JPH06332704A - プロダクションシステムにおける推論の制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 推論規則の記述性と可読性とを向上させると
ともに、推論規則の適用を効率的に制御できるようにす
る。 【構成】 相互に関連のある推論規則１ａ，１ｂ，…を
まとめて推論規則群２ａ，２ｂ，…を定義し、更に、推
論の過程で副目標となり得る推論規則群２ａ，２ｂ，…
をまとめてコンテクスト３ａを定義し、推論の実行単位
とする。そして、推論エンジン４により、このコンテク
スト３ａを用いて推論を実行するとともに、その実行過
程で発行されるコンテクスト操作命令に従って、実行制
御部７により、例えば他のコンテクスト３ｂに処理を移
すようにすることにより、１つの命令で操業条件に応じ
た適切なコンテクストを選択して適用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現在の状況を表す記憶
内容を参照あるいは更新しながら、前もって蓄積された
推論規則を適用していくことで、人間が行う状況に応じ
た問題解決に近い高度な問題解決を計算機を用いて行う
ための推論の制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキスパートシステムに代表される知識
処理の分野では、従来より、推論規則はプロダクション
規則という記述方式で表現されることが多い。プロダク
ション規則は、他の処理言語に比べて記述性および可読
性に優れているという特徴を備えている。

【０００３】しかし、このプロダクション規則を適用し
たプロダクションシステムにおいては、推論規則のひと
つひとつの表現が意味するところのものは容易に理解が
可能であるが、それらの推論規則の数が増加するに従っ
て、推論規則の適用の過程の理解が非常に困難になって
しまうという問題をもっている。なお、エキスパートシ
ステムの特徴、応用および問題点に関しては、A. Barr
、E.A.Feigenbaumの“The Handbook of Artificial In
telligence ”volume I William Kaufmann, Inc., 1981
に詳しく述べられている。

【０００４】この問題を回避するために、推論規則全体
を相互に関連する推論規則だけを集めたいくつかの推論
規則群に分割し、この推論規則群の中でのみ推論規則の
適用をしていくという方式が提案されている。しかし、
この方式では単に、 (1) 関連のある推論規則のグループ化機能 (2) 特定の推論規則群の選択機能 というごく基本的な機能しか用意されていない。そのた
め、推論規則群の適用を制御するためにはそれ専用の知
識を多く必要とし、かえって推論規則の適用の制御を非
常に複雑なものにしてしまうという欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来のプロダ
クションシステムにおける推論制御方式の問題点は次の
ようにまとめられる。 (1) 通常、推論規則は相互に関連するいくつかの推論規
則群に分割して適用する場合が多く、これを実際の推論
制御に応用するときは、これら複数の推論規則群をある
優先度に基づいて選択しながら適用したい場合が多い
が、これを実現する手段がなかった。 (2) 通常、プロダクションシステムでは、推論規則群の
適用順序を人間が全てプロダクション規則により完全に
規定しておかなければならないが、この適用順序の制御
構造をプロダクション規則で表現することは往々にして
多大な困難を伴うという問題があった。

【０００６】一方、従来の計算機プログラミング言語
は、言語の基本機能としてサブルーチン呼び出しや分岐
といったプログラム実行制御機能を備えており、これに
よってプログラムの制御構造を容易に表現することがで
き、プログラムの記述性を著しく向上させている。

【０００７】そこで本発明は、プロダクションシステム
が持つ記述性と可読性の良さを更に向上させるととも
に、推論規則の適用を効率的に制御することができる推
論の制御方式を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、プロダクショ
ン規則によって表現された推論知識のうち相互に関係の
ある知識同士をまとめて推論規則群を定義し、この推論
規則群を用いて推論を行うプロダクションシステムにお
ける推論の制御方式において、推論の実行時に推論の副
目標となり得る複数の上記推論規則群を優先順位付けし
てまとめたものをコンテクストとして定義し、このコン
テクストを実行単位として推論を行うようにしたもので
ある。

【０００９】また、上記コンテクスト中の複数の推論規
則群を上記優先順位に従って適用して推論を行うととも
に、複数の上記コンテクストの中からコンテクストの選
択を行って推論処理を移行するようにしてもよい。

【００１０】すなわち、本発明の推論の制御方式は、次
に示す２つの推論規則適用の制御に関する特徴を備えた
ものである。 (1) 推論規則群に優先順位を付け、複数の推論規則群を
選択することを可能とするコンテクスト表現。 (2) 他のコンテクストへの推論処理の移行、および移行
先のコンテクストから元のコンテクストへの自動復帰。

