JPH0287231A - 仮説推論システムにおける仮説管理方式 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工知能技術を応用して問題解決を行う計算機
システムにおいて、特に複数の仮説の組み合わせを活用
した問題解決システム（仮説推論システム）で効率良く
探索範囲を限定するのに最適な仮説管理方式に関する。

〔従来の技術〕

近年、仮説に基づいた真理維持機構（Ａ　ｓｓｕｍｐｔ
ｉｏｎ−ｂａｓｅｄ　Ｔｒｕｔｈ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎ
ｃｅ　Ｓ　ｙｓｔｅｍ、以下”　Ａ　Ｔ　Ｍ　Ｓ　”と
呼ぶ）を用いて、設計２診断、計画などの問題解決を行
なうシステムが研究されている。このＡＴＭＳの考え方
は、Ｊｏｈａｎ　Ｄａｋｌｅｅｒによる“Ａｎ　Ａｓ５
ｕ＋ｍｐｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ　ＴＭＳ”　、　Ａｒｔ
ｉｆｉｃａｌ　Ｉ　ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、　Ｖｏｗ
、　２８　、　ｐｐ、　１２７−１６２に詳しい。

ＡＴＭＳを用いた問題解決システム（仮説推論システム
）は、第３図に示すように問題解決器１０と仮説管理器
２０から構成される６問題解決におけるデータは仮説と
それから導かれる事実の２つによって表現される。仮説
の組み合わせを環境と呼ぶ。問題解決器１０は、推論の
結果を”ｊｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”　　（事実間の
関係）という形で仮説管理器２０に与える。　　”ｊｕ
ｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”は前提部と結論部からなり、
前提部の事実（または仮説）より結論部の事実が導かれ
る事を示す。仮説管理器２０は問題解決器１０のデータ
に対してノードを生成し、その事実が成立する最小の環
境の組を計算し、それをラベルとしてノードに対応付け
る。

ｎ個の仮説の組からは、２′ｎ個の環境ができる。

第４図にＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの４つの仮説が存在する場合の
環境のラティスの例を示す。ここでは大文字で仮説、小
文字で仮説より導かれる事実を表すことにする。例えば
仮説Ａ、Ｂからｄが導かれた、すなわち Ａ、Ｂ坤ｄ とすると、事実ｄのラベルは（（Ａ、Ｂ））となる、事
実りは環境（Ａ、Ｂ）およびそのすべてのスーパセット
すなわち（Ａ、Ｂ、Ｃ）、（Ａ、Ｂ。

Ｄ）、（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）でも成立する。

ここで、問題解決器１０がある環境で矛盾が発見した時
、その旨が仮説管理器２０に通知され、仮説管理器２０
は矛盾が起きた環境“’ＮｏＧｏｏｄ”として記録して
おく。この時、矛盾が起きた環境のスーパセットも同時
に”　Ｎ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄ　”となる。例えば、もしく
Ａ、Ｂ）が“Ｎ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄ　”になったとすると
、（Ａ、Ｂ、Ｃ）、（Ａ、Ｂ、Ｄ）、（Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄ）も同時に“Ｎ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄ　″となる
。仮説管理器２０は、“Ｎ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄ″′が新た
に発見されたときは、その１１　Ｎ　ｏｏ　００ｄ　ｌ
＋を含む環境をすべての事実のラベルから取り除く。第
４図では、そのノードを網かけで示しである。

問題解決器１０は、その推論を制御するにあたって、推
論の対象とすべき事実のラベルを注目しながら行なう。

事実のラベルが空のものはその事実の成立するような環
境がないわけであるから、その事実に注目した探索を行
なうのは意味がないことになる。ラベルが空でない事実
にのみを注目することによって１問題解決器１０は探索
の範囲を限定することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来方式では、探索空間の限定する方法として“Ｎ
ｏＧｏｏｄ”があることから、ある事実が成立してはい
けないという矛盾を自然な形で表現し、それに基づいて
探索範囲を絞り込むことは容易に行なえる。しかし、必
ずある事実が成立していなければいけないという制約を
そのままの形で用いて探索空間の限定を行なうのは難し
い。もし、そのような制約を表現しようとすると、それ
を矛盾の形に書き換える必要があり、多くの手間を要す
る。さらに、一般に書き換えに当たっては、一つの制約
表現を多くの矛盾の表現におきかえることになり、仮説
管理器における処理が増大する。

