JPH0784794A - 知識表現装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】知識ベースシステムにおいて、複数のフレーム
間の関係を示す属性を第１の関係フレームで定義し、こ
の関係が他の知識構造を決定する知識をこの第１の関係
フレームと関連する関係フレームとの関係として第２の
関係フレームで定義し、一般概念の第１の関係フレーム
で定義された関係が成立することにより、第２の関係フ
レームを参照し、この一般概念の実体の知識構造を自動
的に導出することを特徴とする。 【効果】関係が他の関係を導出する知識を関係フレーム
で定義できるので、状況によって変化する知識を同一の
知識処理の枠組で記述することができ、知識の管理が容
易である。すなわち、知識の一部を定義することで、他
の構造は自動的に生成され、また一部を削除すること
で、他の関連する記述も自動的に削除される。また、関
係を導出する知識が関係フレームとして表現されている
ので、関係が導出された理由もこの関係フレームも参照
することで説明でき、修正も関係フレームの内容変更で
対処できることから、保守が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキスパートシステム
などの知識処理システムを構築するための知識表現装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エキスパートシステムが盛んに開
発されるようになり、これに伴い、これまでのコンピュ
ータに用いられているプログラム言語に代わり、知識処
理システムを、より容易に構築するための知識表現装置
が重視されるようになった。

【０００３】従来、このような知識表現装置の代表的な
ものとしてフレームシステムがある。このフレームシス
テムは、一定の状況、概念を表現するためのデータ構造
をフレームで構成し、これらのフレームには、属性およ
びフレーム間の関係などフレームの特徴を表すスロット
を設けるようになっている。ここでのスロットは、スロ
ット名が属性名を表し（属性スロット）、そのスロット
値が属性値を表すとともに、スロット名が関係を表し
（関係スロット）、そのスロット値が関係するフレーム
を表している。したがって、このようなフレームを用い
ることで、種々の関係を表現することができるととも
に、知識を表現しやすくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフレームシステムは、フレームとして定義する概念
を中心とした表現であり、概念間の関係を表す関係スロ
ットは有限のキーワードであたえられるため、概念が自
由に定義できるのに対し、概念間の関係を自由に定義で
きないという問題があった。

【０００５】そこで概念間の関係を自由に定義するため
に、この関係をフレームとして定義し、関係が成立する
ための条件を記述できるようにした知識表現装置も提案
されているが（特願平３−９８１１号公報）、これは関
係が成立するか否かの判断を受動的に自動的に行う機構
を提供するだけで、関係を解釈し、それに基づく論理処
理は、別途手続きやルールで記述しなければならなかっ
た。

【０００６】従って、概念間の関係が他の概念間の関係
に波及する作用を実現する場合、従来はこれを推論処理
として別途手続きまたはルールで記述していた。また、
スロット値が決まると作動するものとしてスロット部に
記述することで他方の関係を決定するようにして実現す
ることも可能である。

【０００７】しかし、これらの方法では、一度生成され
た概念間の関係は独立したものになり、関係を持つ関係
同士を一括して削除したり、関係同士の関係について説
明するなどの作用を行うためには、これらを管理するた
めの別の枠組みを用意しなければならず、フレームシス
テムとして一貫した管理が行えないという問題があっ
た。特に、知識の修正などが必要になった場合には、修
正箇所が分散されることから、保守が難しくなるという
問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、フレーム間の
関係を示す属性を定義した第１の関係フレームと、この
関係が知識ベースの知識構造を決定する知識を、この第
１の関係フレームと関連する関係フレームとの関係を定
義した第２の関係フレームとを具備し、一般概念で定義
された前記第１の関係フレームの関係が成立することに
より、一般概念で定義された前記第２の関係フレームの
知識を参照して前記一般概念の実体のフレーム間の知識
構造を導出することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、複数のフレーム間の関係を示
す属性を関係フレームで定義するとともに、この関係が
知識だけでなく、状況によって変化する知識も関係フレ
ームで定義するので、静的な知識だけでなく、状況によ
って変化する知識を同一の知識処理の枠組みで記述する
ことができ、知識の管理が容易である。すなわち、知識
の一部を定義することで、他の構造は自動的に生成さ
れ、また一部を削除することで、他の関連する記述も自
動的に削除される。

