高速なアクセスができないか、或はキャ
ッシュ方式を用いて高速にアクセスできたとしても、知
識ベースの更新に伴って正しくない値を求めてしまうと
いう欠点があった。

この発明は、上記欠点を解決し、フレーム型知識ベース
に対し、高速で矛盾なくアクセスすることが可能な推論
システムを提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は、各フレームのスロットの付帯情報として当
該スロットのスロット値を他のスロット値から求める手
順を格納したフレーム型知識ベースと、前記スロットに
付帯する前記手順に従って求めた値を当該スロットのス
ロット値としてキャッシュし、このキャッシュ後のアク
セスを上記キャッシュされたスロット値に対して行なう
知識ベース管理部とを具備した推論システムにおいて、
前記フレーム型知識ベースと前記知識ベースアクセス管
理部とを次のように構成したことを特徴としている。

即ち、前記フレーム型知識ベースは、スロットの付帯情
報として、当該スロットのスロット値の更新により影響
を与える他のスロット値を指示する依存関係情報と、当
該スロットのスロット値を求める際に用いられた他のス
ロット値の更新状況を示す更新情報とを備えている。

また、前記知識ベース管理部は、スロット値を更新する
際、前記依存関係情報に基づき前記スロット値と依存関
係にある他のスロット値の前記更新情報に更新があった
旨を登録し、スロット値にアクセスする際、前記スロッ
ト値の前記更新情報が当該スロット値のキャッシュ後に
更新のあった旨を表示しているときには、当該スロット
値を前記手順により再度求めて再キャッシュするもので
ある。

（作用）本発明によれば、フレームのスロットのスロット値を計
算によって求めるとともに、この求められた値をキャッ
シュし、キャッシュ後はキャッシュした値を直接参照す
る方式であるため、スロット値に高速にアクセスするこ
とができる。しかも、本発明によれば、スロット値の算
出の際に用いられた他のスロット値が更新されても、こ
の更新の際、知識ベース管理部が前記依存関係情報で指
示された他のスロット値の更新情報に更新があった旨を
登録し、このスロット値にアクセスする際には、上記ス
ロット値の更新情報を参照し、この更新情報が更新のあ
った旨を表示している場合には、当該スロット値を再度
求めて再キャッシュするため、常に正しいスロット値、
つまり更新した新しい情報に基づいた新しいスロット値
を求めることができる。

（実施例）以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例について
説明する。

第１図は、本発明の一実施例における推論システムの全
体構成を示したものである。

このシステムは、入出力装置１と、知識ベース管理部２
と、フレーム型知識ベース３とから構成されている。

入出力装置１は、ユーザがフレーム参照コマンドやスロ
ット値の更新コマンドを入力する際の入力手段と知識ベ
ース３の参照結果や更新結果をユーザに呈示する出力手
段とを兼ね備えたものである。

知識ベース管理部２は、入出力装置１を介して入力され
たコマンドを解釈して、フレーム型知識ベース５にアク
セスし、その結果、得られた情報を入出力装置１を介し
て返すものである。この知識ベース管理部２は、更に知
識ベースアクセス制御部４と作業記憶部５とから構成さ
れている。知識ベースアクセス制御部４は、フレーム型
知識ベース３に対するアクセス制御を司る。作業記憶部
５は、入出力装置１及びフレーム型知識ベース３から与
えられるフレームパターンを記憶してパターンマツチン
グなど推論処理に必要な作業を行なうのに用いられる。

フレーム型知識ベース３には、スロット−スロット値の
ベアから構成されるフレーム型の知識が格納されている
。この知識の一例を第２図に示す。

即ち、第２図に示すように、フレームＡには、ｅｏＩＩ
ｐｕｔａｔｌｏｎ　、　ａｄｄ　、　ａｕｌｔといった
フレーム名Ｂが付されている。。各フレームＡは、複数
のスロット−スロット値ベアから構成される。スロット
Ｃには、対象物の属性（ｒｅｓｕｌｔ、　Ｉｎｐｕｔ−
１など）、スロット値りには、その属性値（１０，５，
６など）が記述されている。

