JPH0492967A - 類似知識検索処理方法 - 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、ルールベース等の知識ベースシステム、例え
ば５化学物質の設計を行わせるように構成された化学反
応設計知識ベースシステムにおいて、既に格納されてい
るルール知識から新規なルール知識を生成し、知識ヘー
スの増強を行う際に既に格納されているルール知識を効
果的に検索する類似知識検索処理方法に関するものであ
る。

例えば、化学反応の知識を計算機システム内の知識ヘー
スに格納し、これに推論メカニズムを適用して、対象と
する化学物質の反応設計を支援するシステム、詳しくは
対象とする化学物質の構造情報等を知識ヘースのフレー
ム形式の知識（以後フレーム知識、または単にフレーム
と呼ぶ）として、また反応設計に必要な知識を知識ベー
スのルール形式の知識（ｉｆ　−ｔｈｅｎからなる知識
で以後ルール知識、または反応ルール知識と呼ぶ）とし
て計算機に格納し、これらの知識を推論機構により推論
することが行われる。

〔従来の技術〕

第７図は代表的な設計支援知識ベースシステムとして化
学反応設計知識ベースシステムを示す。

図中、１は本体部、１−１は推論処理部、１−２は構造
認識処理部１１−３は反応処理部、１−４は入力構造フ
レーム知識、１−５は反応ルール知識、１−６は分子構
造ファイル、２は専門家インタフェース部、２−１はデ
イスプレィ装置、２−２はインタフェース処理部、３は
利用者インタフェース部、３−１はデイスプレィ装置、
３−２はインタフェース処理部を表す。

入力構造フレーム知識１−４に設計対象となる化学物質
の構造情報を格納しておき、そのフレーム知識内の構造
情報が反応ルール知識１−５内の条件部に格納されてい
る構造情報に一致する反応ルール知識を検索し、その反
応ルール知識１−５内の実行部に格納されている反応設
計手続きを実行する方法が採られ、これを繰り返すこと
により。

化学反応の設計を計算機に行わせるように構成するもの
である。この方法では、考えられる対象化学物質の構造
情報に対応した全ての反応に関するルール知識をあらか
しめ反応ルール知識１−５に格納しておく必要がある。

そうでなければ２反応ルール知識が欠損している時点で
推論、即ち処理は停止し１処理結果は得られなくなって
しまう。

これら反応ルール知識１−５は、化学に関する専門知識
であり、化学合成の専門家、ないしはこの分野の知識エ
ンジニアが洩れなく計算機に投入する必要があるが９化
学反応の数は膨大であり９反応ルール知識を全て専門家
、あるいは知識エンジニアが投入するのは現実的ではな
い。

この解決策の１つとして従来では知識が不足した知識ベ
ースであっても、なんらかの結論を得られるようにする
ことが考慮されている。即ち、既に得られている知識を
最大限利用して、推論を継続することが可能なように、
類推処理部４を設は既存の知識から類推により新規な知
識を生成する方法が考案され、具体的には化学反応設計
知識ベースシステムでは第８図に示す処理が実施されて
きた。

即ち、先に出願した特願昭６３−２６２０７７号「知識
類推生成推論処理方式」は入力された設計要求に対応す
る反応ルール知識に該当するものが無く推論が実行でき
ない時、既存の反応ルール知識から設計要求に類似する
反応ルール知識を探索し類推による新規な反応ルール知
識を生成する類推処理部４を設け、推論を継続可能とす
る基本的な処理方式について示している。

〔発明が解決しようとする課題］ このような類推による設計知識ヘースンステムでは設計
対象と既存のルール知識との間の類似度算定の方法や、
！！推による設計対象に対応した新規ルール知識生成方
法が主要な技術であり、これの良否がシステムの性能を
決定すると言われる。

なお、類推による設計知識ベースシステムは５本発明の
実施例で示した化学物質設計に限らず、設計事例が多数
得られる機械設計、ＬＳＩ設計、あるいはソフトウェア
設計等の設計問題型知識ベースシステム全般にわたって
通用できる技術である。