本発明の目的は、仮説推論システムにおける上記従来の
問題点を改め、問題解決に有効な世界を効果的に限定す
る仮説管理方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明は、ある事実が成立し
なければならないということがわかった時、その事実の
根拠となっている仮説の組（ここでは”　Ｍ　ｕｓｔ　
”と呼ぶ）を別に記憶しておくことを特徴とする。

〔作　用〕

問題解決器は、ある事実が必ず成立している必要のある
ことが分かったときは、そのことを仮説管理器に”ｒｅ
ｑｕｉｒｅ”オペレータを用いて通知する。このオペレ
ータは、任意の事実を引数に取り、その事実のラベルを
”Ｍｕｓｔ”に登録する働きを持つ。これは、”Ｍｉｎ
ｉｍａｌ　Ｍｕｓｔ　（ｍｍ）と呼ぶ仮想的なノードを
考え、そのノードに対して“ｒｅｑｕｉｒｅ”で登録さ
れたノードのすべてを前提部に持つような“ｊｕｓｔｉ
ｆｉｃａｔｉｏｎ”を与える形になる。

”Ｍｉｎｉａ＋ａｌ　Ｍｕｓｔ”のラベルが“Ｍｕｓｔ
”の環境のうち最小のものに相当することになる。

例えば事実ｒｌ、ｒ２．ｒ３が“ｒｅｑｕｉｒｅ”され
たとすると、 ｒｌ、ｒ２．ｒ３＝ｍｍ という“ｊｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”が“Ｍｉｎｉｍ
ａｌ　Ｍｕｓｔ”に対して与えられたことに等価になる
。

“Ｍｕｓｔ”が導入されたとき、ノードのラベルはすべ
て”Ｍｉｎｉｍａｌ　Ｍｕｓｔ”とのＡＮＤを取ったも
のとなる。すなわち、事実ｆのラベルは。

ｆ、ｍｍ＝ｆ’ とした時ｆ′のラベルになる。

例えば次のようなｊｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”が与え
られたとする。

Ａ、Ｂ、Ｃ環上 （Ａ、Ｂ、Ｃの組が矛盾であることを示す）（：、、［
）ａｆ とする。この時、ｆのラベルは、 （（Ｃ，Ｄ）） となる。ここで、 ｒｅｑｕｉｒｅ　（ｆ　） を実行すると、”　Ｍ　ｉｎｉｍａｌ　”のラベルはｆ
のラベルである （　　（Ｃ，Ｄ）） ということになる。ここで。

Ａ、Ｄ＝＞ｇ という”ｊｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”が加わると１ｇ
のラベルはＭｕｓｔを考えないとすると （（Ａ、Ｄ）） である、ところが、Ｍ　ｕｓｔ　”を考えると”Ｍｉｎ
ｉｍａｌ　Ｍｕｓｔのラベル （（Ｃ，Ｄ）’） とのＡＮＤを取って （（Ａ、Ｃ，Ｄ）） となる、また、 Ａ、Ｂ＝＞　ｈ という”　ｊｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”が与えられた
時、ｈのラベルは”Ｍｕｓｔ”を考えないとすると（（
Ａ、Ｂ）） であるが、”Ｍｕｓｔ”を考えると （（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）） となる、これは”ＮｏＧｏｏｄ”であることがら、結局
りのラベルは、 となる、すなわち、ｈのラベルは空であり、ｈは問題解
決器においては無視しても良いデータであることがわか
る。

このように“Ｍｕｓｔ”と“ＮｏＧｏｏｄ”をうまく組
み合わせることにより、可能性のない仮説の組み合わせ
については早いうちに探索の対象外とすることができる
。なお、”　Ｍｉｎｉｍａｌ　　Ｍｕｓｔ”のラベルの
初期値（（））である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面により説明する。