スロット−スロット値ペアには、様々な情報を付加する
ことができる。ここではファセットＥ１ファセット値Ｆ
のペアでそれを記述する。ファセット＄　ｅｘｐｒｅｓ
ｓｌｏｎ＄には、スロット値が存在しないときにスロッ
ト値を求める式が記述される。例えばファセット値（ｍ
ｕｌｔ：　１ｎｐｕｔ−１）　＊　（ＩＩｕｉｔ：Ｉｎ
ｐｕｔ−２）は、ｍｕｌｔフレームのＩｎｐｕｔ−１ス
ロツト値とＩｎｐｕｔ−２スロツト値とを掛合わせるこ
とを示している。ここに示したフレーム群は、第３図に
示した計算モジュールを表現したものである。第２図の
例では、ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎフレームのｒｅｓｕｌ
ｔスロット値として（５＊６）＋１０−４０が求まる。

なお、ここでは、ファセット値Ｆに記述される例として
数式を示したが、この他スロット値を求めるための手段
として論理式やプログラムを記述するようにしても良い
。

また、ファセット＄　ｅｒｒｅｃＬ＄には依存関係情報
が格納され、ファセット＄　ｃａｃｈｅｄ　＄には更新
情報が格納される。即ち、＄ｅｆ’［’ｅｃＬ＄ファセ
ットには、それが設けられたスロットのスロット値を更
新した場合に影響を及ぼす他のスロットへのポインタが
格納される。また、＄　ｃａｃｈｅｄ　＄ファセットに
は、それが設けられたスロットのスロット値を求める際
に参照した他のスロット値が更新されたかどうかを示す
フラグが格納される。ここでは、更新された場合にフラ
グとして１が立ち、そうでないときはフラグとして０が
与えられる。

次に、以上のように構成された推論システムの動作につ
いて説明する。

ま、ず始めに、入出力装置１を介してｃｏｗｐｕｔａｔ　Ｉｏｎフレームのｒｅｓｕｌｔスロ
ット値の参照コマンドが知識ベース管理部２に与えられ
ると、知識ベースアクセス制御部４は作業記憶部５を介
してフレーム型知識ベース３のｃｏｍｐｕｔａｔ　ｌｏ
ｎフレームのｒｅｓｕｌｔスロット値を参照する（第２
図参照）。しかし、第２図に示すように、そこには値が
記述されていないので、＄　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ＄フ
ァセットを参照し、ａｄｄフレームにアクセスし、Ｉｎ
ｐｕｔ−１スロツト値とＩｎｐｕｔ−２スロツト値とを
参照する。しかし、ａｄｄフレームのＩｎｐｕｔ−２ス
ロツトにも値が記述されていないので、＄　ｅｘｐｒｅ
ｓｓｉｏｎ＄ファセットを参照し、さらにｌｌ１ｕｌｔ
フレームにアクセスする。ａｄｄの１ｎｐｕｔ−２は、
（ＩＩｕｄ：　　Ｉｎｐｕｔ−１）　　＊　　（ｍｕｌ
ｔ：　　Ｉｎｐｕｔ−２）　　−３０と分り、これをキ
ャッシュする。すると、次回がらは、ｆｆ１ＵＩｔフレ
ームにアクセスせずにスロット値カ求まるので、高速に
値を取出すことができる。

ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎフレームのｒｅｓｕｌｔスロッ
ト値も、（ａｄｄ　　：　Ｉｎｐｕｔ−１）　＋（ａｄ
ｄ　　：　Ｉｎｐｕｔ−２）なる計算によって、４０と
求まる。これも同様にキャッシュする。この結果、フレ
ームは、第４図のような状態になる。これ以降の処理で
は、ｃｏ１１ｐｕｔａｔｔｏロフレームのｒｅｓｕｌｔ
スロット値は４０であることが即座に求まる。