【００１１】ここで、コンテクストとは、推論実行に適
用されるいくつかの推論規則群を優先順位を付けてまと
めたものであり、ある問題解決の過程を達成しなければ
ならない副目標の集合に分解した時に、それらの副目標
を達成するのに必要な推論規則群を副目標毎にまとめた
集合である。従って、本発明は、推論実行時に存在する
複数のコンテクストの中から、適切なコンテクストを選
択して推論の実行をすることにより、順次副目標を達成
しながら最終的な問題を解決するものである。

【００１２】

【作用】本発明で提案するコンテクストを用いた推論制
御方式の仕組みを、図１を参照しながら説明する。図１
において、例えば、相互に関連のある推論規則１ａ，１
ｂ，…をまとめて推論規則群２ａを定義する。そして、
推論実行時に推論の対象となり得るいくつかの推論規則
群２ａ，２ｂ，…をまとめてコンテクスト３ａを定義す
る。コンテクスト３ａを定義する際、その定義中に最初
に現れた推論規則群２ａから順に高い優先度を付加す
る。他のコンテクスト３ｂ，３ｃ，…についても同様に
定義し、これらのコンテクストを推論実行の制御単位と
する。

【００１３】推論エンジン４は、ワーキングメモリ５と
プロダクションメモリ６との内容に基づいて、例えばコ
ンテクスト３ａの推論を実行する。この際、先に定義し
た推論規則群２ａ，２ｂ，…のうち、優先度が高い推論
規則群２ａから優先的に推論規則の適用を試みる。そし
て、その推論の過程で、何らかのコンテクスト操作命令
が推論規則の実行（発火）に伴って発行されると、推論
実行制御部７は、その命令により選択された、例えば他
のコンテクスト３ｂに推論処理を移行する。

【００１４】推論実行制御部７は、このコンテクストの
切り替えの際に、選択されたコンテクスト３ｂの推論処
理が終った段階で元のコンテクスト３ａに推論処理を復
帰するために、適当なデータ操作を行ない、スタック状
の内部データ記憶領域８に現在のコンテクスト３ａを退
避させて記録しておく。そして、選択されたコンテクス
ト３ｂの推論処理が終了したらならば、推論実行制御部
７は、内部データ記憶領域８から記録されているコンテ
クスト３ａを自動的に読み出し、推論処理をコンテクス
ト３ａに移行する。

【００１５】以上説明した推論制御方式の実際のアルゴ
リズムを実現するフローチャートを図２に示す。まず始
めに、ステップＳ１で開発者が知識ベースを作成する。
そして、この知識ベースの中で推論規則や推論規則群、
そしてコンテクストを定義している。この知識ベースの
情報に基づき推論を行なう主体を推論エンジンと呼ぶ。
推論エンジン４は、ステップＳ２で、ある１つのコンテ
クスト中の推論規則群のうち優先度の高いものから順次
推論を試みていく。

【００１６】推論をするということは、実際には、ステ
ップＳ２₁ で、推論規則の条件記述部に記述されている
条件と現在の状況とを照合し、ステップＳ２₂ で、その
照合結果から条件を満足する推論規則の集合を選択す
る。そして、ステップＳ２₃ で、その選択した推論規則
の中から最も適切と判断した１つの推論規則を実行する
という動作の繰り返しで実現されている。

【００１７】条件を満たす推論規則の実行に当たって、
その実行命令の内容は常に監視されており、ステップＳ
３で、実行命令の中に本発明が提案するコンテクスト制
御に関する命令が存在するかどうかが判定される。そし
て、もし、コンテクスト制御に関する命令が発行された
ならば、次のステップＳ４で、この命令を受けて推論エ
ンジンがとるべき動作を判定する。

【００１８】推論エンジンがとるべき動作には３つの動
作（他のコンテクストへの推論処理の移行、分岐、およ
び他のコンテクストからの自動復帰）があり、それぞれ
の動作は、ステップＳ５のcall＿context 、ステップＳ
６のjump＿context 、そしてステップＳ７のreturn＿co
ntext の各動作に対応している。

【００１９】もし、ステップＳ４の判定結果がcall＿co
ntext 動作であれば、図１で説明したように、現在のコ
ンテクストをスタック状の内部データ記憶領域８に記録
する。また、ステップＳ４の判定結果がjump＿context
動作であれば、このような内部データ記憶領域８への記
録は行わない。さらにまた、ステップＳ４の判定結果が
return＿context 動作であれば、スタック状の内部デー
タ記憶領域８から、記録されているコンテクストを取り
出す。