本発明は１例えば、化学反応設計知識ベースシステムに
おいて、対象となる化学物質の構造情報に対応した反応
ルール知識が知識ベースとして獲得されておらず、推論
が実行できない場合に、あらかしめ獲得されている反応
ルール知識から設計要求に類ｆνな反応ルール知識を検
索するに当って類似度の算定時に既存の反応ルール知識
に埋め込まれた重要度を示す重みにより類似度を補正し
真に必要な類似反応ルール知識の検索を可能ならしめる
ことを目的とし、さらには対象とする全ての化学物質に
対応した反応に関する反応ルール知識をあらかしめ全部
用意することなく９反応設計が可能なようにすること、
また、これにより初期のシステム構築段階における知識
ベースの構築を容易にすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 以下、化学反応設計知識ベースシステムを例にして説明
する。

化学反応設計知識ベースシステムは、ある原料化学物質
が反応して別の化学物質を合成する経路を設計する順合
成設計システムと、ある化学物質を合成するための原料
化学物質やその反応条件を設計する逆合成設計システム
とに大別される。以降の明細書では、単に反応設計、あ
るいは反応と記述するが、この場合に順合成設計と逆合
成設計とのいずれかを指していることとする。いずれに
しても、目標の化学物質の構造知識と反応設計の知識を
知識ベースに格納し、これを計算機で推論処理、及び類
推処理することによって２反応設計が行われる。

本発明は従来発明の特願昭６３−２６２０７７号「知識
類推生成推論処理方式」における類推処理部４における
類似性判定方法を改良するものであり、以下にその相違
点を述べる。

第９図は特願昭６３−２６２０７７号「知！ｌｉ！！推
生成推論処理方式」の類推処理部４の機能ブロック構成
を示すものである。また第１図は本発明の類推処理部の
機能ブロック構成を示したものである。図中１−４は入
力構造フレーム知識、１−５は反応ルール知識、４は類
推処理部、４−１は類推ルール生成部、４−２は反応テ
ーブル変換部、４−３は反応テーブル、４−４はワーキ
ングテーブル４−５は類イ以度補正部を表す。

第１図と第９図とを対比すると判る如く１両者の機能ブ
ロック上の相違点は第１図において、１！推ル一ル生成
部４−１に付属する形でＲ４ｕ度補正部４−５を有する
点のみである。

以下、まず従来発明の類推処理部４の働きを説明し、さ
らに本発明の類推処理部４のうち類似度補正部４−５の
働きを中心に差異を説明する。

類推は既に格納されている反応ルール知識を計算機上で
整理することにより決定される。

今、芳香族単環（ベンゼン環）における置換反応を例題
に、ある標的化学物質の構造情報が示されたとする。第
２図にその入力構造フレームの例を示す。

ここでカッコ内のアルファベット文字は置換基を示し、
またカッコ内の置換基の位置は図中のく説明〉として示
されるベンゼン環におけるポンド相対位置とする。これ
が新規の標的化学物質とすると、それに該当する反応ル
ール知識は存在しないから、推論処理部は類推処理部４
を起動する。

類推処理部４は９反応テーブル４−３において標的化学
物質の反応フレームの構造を手がかりに適当な反応ルー
ル知識を探索する。この反応テーブル４−３は類推処理
部４の探索処理を高速にするために設けられた反応ルー
ル知識の単なるコピーである。例えば、第３図に示され
た反応ルール知識は第４図に示される反応テーブルに変
換される。第３図内や第４図の条件部、実行部内におけ
るカッコ内の意味は第２図の入力構造フレームの場合と
同しであり、順合成の場合は１条件部、及び実行部には
それぞれ原料化学物質構造情報、及び生成化学物質構造
情報、また逆合成の場合には。

反対に生成化学物質構造情報、及び原料化学物質構造情
報が格納される。なお最初の番号はルール番号である。

類推処理部は反応テーブル４−３の全てのエントリイ（
全反応ルール知識に相当）について類似性の判定を行う
、類似性は類似度という尺度で算定し、従来では構造上
の極大−成敗を計算し、それをワーキングテーブル４−
４に記録、さらに反応テーブル４−３上の全エントリイ
の全反応知識について類領度計算、及びワーキングテー
ブル４４への記録が終了した時点で類似度の大きい順に
ソートする。引き続いて、類推処理部４は類領度の大き
い知識を利用して新反応知識を生成する。