ところが、その後ｍｕｌｔフレームのＩｎｐｕｔ−１ス
ロツト値が５から１０に更新されたとする。

Ｉｎｐｕｔ−１スロツト値がこのように変更になると、
キャッシュされていたｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎフレーム
のｒｅｓｕｌｔスロット値もａｄｄフレームのＩｎｐｕ
ｔ−２スロツト値も共に正しい値とはならなくなる。そ
こで、スロット値の更新時に、ｌｌ１ｕｌｔフレームの
１ｎｐｕｔ−１スロツトの＄ｅｒｒｅｃｔ＄ファセット
のポインタ（依存関係情報）によってその更新が影響を
及ぼすａｄｄフレームのＩｎｐｕｔ−２スロツトを辿り
、その＄　ｃａｃｈｅｄ　＄ファセットのフラグを１に
していく。

さらに、そのスロットの＄　ｅｌｅｃｔ　＄ファセット
のポインタから、ｃｏｎｔｐｕｔａｔ　Ｉｏｎフレーム
のｒｅｓｕｌｔスロットを辿り、その＄　ｃａｃｈｅｄ
　＄ファセットのフラグを１にする。＄ｅｆｒｅｃｔ＄
のポインタをこれ以上辿れなくなるまでこれを繰返すと
、各フレームの内容は第５図のようになる。

この状態で、知識ベース管理部２がＣＨｐｕｔａｔ　ｆａｎフレームのｒｅｓｕｌｔスロッ
トのスロット値にアクセスしようとすると、ｒｅｓｕｌ
ｔスロットの＄　ｃａｃｈｅｄ　＄のファセット値に１
が立っていることを検出するので、既にキャッシュされ
ている値が正しくないことが分り、改めてｒｅｓｕｌｔ
スロット値の再計算を行なう。そして、新たに求められ
たスロット値をキャッシュするとともに、＄　ｃａｃｈ
ｅｄ　＄を再び０にクリアする。このときの各フレーム
の状態は、第６図のようになる。以降、更新した新たな
知識ベースの状態のもとで、高速にスロット値を取出す
ことができる。

以上の処理手順を第７図及び第８図に示す。第７図はス
ロット値を更新するときの処理手順、第８図はスロット
値を求めるときの処理手順である。

スロット値を更新するときは、第７図において、まず更
新したいスロット値を指定しく１１）、値を更新する（
１２）。上記の例では、１Ｉｌｕ１ｔフレームのＩｎｐ
ｕｔ−１スロツトを５から１０に更新する。

そして、そのスロットに＄ｅｆｌ’ｅｃＬ＄ファセット
があるか調べる（１３）。＄ｅ［’ｒｅｃｔ＄ファセッ
トが無い場合には、それで更新手続は終わるが、この場
合は、あるので、＄ｅｒｒｅｃｔ＄の先を辿り、その先
にあるスロットの＄　ｃａｃｈｅｄ＄フラグを１にする
（１４）、ここでは、ａｄｄフレームのＩｎｐｕｔ−２
スロツトの＄　ｃａｃｈｅｄ　＄ファセットに１が立つ
。更にこの１を立てたスロットの＄　ｅｌ’ｆｅｃｔ＄
ファセットを辿る（　１５　）　ｏ　ｃｏｍｐｕｔａｔ
ｉｏｎフレームのｒｅｓｕｌｔスロットに辿りつき、そ
の＄　ｃａｃｈｅｄ＄ファセットに１が立つ（１４）。

以下、＄　ｃｆｆ’ｃｃｔ　＄　７７　セーｔトがある
限り、それを辿って＄　ｃａｃｈｅｄ＄フラグを１にセ
ットしていく。＄ｃｆｆｅｃｔ＄ファセットがなくなっ
たら、更新手続は終了する（１５）。

また、スロット値を求めるときは、第８図に示すように
、フレームとスロットとを指定する（２１）、上記例で
は、ｃｏｎｐｕｔａｔｔｏｎフレームのｒｅｓｕｌｔス
ロットを指定する。そこに値が存在しなければ、そのス
ロット値を計算する（２４）　、また、直接、そこに値
が存在するならば（２２）、今度はその値を正しいかど
うか、即ちそのスロットの＄　ｃａｃｈｅｄ　＄ファセ
ットに１が立っているものがあるか゛どうかを調べる（
２３）。もし１が立っていれば、そのスロット値は正し
くないので、スロット値を改めて計算する（２４）。こ
こでは、ａｄｄフレームの１ｎｐｕｔ−２スロツトに対
しても同様に再計算・再キャッシュが行われ、７０とい
う値がｅｏｌｌｐｕｔａｔｉＯｎフレームのｒｅｓｕｌ
ｔスロットにキャッシュされる（２５）とともに、＄　
ｃａｃｈｅｄ　＄フラグがＯにクリアされる（２６）。