【００２０】このようにして、コンテクスト操作命令の
判定結果に基づいて、これら３つの動作のいずれかが実
行され、その結果として、ステップＳ８で、推論実行制
御部７によりコンテクストの切り替えが行われる。次
に、１つの推論規則を実行し終ったならば、ステップＳ
９で、推論を終了するかどうかを判定する。そして、も
し、現在の状況において条件を満たす推論規則がなくな
ったならば、終了と判定されて推論の実行は完了とな
る。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明のプロダクションシステムに
おける推論の制御方式の詳細を、図３に示すプログラム
の実施例に基づいて説明する。図３に示す例は、ある生
産計画問題の一部を取り出したものであり、その知識は
広く一般的なものである。生産計画を決める際には、コ
ストや納期、又は歩留まりなどの種々の評価基準を考慮
して決定する。すなわち、その時の操業状況などによっ
てこれらの評価基準は動的に変化し、それらの評価基準
のどれを優先するかを考慮しつつ生産計画を立てなけれ
ばならない。つまり、コストを優先すべきコンテクスト
や納期を優先すべきコンテクスト、又は歩留まりを優先
すべきコンテクストをその時々の状況に応じて適用しな
ければならない。

【００２２】図３の（Ａ）は本発明で提案するコンテク
ストの定義の例を示す図である。このコンテクストは、
図２のフローチャートを用いて説明したように、ステッ
プＳ１で作成した知識ベースの中で定義されている。

【００２３】コンテクストの定義は、図４に示す形式の
構文によって規定される。図３の（Ａ）の例では、``コ
スト優先コンテクスト''という名前のコンテクストを定
義している。このコスト優先コンテクストには３つの推
論規則群が属しており、それらは、``コスト優先計画立
案''、``納期優先計画立案''および``歩留まり優先計画
立案''である。そして、これらの推論規則群には先頭か
ら順に優先度が自動的に付けられる。その結果として、
推論の過程でこのコスト優先コンテクストが選択される
と、まず、推論エンジンは推論規則群``コスト優先計画
立案''の推論を優先的に実行する。そして、もし、この
推論規則群``コスト優先計画立案''のもとで推論規則の
条件を満たす解が得られなければ、次に``納期優先計画
立案''の推論を実行し、最後に``歩留まり優先計画立
案''の推論を実行するという順序で推論規則群を適用
し、問題解決を試みる。

【００２４】この例が示すように、コンテクスト表現に
よって、推論規則群の適用順序をコンテクスト定義の際
の推論規則群の出現順序だけで表現することが可能にな
り、別に推論制御に関する知識を用意する必要が無くな
る。また、複数の推論規則群を優先度を付けて順に実行
することが可能になる。

【００２５】図３の（Ｂ）と（Ｃ）は、あるコンテクス
トから他のコンテクストへ推論処理を移す場合と、移っ
た先から元のコンテクストへ自動復帰する場合との実行
制御の例を示す図である。この実行制御は、図２のフロ
ーチャート中では、ステップＳ５のcall＿context 、ス
テップＳ６のjump＿context 、そしてステップＳ７のre
turn＿context で定義されている。

【００２６】以上の３つのコンテクストの実行制御の定
義は、図５に示す形式の構文によって規定される。図３
の（Ｂ）は、ある特定の推論規則が実行された時に、そ
の推論規則が存在するコンテクストから他のコンテクス
トに推論処理を移す例を示している。この例では、何ら
かの理由により、生産計画を立てる際の評価基準がコス
ト重視から納期重視に変化した場合のコンテクスト移行
の例を表している。

【００２７】つまり、もし、``コスト優先から納期優先
へ''という推論規則が成立するならば、推論規則を実行
する推論エンジンにより、call＿context 命令が実行さ
れることになる。これにより、図２のステップＳ３の命
令判定では、推論規則の実行命令がコンテクスト操作命
令であることが判定され、続いて、ステップＳ４の動作
判定では、そのコンテクスト操作命令がcall＿context
命令であることが判定される。

【００２８】その結果、図１で説明したように、現在の
コンテクストである``コスト優先コンテクスト''が内部
データ記憶領域８に記録され、推論実行制御部７によっ
て推論処理が移行先のコンテクストである``納期優先コ
ンテクスト''に移行される。この状態では``納期優先コ
ンテクスト''以外のコンテクストは、推論に一切影響を
与えないことが保証される。

【００２９】なお、call＿context 命令では、移行先の
コンテクストの推論処理が終了した後に元のコンテクス
トに復帰するために、現在のコンテクストを内部データ
記憶領域８に記録しておくが、推論処理を移行した後
で、また元のコンテクストに戻ってくる必要がない場合
には、内部データ記憶領域８に現在のコンテクストを記
録をせずに推論処理を移行するjump＿context 命令を使
用する。

【００３０】このように、コンテクストの移行を実行し
た時点で、コストを優先して生産計画を立てていた状態
から納期優先で生産計画を立案する状態に移行したこと
になる。

【００３１】図３の（Ｃ）は、ある特定の推論規則が実
行された時に、現在のコンテクストから、この現在のコ
ンテクストの移行元のコンテクストに推論処理を復帰す
る例を示している。仮に、現在のコンテクストが``納期
優先コンテクスト''で、この``納期優先コンテクスト''
は、``コスト優先コンテクスト''から移行されたとす
る。この場合には、納期重視の生産計画を立てて操業し
た結果、所定の目標が達成されたならば、その結果とし
て、またコスト重視の生産計画を立てるようにしなけれ
ばならない。