第１図は本発明による仮説推論システムの概念図であり
、第３図と同様に問題解決器１０と仮説管理器２０の２
つの構成要素からなる。問題解決器１０は仮説管理器２
０に対して、 傘事実、仮説の生成 中事実間の関係（ｊｕｓｔｉｆｃａｔｉｏｎ）＊　”Ｎ
ｏＧｏｏｄ” 本Ｍｕｓｔ の通知を行なう、仮説管理器２０は、問題解決器１０に
対して、事実の属する世界（ラベル）を通知する。

ここで、５つの家の問題を例として本発明を説明する。

この問題は、５人の異なフた国の人がいて、異なった色
の家に住み、異なった職業を持ち、異なったペットと異
った好きな飲みものを持っている時、以下のような１４
個の制御条件を満たす解を求めるというパズルである。

制約条件： （Ａ−１）イギリス人は赤い家に住む。

（Ａ−２）スペイン人は犬をかう。

（Ａ−３）日本人は画家である。

（Ａ−４）イタリア人はお茶を飲む。

（Ａ−５）ノルウェー人は一番左の家に住む。

（Ａ−６）緑の家の住人は、コーヒーを飲む。

（Ａ−７）緑の家は白いの家の右隣にある。

（Ａ−８）彫刻家は蛇を飼う。

（Ａ−９）外交官は黄色い家に住む。

（Ａ−１０）真ん中の家では、ミルクが飲まれる。

（Ａ−１１）ノルウェー人は家は青い家の隣ある。

（Ａ−１２）バイオリニストはフルーツジュースを飲む
。

（Ａ−１３）医者の隣人は狐を飼っている。

（Ａ−１４）外交官の隣の人は馬を飼っているにこでは
、まず家に１から５までの番号を振り、国籍１色、職業
、ペット、飲みものについてそれぞれの具体的な値と家
の番号の組み合わせを仮説として表現した０例えば１番
目の家にイギリス人が住むことをｎａｔｉｏｎａｌｉｔ
ｙ　（ｅｎｇｌｉｓｈ、　１）　、　２番目の家が赤で
あることをｃｏｌｏｒ　（ｒｅｄ、　２）として表現す
る。

各々の性質に関して２５個の仮説が立てられ。

全部で１２５個の仮説が生成される。仮説管理器２０の
環境として最大２Ａ１２５個の仮説空間が考えられるこ
とになる。

ここでの制約条件は上に述べたパズルの制約条件のほか
に （ｂ）同じ家に同時に違うものを割り当てることはでき
ない。

（Ｃ）同じものが同時に異なる家に割り当てることはで
きない。

という条件が加わる。この（Ｂ）、（Ｃ）の条件につい
ては、制約を違反したところを”ＮｏＧｏｏｄ”とする
事で表現できる。

（Ａ）の制約条件については、“Ｍｕｓｔ”を用いない
場合と用いて表現する場合の２つについて説明する。ま
ず、”Ｍｕｓｔ″′を用いないとする。イギリス人がｎ
番目の家に住むという仮説をｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　
（ｅｎｇｌｉｓｈ、　？　ｎ）で表し、赤い家がｎ番目
であるという仮説をｃｏｌｏｒ　（ｒｅｄ、　？　ｎ　
）で表すとする。ここで１ｔ　（７ｎ＋１は変数を示す
、こうすると、１番目の条件は次の３つの場合に分けて
“ＮｏＧ。