キャッシュによってスロット値が更新されたので、更新
手続（２７）を行なう。これは第７図に示したものと同
じ手続である。この後、スロット値を返す（２８）。ま
た、ステップ２３においてフラグが０である場合には、
そのままスロット値を返す（２８）。

以上の実施例によれば、各スロットのスロット（直を参
照す際に、スロットに付帯した＄　ｃａｃｈｅｄ　＄フ
ァセットのフラグを参照することにより、そのフロット
値が正しいものかどうかが分り、正しくない場合には再
計算・再キャッシュすることにより、アクセスの高速性
を維持しつつ常に正しい値を参照できる。なお、この実
施例では、＄　ｃａｃｈｅｄ　＄ファセット値として各
ポインタに対応したフラグを設けたが、フラグの数は各
＄　ｃａｃｈｅｄ　＄ファセット毎に１つとしても良い
。

第９図乃至第１１図に本発明の他の実施例を示す。この
実施例では、第９図に示すように、＄　ｕｐｄａｔｅ−
ｔｉｒ６ｅ　＄ファセットにスロット値が更新された時
刻を格納し、＄　ｃａｃｈｅｄ−ｔｉｍｅ　＄ファセッ
トにスロット値がキャッシュされた時刻を格納するよう
にしたものである。

スロット値を更新するときの処理手順を第１０図に、ス
ロット値を求めるときの処理手順を第１１図に示す。

スロット値を更新するときは、第１０図に示すように、
更新したいスロットを指定しく３１）、値を更新する（
３２）、同時に＄　ｕｐｄａｔｅ−ｔｉｍｅ　＄も更新
する（３３）。上述の例では、ｍｕｌｔフレームのＩｎ
ｐｕｔ−１スロツトを５から１０に更新し、現在時刻を
、＄　ｕｐｄａｔｅ−ｔｉｎｇｅ　＄に書込む。そして
、そのスロットに＄ｃｆｆｅｃｔ＄ファセットがあるか
調べる（３４）。＄ｅｆｌ’ｅｃｔ＄ファセットが無い
場合には、これで更新手続は終了するが、この場合はあ
るので、＄ｅｆｒｅｃｔ＄ファセットの先を辿り、その
先にあるスロッ′トの＄　ｕｐｄａｔｅ−ｔｉｍｅ　＄
を現在時刻に更新する（３５）、以下、＄　ｅｆ’ｆ’
ｅｃｔ　＄ファセットがある限り、それを辿って＄　ｕ
ｐｄａｔｅ−１ＩＩＩｅ　＄を更新していく。＄ｅｌ’
ｆ’ｅｃｔ＄ファセットがなくなったら、更新手続は終
了する（３６）。

また、スロット値を求めるときは、第１１図に示すよう
に、フレームとスロットとを指定しく４１）、そこに値
があれば（４２）、その値が正しいか調べる（　４　Ｂ
　）　ｏ　＄　ｕｌ）ｄａｔｅ−ｔｉｍｅ　＄ファセッ
トと＄　ｃａｃｈｅｄ−１ｉｍｅ　＄ファセットとを比
べて＄　ｕｐｄａｔｅ−ｔｉＩｌｅ　＄の方が新しけれ
ば、そのスロット値は正しくないので、改めてスロット
値を計算する（４４）。得られた値をキャッシュしく４
５）、その時の時刻を＄　ｃａｃｈｅｄ−ｔｉＩＩｅ　
＄に書込む（４６）。キャッシュによってスロット値が
更新されたので、更新手続を行なう（４７）。これは第
１０図に示したのと同じ手続である。更新手続が終了し
たらスロット値を返す（４８）。