つまり類似性の大きい知識をテンプレートに標的化学物
質の構造情報に適合するように新反応ルール知識を生成
することを行う、さらに新反応ルール知識を反応ルール
知識１−５に格納するとともに５本体部１の推論処理部
１−１に処理の継続を指示する。こうすることにより、
新反応ルール知識による標的化学物質の推論、即ち設計
が継続される。

なお１以上では新反応ルール知識の生成方法については
詳しくは説明していない、これは本発明において直接関
連する範囲に含まれないためであり、従来手法の説明は
この程度でとどめる。

次に従来手法の問題点であるが９以上から分かるように
従来手法における類似度計算では既存反応ルール知識は
全て重要度も無く平坦であるとし。

類似度は標的化学物質構造と反応ルール知識内の条件部
に記述された構造との極大部分−政変を計算するのみで
良い、しかし、実際問題としては各反応ルール知識に属
性している重要度、即ち重みに応して適用されるべき類
似な反応ルール知識の順序付けが考慮されるべきである
。例えば、化学反応の反応ルール知識には化学反応の構
造変換の詳細が記述されるのであるが１反応のコスト、
収率、安全性等の条件も記述され、・これらは工業的に
は非常に重要な考慮すべき要因である。つまり。

従来手法では化学構造が良＜類似しているからといって
余り重要でない反応ルール知識を類似な反応ルール知識
として用いてしまい、工業的には価値のない設計結果を
生ずることが考えられる。このことは、類似な反応ルー
ル知識探索時の類似度計算において、これらの要因が反
映されるべきであることを示しており１本発明において
は、このような反応ルール知識に与えられた重要度を類
似な反応ルール知識選択時に考慮するようにしているも
のである。なお、これら要因は条件個別の複数の重みと
して各反応ルール知識に埋め込むこともできるし、化学
者からみた総合的な重要度として各反応ルール知識毎に
単一の重みとして埋め込むこともできるが、ここでは単
一の重みとして説明する。以下２本発明に関係する類推
処理部４の働きについて従来手法と対比して説明する。

本発明の類推処理部４の機能プロンク構成例を第１回に
示す。

今、第２図の入力フレームが与えられ、それを第４図の
反応テーブル、第５図のワーキングテーブルを使って類
（以な反応ルール知識を検索する手順を示す。

対象とする標的化学物質の入力構造が与えられた時、前
段としてこの構造と類似な反応ルール知識を反応テーブ
ルから探索する。この手順は従来技術と同じであり、構
造上の極大部分−成敗が類似度と定義される。本発明に
おいては更に後段として、求めた類似度を反応テーブル
上の各反応ルール知識に記述される重みによって補正す
る。

種々の補正の方法が考えられるが１例えば単純に「後段
の類似度−前段の類似度×重み」とするこ、！：により
、類似度を変更ならしめることができる。

つまり、従来技術では単に構造的な極大部分−成敗によ
る類似度を計算し、これを基に類似な反応ルール知識を
求め、かつ類推に使用するのみであったが１本発明では
各反応ルール知識に与えられた重要度、即ち重みによっ
て、類似度を補正することによって、真に的確な類似な
反応ルール知識の検索が可能となり、類推の効果を向上
することが可能である。

なお９本発明による類似知識検索処理は、推論不成功時
の類推時に起動されるだけでなく、知識構築時に類推に
よる知識獲得のために起動しても良い。

なお、一般にこのように生成した新知識は完全に正しい
知識とは言えないので、実際に適用して。

その正当性を検証するか、あるいは専門家に知識の正誤
を入力させる等の機能は当然ながら必然になるものと考
えられる。

〔実施例〕

本発明に係わる類推処理部の機能ブロックを第１図に示
す。

ここで説明に用いる設計対象の標的化学物質入力構造を
第２図に９反応ルール知識の例を第３図に、また類推処
理部４中の反応テーブル（ＲＴ）については第４図、ま
たワーキングテーブル（ＷＴ）については第５図にその
構成例を示す。なおいずれの図も概念的なものであり、
各処理部が統合されたり、あるいは分割されて構成され
ても良い。