【００１０】また、関係を導出する知識が関係フレーム
として表現されているので、関係が導出された理由もこ
の関係フレームを参照することで説明でき、修正も関係
フレームの内容変更で対処できることから、保守が容易
になる。

【００１１】さらに、一つの知識ベースを複数の問題か
ら参照する場合に、すべての知識を参照するのは検索す
る時間がかかり効率はよくないが、問題毎に知識を導出
する関係フレームを定義しておけば、問題毎に知識構造
の必要箇所のみが生成され、一つの知識ベースを共有し
ながら、各問題に合った知識部分のみが適切に参照でき
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面をもとに説明
する。図１は、本発明を適用したフレームシステムの一
例を示すブロック図である。ＣＰＵ（中央処理装置）１
は、バス２を介してフレーム管理装置３、フレーム記憶
装置４を接続し、また、バス２には、入力装置インタフ
ェース５を介して入力装置６、表示装置インタフェース
７を介して表示装置８をそれぞれ接続している。

【００１３】ここで、フレーム管理装置３は、フレーム
の編集、検索などを管理するものである。フレーム記憶
装置４は、フレームを格納するためのものである。入力
装置６は、利用者がシステムと対話的にフレームを構
築、参照するために必要な入力を行うところである。そ
して、表示装置８は、フレームを表示するなど利用者に
適宜情報を提示するものである。

【００１４】図２は、このようなフレームシステムで取
り扱われる一般概念の知識表現の一例を説明するもので
ある。図２において、フレーム１１〜１７に対し、内容
１８〜２４はこれら各フレーム１１〜１７の内容を示し
ている。このうち、フレーム１５、１６は、フレーム間
の関係を定義する関係フレーム（第１の関係フレー
ム）、フレーム１７は、関係フレーム間の関係を定義す
る関係フレーム（第２の関係フレーム）を示している。

【００１５】矢印２５〜２７は、フレーム間の関係を示
し、矢印の始点のフレームが終点のフレームに対して持
つ関係が示しており、フレームの内容２２〜２４に示し
た属性であるorigin、destination の属性値が各々、矢
印の始点のフレーム、終点のフレームに対応している。

【００１６】フレーム１１は、内容１８に示すように名
称がＡで、後述する名称Ｂのフレーム１２に対してＲab
（属性）の関係を有し、フレーム１２は、内容１９に示
すように名称がＢで、名称Ａのフレーム１１に対してＲ
abの逆の関係inverse-Ｒabを有している。これらフレー
ム１１、１２の関係Ｒabは、関係フレーム１５の内容２
２で定義される。

【００１７】一方、フレーム１３は、内容２０に示すよ
うに名称がＥで、後述する名称Ｆのフレーム１４に対し
てＲef（属性）の関係を有し、フレーム１４は、内容２
１に示すように名称がＦで、名称Ｅのフレーム１３に対
してＲefの逆関係inverse-Ｒefを有している。これらフ
レーム１３、１４の関係Ｒefは、関係フレーム１６の内
容２３で定義される。ここでは、関係フレーム１５の内
容２２が成立すると、関係フレーム１７の内容２４をも
とに、関係フレーム１６の内容２３に記述されている関
係が導出されることになる。

【００１８】また、関係フレーム１５、１６の間の関係
Ｒは、関係フレーム１７の内容２４で定義される。関係
フレームの内容２４に示すtaskという属性は、知識ベー
スが複数の問題から参照される際の問題名あるいはプロ
グラム名を示す。これにより、指定された問題から知識
ベースが参照されるときだけ関係フレームが評価され
（評価については後述する）、問題ごとの知識構造を導
出することができる。

【００１９】なお、図２では、関係フレーム１５に対
し、関係フレーム１７が一つだけ割り当てられている
が、二つの関係間に複数の関係を有することや、一つの
関係が複数の関係に対し関係を有することも可能であ
り、この場合は、一つの関係フレーム１５に対して複数
の関係フレーム１７が割り当てられることがある。