この実施例によれば、更新時刻とキャッシング時刻との
前後関係からスロット値が正しいかどうかを判断するこ
とができる。

なお、前記各実施例では、スロット値の計算のために必
要となる情報の依存関係情報を＄　ｅｆ’ｌ’ｅｃｔ　
＄ファセットに付加したが、それは予めフレームにアク
セスする前に付加しておく必要がある。知識ベース構築
時に知識ベース管理部２が依存関係情報をフレームに付
加する処理手順を第１２図に示す。

まず、知識ベースより１つフレームを選び（５１）、さ
らにその中のスロットを１つ選ぶ（５２）。そのスロッ
トに＄　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ＄ファセットがあれば（
５３）、その式に現われるフレームのスロットの＄ｅｒ
ｌ’ｅｃｔ＄ファセット値として現在選ばれているフレ
ームのスロットを指すように、ポインタを書込む（５４
）。これを全てのスロット、全てのフレームについて行
なう（５５゜５６）。これにより、知識ベース構築者の
手を煩わせることなく、全てのフレームについて＄　ｅ
ｒｒｅｃｔ　＄ファセットを設定することができる。

［発明の効果コ以上述べたように、本発明によればフレームのスロット
−値ペアにそのスロット値の更新により影響を与える他
のスロット値を指示する依存関係情報と、当該スロット
値の導出に用いられる他のスロットの更新状況を示す更
新情報とを付加しているため、スロット値のキャッシュ
を行なったときに、正しい値がキャッシュされているか
検出でき、高速で矛盾のないフレーム型知識ベースのア
クセスが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る推論システムの構成を
示すブロック図、第２図は同システムにおけるフレーム
型知識ベースに格納されたフレームの構成を示す図、第
３図は同フレームによって表現される対象世界の概念を
示す図、第４図乃至第６図は同システムにおけるフレー
ム型知識ベースの各時点の状態を示す図、第７図及び第
８図は同システムにおける知識ベース管理部の動作フロ
ーを示す流れ図、第９図は本発明の他の実施例に係る推
論システムにおける知識ベースの内容を示す図、第１０
図及び第１１図は同システムにおける知識ベース管理部
の動作フローを示す流れ図、第１２図は本発明の更に他
の実施例に係る依存関係情報の自動付加手順を示す流れ
図である。１・・・入出力装置、２・・・知識ベース管理部、３・
・・フレーム型知識ベース、４・・・知識ベースアクセ
ス制御部、５・・・作業記憶部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第７図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）各対象物に関する知識をスロット−スロット値か
らなるフレームで表現し、各フレームをネットワーク状
につなぐことにより対象世界を表現するとともに、前記
スロットの付帯情報として当該スロットのスロット値を
他のスロット値から求める手順を備えたフレーム型知識
ベースと、このフレーム型知識ベースに対するアクセス
及び管理を行なうとともに、前記スロットに付帯する前
記手順に従って求めた値を当該スロットのスロット値と
してキャッシュし、このキャッシュ後のアクセスを上記
キャッシュされたスロット値に対して行なう知識ベース
管理部とを具備した推論システムにおいて、前記フレーム型知識ベースは、スロットの付帯情報とし
て、当該スロットのスロット値の更新により影響を与え
る他のスロット値を指示する依存関係情報と、当該スロ
ットのスロット値を求める際に用いられた他のスロット
値の更新状況を示す更新情報とを備え、前記知識ベース
管理部は、スロット値を更新する際、前記依存関係情報
に基づき前記スロット値と依存関係にある他のスロット
値の前記更新情報に更新があった旨を登録し、スロット
値にアクセスする際、前記スロット値の前記更新情報が
当該スロット値のキャッシュ後に更新のあった旨を表示
しているときには、当該スロット値を前記手順により再
度求めて再キャッシュするものであることを特徴とする
推論システム。
（２）前記更新情報は、前記スロット値をキャッシュし
た後に当該スロット値を求める際に用いられた他のスロ
ット値が更新されたことを示すフラグであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の推論システム。
（３）前記更新情報は、前記スロット値をキャッシュし
た時刻と、当該スロット値を求める際に用いられた他の
スロット値が更新された時刻とを示す情報であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の推論システム。