前述したように、１ｓ推は既にある反応ルール知識を使
って、新規な反応ルール知識を化成するものである。従
って１反応ルール知識を全て読み込み９体系的に整理す
る必要がある。反応テーブルＲＴはそのための反応ルー
ル知識のコピーであり類推処理部は反応ルール知識の探
索にこの反応テーブルＲＴを使用する。即ち反応テーブ
ルＲＴは１つの反応テーブル知識に対応して１つのエン
トリを持ち５本本的には反応ルール知識の全ての情報が
格納されている。

以下、説明する。

類推ルール生成部４−１は起動されると１反応テーブル
４−３の最初のエントリから反応ルール知識を読み出し
、まず反応中心となる置換基を共有するかどうかをチエ
ツクする。反応中心とは例えば反応テーブル４−３にお
けるルール１では条件部の置換基Ｃが実行部の置換基Ｔ
に置換しているのでこの場合は置換基Ｃが反応中心であ
る。

同様にルール２では置換基Ｂが反応中心、またル−ル３
では置換基Ｅが反応中心である。入力構造中の置換基は
（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｈ，Ｄ）の５種であるからルール１．２
は反応中心を共有しているが。

ルール３は共有していない。反応中心を共有しない場合
には構造が類似しているからといって別々の反応機構と
考えられるので、１ｓ似ルールの対象にしない。従って
類推の対象からはルール３は削除される。

次に設計対象の入力構造と反応テーブルの上記で除いた
ルール条件部構造との極大部分−政敵を算定する。この
例では極大部分一致としては芳香族単環であるから６箇
所の結合手について１位置をずらしながら全ケースにつ
いてマツチングを行うことを意味する。例えば第２図の
入力構造（ＡＢ、Ｃ，Ｈ，Ｈ，Ｄ）と第４図の反応テー
ブルのルール１条件部の構造（Ｂ、Ｈ，Ｈ，Ｈ，ＣＡ）
との極大部分−政敵は条件部構造を（人、旦ＨＨＨ，Ｃ
）とずらすことにより４とカウントされる。同様にルー
ル２条件部の構造（Ｈ，Ｈ。

Ｃ，Ｈ，Ｂ、　Ａ）では（人、　Ｂ、　Ｈ，Ｃ，■。

Ｈ）と左右対象に反転して３とカウントされる。

極大部分−政敵を類似度とした場合、この段階では （ルール１の類似度＝４）＞　（ルール２の類似度＝３
）であり、ルール１の方が類似性が高く、従来の類推で
は第一にルール１が採用されることになる。

本発明はこれを直ちに類似度にするのではなく。

この後段にルール毎に付与された「重み」を極大部分−
政敵に掛けて類似度を求めるように構成する。ルール１
の重みは第４図から「４」である。

またルール２の重みは「６」である。従って最終的な類
似度はルール１の場合４Ｘ４＝１６．またルール２の場
合３ｘ６＝１８となり、この例では（ルール となり、ルール２の類似度の方が高く算定される。

反応テーブル上の全ルールのうち反応中心を共有するル
ールについて上記の計算が行われ，その都度計算結果の
類似度とルール番号との対が第５図のワーキングテーブ
ルに途中経過が記録される。

全てのルールについて類似度の計算が終了した時点で類
似度をキーにワーキングテーブルをソートする。その結
果類似度の大きい順にルールが並べられ．類推処理部は
類似度の大きい順から新規反応ルール知識を生成する。

新規反応ルール知識は標的化学物質の入力構造をもとに
最も類似度の大きい反応テーブル上の反応ルール知識を
モディファイした後，これをｉｆ　＝　ｔｈｅｎからな
る反応ルール知識の形式に変換することによって得られ
る。

例えばルール２の場合であれば，置換基Ｂは置換基Ｓに
置換させれば良いから新反応ルール知識は（　　ｉｆ　
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｈ，Ｈ，Ｄ）　−　ｔｈｅｎ　（Ａ，Ｓ
，Ｃ，Ｈ，Ｈ，Ｄ）　Ｐ　１と類推される。ここでＰは
新反応ルール知識に与えられた重みである。この重みは
類似な反応ルール知識の重み「６」をそのまま用いるか
，ある固定数（例えば「１」）とするか、あるいはユー
ザに聴いて決定するかのいずれでも良い。また、反応ル
ール知識に反応条件が記述されている場合には．その反
応条件についても類推を行う必要がある。