【００２０】以下、図３をもとに、このようなフレーム
システムを用いて記述した知識の一例を説明する。図３
において、一般概念であるクラス３１は関係フレームを
用いて関係の導出関係を記述したクラスを表し、その実
体であるインスタンス３２はクラス３１に定義された関
係フレームを参照して導出されたインスタンスを示して
いる。

【００２１】主な記述要素は、フレーム３３、関係フレ
ーム３４、３５、関係フレーム間の関係フレーム３６、
クラス３１とインスタンス３２との関係フレーム３７で
ある。関係フレーム３４と関係フレーム３５は、フレー
ム３３から見れば属性であり、形式的には同じである
が、関係間の関係を持たないものは区別して単純な矢印
３４で示している。関係フレーム３４では矢印のそばに
書かれた名称が関係名を表し、関係フレーム３５、３６
では円の中に書かれた名称が関係名を表す。

【００２２】次に図３に表現された知識の意味を説明す
る。まずクラス３１にクラス定義として、「機器」間に
は、「upper 」という関係がある。また、「機器」と
「機器動作」の間には「has-action」、「機器」と「機
器動作」の間には「has-state」、「機器動作」と「機
器状態」の間には「next-state」（機器動作が機器状態
を生起する）、「機器動作」と「機器状態」の間には
「next-action 」（機器動作が機器状態を許可する）と
いう関係がそれぞれある。そして、「upper 」という関
係は「next-action 」という関係に対して「cause 」と
いう関係間の関係を持つ。これは、「upper 」という関
係が「next-action 」という関係を生起することを意味
する。

【００２３】つまり、機器の間に「upper 」という関係
が成立するとき、機器状態と機器動作の間に「next-act
ion 」という関係が成立する。逆にいえば、「next-act
ion」という関係は「upper 」という関係が成立して初
めて決定するものである。

【００２４】インスタンス３２は、このクラス定義を参
照して導出された機器Ａ、機器Ｂとそれに関する知識で
ある。「機器Ａ」、「機器Ｂ」は「機器」のインスタン
ス、「機器Ａ運転」、「機器Ｂ運転」は「機器動作」の
インスタンス、「機器Ａ運転中」、「機器Ｂ運転中」は
「機器状態」のインスタンスであり、各インスタンス間
の関係「has-action」、「has-state 」、「next-stat
e」を継承している。

【００２５】また、「upper-i 」という関係は「機器
Ａ」と「機器Ｂ」の間に「upper 」という関係が成立す
ると指定されたことで生成される「upper 」という関係
のインスタンスである。「next-action-i 」という関係
は、「機器Ａ運転中」と「機器Ｂ運転中」の間に成立す
る「next-action 」という関係のインスタンスで、これ
はクラスに記述された「cause 」という関係により、
「upper-i 」という関係が生成されることで自動的に導
出される。

【００２６】図４、図５は各々、図３のクラス３１に定
義された関係フレーム「upper 」と関係フレームの関係
フレームである「cause 」の表現の一例である。図４に
おいて、フレームの主な構成要素は、フレーム名４１、
スロット名４２、スロット値４３であり、フレーム名が
upper で、属性スロットであるsuper は上位クラスが
‘関係’であることを表し、属性スロットoriginとdest
ination は関係の始点と終点が各々‘機器’であること
を表している。すなわち、ここで「upper 」は機器と機
器の間に成立する関係であることを示している。また、
関係スロットcause は以下の関係が生起する関係を表
し、その定義内容は、関係対象の関係フレーム４４、生
起関係が起こるための条件を記述した条件記述部condit
ion ４５から構成される。condition はインスタンス間
の関係を導出するときに評価され、定義する条件は検索
式として指定する。検索式は論理式で、変数はフレーム
とパスを指定し、selfはcondition を評価するフレーム
自身を表す。たとえば、self.origin.has-state は、up
per インスタンスのoriginが指すフレームのhas-state
が指すフレームを意味する。

【００２７】従って、図４の式は、「next-action は、
upper のorigin（機器）のhas-state （機器状態）とup
per のdestination （機器）のクラスが共に蓄積機器で
ないときに生起される。」ことを表す。