【００３２】この例では、移行先のコンテクストである
``納期優先コンテクスト''中の推論規則の実行時に、``
復帰の推論規則''が成立するならば、推論規則を実行す
る推論エンジンにより、return＿context 命令が実行さ
れることになる。これにより、図２のステップＳ３の命
令判定では、推論規則の実行命令がコンテクスト操作命
令であることが判定され、続いて、ステップＳ４の動作
判定では、そのコンテクスト操作命令がreturn＿contex
t 命令であると判定される。

【００３３】その結果、図１で説明したように、現在の
コンテクストである``納期優先コンテクスト''を終了す
ると共に、推論実行制御部７によって内部データ記憶領
域８から、元のコンテクストである``コスト優先コンテ
クスト''が取り出され、推論処理がこの``コスト優先コ
ンテクスト''に移行される。この時点で、一時的に納期
を優先して生産計画をたてていた状態から元の状態、す
なわち、コスト優先で生産計画を立案する状態に復帰し
たことになる。

【００３４】この例が示すように、本発明が提案するコ
ンテクストに基づく推論の制御方式によれば、操業条件
（生産計画を決定するための評価基準の優先度など）の
変更に伴う生産計画立案の動的な変更を、１つのコンテ
クスト移行命令を実行することで簡単に実現できる。ま
た、ある操業状態から元の操業状態へ戻るという作業を
１つのコンテクスト復帰命令を実行することで簡単に実
現でき、かつ作業者が戻り先の状態をその都度明示的に
指定する必要をなくすことができる。

【００３５】また、図３の例から明らかなように、本発
明が提案するコンテクストを用いた推論制御を行うこと
により、従来のプロダクションシステムでは作業者が推
論規則として明示的に記述しなければならなかった推論
規則群の選択および実行の動作を、一つの命令を実行す
るだけで実現することが可能になる。その結果、作業者
が記述しなければならない推論知識の数が減ると同時
に、推論知識の記述性と可読性が高められる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明の推論の制御方式
を用いることにより、以下に示すような効果が得られ
る。 (1) 複数の推論規則群を優先度を付けて同時に選択でき
ることから、推論規則の数が増加しても、適当に推論規
則群を分けることで推論規則の記述性や可読性を向上さ
せることができ、かつ単一の推論規則群のみを適用する
場合に比べて、より問題解決能力の高い推論をすること
ができる。 (2) 従来多くの推論規則を組み合わせて表現しなければ
ならなかった推論実行制御に関する知識を、コンテクス
トを利用することで大幅に簡略化でき、従来の計算機プ
ログラミング言語のような効率の良い実行制御が可能に
なる。 (3) そして本発明が提案する推論の制御方式は、大規模
なプロダクションシステムになるほど著しい効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による推論の制御方式を説明するための
図である。

【図２】本発明による推論の制御方式を実現する具体的
なアルゴリズムを示すフローチャートである。

【図３】本発明による推論の制御方式を実際にプロダク
ションシステムに適用した場合の制御の例を示す図で、
（Ａ）は本発明が提案するコンテクストの定義の例を示
した図、（Ｂ）はあるコンテクストから他のコンテクス
トへ推論処理を移行する推論の実行制御の例を示した
図、（Ｃ）は移行先のコンテクストから元のコンテクス
トへ推論処理を自動復帰する推論の実行制御の例を示し
た図である。

【図４】コンテクストを定義するプログラムの構文を示
す図である。

【図５】コンテクストの実行制御を定義するプログラム
の構文を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 推論規則 ２ａ，２ｂ 推論規則群 ３ａ〜３ｄ コンテクスト ４ 推論エンジン ５ ワーキングメモリ ６ プロダクションメモリ ７ 推論実行制御部 ８ スタック状の内部データ記録領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロダクション規則によって表現された
   推論知識のうち相互に関係のある知識同士をまとめて推
   論規則群を定義し、この推論規則群を用いて推論を行う
   プロダクションシステムにおける推論の制御方式におい
   て、 推論の実行時に推論の副目標となり得る複数の上記推論
   規則群を優先順位付けしてまとめたものをコンテクスト
   として定義し、このコンテクストを実行単位として推論
   を行うようにしたことを特徴とするプロダクションシス
   テムにおける推論の制御方式。
2. 【請求項２】 上記コンテクスト中の複数の推論規則群
   を上記優先順位に従って適用して推論を行うとともに、
   複数の上記コンテクストの中からコンテクストの選択を
   行って推論処理を移行するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載のプロダクションシステムにおける推論の
   制御方式。