ｏｄｌＦを導くことになる。

ｎａｔｉｏｎｌｉｔｙ　（ｅｎｇｌｉｓｈ　？　ｎ　）
Δｃｏｌｏｒ（−ｒｅｄ、　？　ｎ）環上（１≦？ｎ≦
５） ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　（ｗｅｎｇｌｉｓｈ、　？　
ｎ）Δｃａｌｏｒ（−ｒｅｄ、　？ｎ）環上（１≦？ｎ
≦５） ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　（ｅｎｇｌｉｓｈ、　？　ｎ
）八ｃａｌｏｒ　（−ｒｅｄ、　−＋　ｎ　）環上（１
≦？ｎ≦５） 一方、”Ｍｕｓｔ”を用いた場合は１条件をそのままル
ールに書き下すことができる。即ち、ルールに対して仮
想的な事実（例えばｒｕｌｅ　ｌとする）設定し、ｒｕ
ｌｅｌに対して ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　（ｅｎｇｌｉｓｈ、　？　ｎ
　）Δｃａｌｏｒ　（ｒｅｄ、　？　ｎ）埠ｒｕｌｅ　
ｌ　（１≦？ｎ≦５） という”ｊｕｓｔｉｆｃａｔｉｏｎ”を与え、ｒｕｌｅ
ｌを”ｒｅｑｕｉｒｅ”する。このようにｒｅ　Ｍ　ｕ
ｓｔ７１を使って表現した場合、「・・・でなければな
らない」という制約が自然な形で表現できる。仮説管理
器２ｏはすべての事実のラベルの環境を”Ｍｉｎｉｍａ
ｌ　Ｍｕｓｔ”とのＡＮＤを取り、さらにそれより”　
Ｎ　ＯＧ　ｏｏｄ　”に含まれる環境を事実のラベルか
ら取り除く。最終的に残った環境がこの問題の解となる
。”　Ｍ　ｕｓｔ　”を用いることによりすべての制約
を“Ｎ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄ　”で表現する必要がなくなり
、より効率良く解を求められる。

この例題について、Ｍｕｓｔを導入した場合とそうでな
い場合とで比較実験した結果、Ｍｕｓｔを導入した方が
、生成されたＮ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄが約２分の１に減少し
、また実行速度で３倍の高速化を認識することができた
。なお、第４図に対応する本発明に基づく仮説空間を第
５図に示す。

第２図は１本発明方式を実現するハードウェア構成例を
示したものである。すなわち、仮説メモリ１３１には仮
説が格納され、事実メモリ１３２には事実が格納される
。ＮｏＧｏｏｄメモリ１３３には矛盾をおこした仮説の
組が格納される。　Ｍｕｓｔメモリ１３４には必ず成立
すべき仮説の組が格納される。仮説空間メモリ１３５に
は“Ｎ　ｏ　Ｇ　ｏｏｄ”１’　Ｍ　ｕ　ｓ　ｔｌｌを
含むすべての環境が格納される０問題解決プロセッサ１
１０は問題解決器を構成し。

仮説管理プロセッサ１２０は仮説管理器を構成する。各
プロセッサ１１０，１２０および各メモリ１３１〜１３
５間はバス１４０により結合されており、このバス１４
０を通して情報のやりとりが行なわれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ある事実が必ず
成立するということを容易に表現でき。

さらに解の探索空間を効果的に絞り込むことが可能とな
り、解の効率的な導出が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る仮説推論システムの概念図、第２
図は本発明を実現するハードウェア構成例を示す図、第
３図は従来の仮説推論システムの概念図、第４図は従来
方式による仮説空間の概念図、第５図は本発明方式に基
づく仮説空間の概念図である。 １１０・・・問題解決プロセッサ。 １２０・・・仮説管理プロセッサ、 １３１・・・仮説メモリ、　　１３２・・・事実メモリ
。 １３３−・・ＮｏＧｏｏｄメモリ。 １３４−　Ｍｕｓｔメモリ、 １３５・・・仮説空間メモリ、 １４０・・・バス。 第３ 図 ；」　口 ｍ　　　＋＋　　＝−ｗ 矛 ■ 区 第２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数立てられた仮説の組み合わせによる環境を記
   憶するメモリを具備し、該仮説の組み合せを活用して問
   題解決を行なう仮説推論システムにおいて、必ず成立す
   べき仮説の組を別に管理し、解の探索を行なうべき範囲
   を絞り込むことを特徴とする仮説管理方式。