【００２８】図４は、関係フレームupper から見た表現
を示しているが、実際にはcasue のような関係を表す属
性は関係フレームになっており、図５はこれを示す。図
５において、フレームの主な構成要素は、フレーム名５
１、スロット名５２、スロット値５３であり、フレーム
名がcause で、上位クラスは関係、upper とnext-actio
n の間に成立する関係であることを示している。また、
condition ５４は、cause が成立するための条件を定義
し、内容は図４で説明したとおりであるが、図４の例で
はupper から見た書き方であったのに対し、cause から
見た書き方になっているので、変数のパス表現が異な
る。この条件記述部condition はインプリメント上はca
use フレームに書かれているが、upper を参照したとき
にも情報を取ることができるような仕組みを与えたとき
の見え方を図４に示した。

【００２９】また、図５の属性taskは、前述したよう
に、知識ベースが複数の問題から参照される際の問題名
あるいはプログラム名を示し、この例では、知識ベース
を参照する問題が“soft-design ”のときだけ、この関
係フレームが評価され、知識構造を導出するようになっ
ている。

【００３０】次に、図６、図７および図８は、このよう
なフレームシステムにおいて、インスタンス生成時に関
係のインスタンスを自動的に生成する処理を説明するた
めのフローチャートである。

【００３１】この場合、図６において、まず、インスタ
ンスの生成対象となるクラスを取り出し（ステップＳ６
１）、インスタンスを生成する（ステップＳ６２）。次
に、インスタンスのスロット値を生成するが、クラスか
ら継承すべきスロットを指定する操作が介入すれば、そ
こで指定されたすべてのスロットに対し、指定がなけれ
ばクラスのすべてのスロットを継承し、すべてのスロッ
トの対し以下の処理を行う。

【００３２】一つのスロットを取り出し（ステップＳ６
３）、スロットがあるかを検査し、（ステップＳ６
４）、なければすべてのスロットに対して処理が終了し
たので、処理を終了する。

【００３３】スロットを取り出すと、スロットが属性ス
ロットであるかを検査し（ステップＳ６５）、属性スロ
ットならば属性値を生成する（ステップＳ６６）。この
値は、インスタンス生成時に指定された値か、指定され
なければクラスが有するデフォルトの値である。次に、
スロットが関係スロットであるかを検査し（ステップＳ
６７）、関係スロットならば関係スロット値を生成し
（ステップＳ６８）、さらに関係スロットを評価し（ス
テップＳ６９）、他の関係を導出する関係があれば、そ
れを実行する。

【００３４】図７は、図６のステップＳ６８で示される
関係スロット値の生成処理を示すフローチャートであ
る。クラスで指定される関係は、originとdestination
で指定されたクラス全てのインスタンス間に成立するも
のではない。例えば、図３のupper は、すべてのインス
タンス間に成立するものではなく、どの機器間に成立す
るかは、何らかの方法で指定しなければならない。例え
ば、一方の機器のインスタンスを生成するときに、uppe
r 関係にある機器を指定するとか、機器のインスタンス
生成時とは別のタイミングで、upper （機器Ａ，機器
Ｂ）のように関係定義として指定するなどの方法が考え
られる。ここでは、このような方法で関係が成立する複
数のインスタンスが指定された後の処理を示す。例とし
て、図３の知識を用いて説明する。

【００３５】図３において、upper （機器Ａ，機器Ｂ）
の関係定義が成されたとすると、まず、関係のインスタ
ンスを生成する（ステップＳ７１）。図３では、「uppe
r-i」という関係（のインスタンス）が生成される。次
に、関係のoriginインスタンスの関係スロットに関係イ
ンスタンスへのポインタをセットする（ステップＳ７
２）。図３では、「機器Ａ」の関係スロットupper に
「upper-i 」という関係（のインスタンス）へのポイン
タがセットされる。次に、destination インスタンスに
逆関係スロットがあるか検査し（ステップＳ７３）、あ
ればdestination インスタンスに逆関係スロットに関係
インスタンスへのポインタをセットする（ステップＳ７
４）。図３では、「機器Ｂ」に関係スロットinverse-up
per があれば、「upper-i 」へのポインタがセットされ
る。