以上の類似度補正部を含む本発明における類推処理部の
機能的な流れを第６図に示す。極大部分−政敵を算定し
た後に重みによる類似度補正を行っている。

以上は非常に簡単な例であり，実際の化学物質の場合に
は構造が複雑なことから構造上の極大部分−政敵を計算
するのは，多大な計算量を必要とする。この場合は．構
造を化学上の意味ある部分構造に分離し，部分構造を単
位とする極大部分−致を行う方法．あるいは化学物質を
いろいろなカテゴリから特徴認識したカテゴリ間の一致
数をカラントする方法等が用いられる。この場合、各反
応ルール知識に付与される重みはカテゴリ毎に付与する
ことも考えられる。但し、複雑な化学物質の場合であっ
ても本質はここで説明した芳香族環の置換反応の延長で
あると考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く３本発明によれば、設計対象に対応し
たルール知識等の知識が知識ベース内に無くて、推論、
即ち設計ができない場合、既に獲得されている知識から
、単に知識と設計対象との構造上の一致のみを考慮して
類似度を決定し類似な知識を求めるのではなく、知識毎
に付与された重要性、即ち「重み」により先に算定した
類似度を補正し、これに基づきより重要な類似な知識を
求めることによって、設計対象に対してより的確な新規
知識を類推により生成、また獲得することができ、これ
によって設計を継続することが可能である。

即ち、システム構築段階に完全な知識構築が行われてい
なくとも、推論が停止することなく　より設計要求に適
した解が求まる可能性が増大するとともに、実行の過程
で次第に、知識ベースが充実していくという二重の効果
がある。また　類推そのものは化学反応設計知識ベース
システムの分野に限定されず、その他のあらゆる知識ベ
ースシステムにも適用可能であるために１本発明の工業
的波及効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は類推処理部機能ブロンク構成、第２図は入力構
造フレーム例、第３図は反応ルール知識例、第４図は反
応テーブル（ＲＴ）構成例、第５図はワーキングテーブ
ル（ＷＴ）構成例、第６図は類推処理部機能フロー、第
７図は化学反応設計知識ベースシステム機能ブロック構
成、第８図は化学反応設計知識ベースシステム機能フロ
ー、第９図は類推処理部機能ブロック構成を示す。 １；本体部。 １−１；推論処理部 １−２；構造認識処理部 １−３；反応処理部。 ■−４；入力構造フレーム知識 １−５；反応ルール知識 ｌ−６；分子構造ファイル ２；専門家インタフェース部 ３；利用者インタフェース部。 ２−１．３−１　；デイスプレィ装置 ２−２．３−１インタフ工−ス処理部 ４；頻推処理部 ４−１；類推ルール生成部 ４−２；反応テーブル変換部 ４−３；反応テーブル（ＲＴ） ４−４；ワーキングテーブル（ＷＴ）。 ４−５；類ｆ身震補正部。 ｒｕｌｅｌ＝ｉｆ（Ｂ、Ｈ，Ｈ＋ｌｌ＋Ｃ＋＾）ｒｕｌ
ｅ２＝＋ｆ（Ｈ，ｌｌ、Ｃ＋Ｈ＋８．＾）ｒｕｌｅ３＝
ｉｆ（ＩＩ、Ｈ，Ｄ、＾、Ｂ、Ｅ）（説明〉 〈説明〉 ｔｈｅｎ（Ｂ、Ｈ，Ｉｆ、Ｈ，Ｔ、Ｓ）　　Ｐ＝４　　
Ｒｌｔｈｅｎ（１１，ＩＩ、Ｃ，Ｈ，Ｓ、＾）　Ｐ＝６
　Ｒ２ｔｈｅｎ（ｌＩ＋ｌｌ＋Ｄ＋＾、Ｂ、Ｆ）　　Ｐ
＝４　　Ｒ２Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 知識を格納している知識ベースの内容を検索しつつ推論
   処理を行う知識ベースシステムにおいて、推論対象に対
   応した適正な知識が前記知識ベースになく、前記知識ベ
   ースから前記適正知識と類似な知識を検索し、それに基
   づき類推を行う際に、前記知識内に予め設定された重み
   係数に従い、類似な知識の選択変更を行うようにしたこ
   とを特徴とする類似知識検索処理方法。