【００３６】図８は、図６のステップＳ６９で示される
関係スロット評価の処理を示すフローチャートである。
図３、図５の「cause 」を例にとり説明する。まず、関
係フレームのorigin関係のoriginインスタンスを取り出
す（ステップＳ８１）。図３では、「cause 」のorigin
関係は「upper 」であるから、そのインスタンス「uppe
r-i 」のoriginである「機器Ａ」が取り出される。

【００３７】次に、関係フレームのorigin関係のdestin
ation インスタンスを取り出す（ステップＳ８２）。図
３では、「upper-i 」のdestination である「機器Ｂ」
が取り出される。

【００３８】次に、「cause 」に定義されるcondition
式を評価するが、すでに決定されている値を式中の変数
にバインドする（ステップＳ８３）。図５の式中では、
式中の第３行のorigin.destination.has-stateが「機器
Ｂ運転」に決まり、さらに、第６行のorigin.origin.cl
ass 、origin.destination.classがそれぞれ「運搬機
器」に決まる。したがって、condition 式は、 (and (equal destination.origin 機器Ａ運転中) (equal destination.destination 機器Ｂ運転) (not 運搬機器 蓄積機器) (not 運搬機器 蓄積機器)) となる。

【００３９】このcondition 式を評価し（ステップＳ８
４）、これを満たすdestination.originとdestination.
destination を検索する（ステップＳ８５）。検索イン
スタンスが見つかれば（ステップＳ８６）、destinatio
n 関係の関係インスタンスを生成する（ステップＳ８
７）。この結果、図３の「next-action-i 」が生成され
る。

【００４０】この関係スロット評価の処理は、関係の削
除の場合にも同様に行われる。たとえば、すでに生成さ
れた関係「upper-i 」を削除する場合、「upper-i 」の
クラスである「upper 」の「cause 」が参照され、その
condition 式に「upper-i 」成立時の値をバインドし、
評価することにより、「upper-i 」から導出された関係
「next-action-i 」が特定できるので、これを削除す
る。このように、知識構造を決定した元の関係を削除す
ると同時に、導出された知識構造を削除することで、知
識ベースの一貫性を保つことができる。

【００４１】したがって、このようにすれば図２に示す
ような知識表現装置を用いて、一般概念のフレーム間の
関係が他の関係を導出する知識を定義し、一つの関係が
成立したときに、それに関連する実体の関係も自動的に
導出するようにしているので、複数の関連する関係を個
別に定義しなくてすむとともに、概念と関係が同一の知
識ベース内に体系的に記述でき、概念間の関係のみでな
く、関係間の関係をも同様に扱える。さらに、導出され
た関係の説明、知識の修正、更新を容易に行うことがで
きる。

【００４２】また、知識ベースが複数の問題から参照さ
れる場合、図８の関係スロット評価の処理の初めに属性
taskを検査し、この値が知識ベースを参照している問題
名と一致すれば関係スロット評価の処理を行い、参照問
題用の知識構造を導出する。そうでなければ、この処理
は行わず、参照されない知識は導出しない。このように
すれば、参照問題毎に検索効率の良い知識構造を提供で
きる。なお、本発明は、上記実施例のみに限定されず、
要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の知識表現装置によれば、複数の
フレーム間の関係を示す属性を関係フレームで定義する
とともに、属性が知識ベースの知識構造を決定する知識
を関係フレーム間の関係として関係フレームで定義し、
属性値が決定した時点で、導出知識で定義された他の関
係を導出し、他のフレームの属性値を自動的に決定でき
るので、複雑な知識構造を関係間の関係として体系的に
記述することができるとともに、知識の修正、更新が容
易になり、知識ベースが管理しやすくなる。

【００４４】さらに、知識の導出関係が知識ベースを利
用する応用問題毎に異なる場合、導出関係を問題毎に定
義しておけば、対象問題毎に知識構造が導出でき、一つ
の知識ベースが複数の問題から共通に参照でき、かつ、
問題向きの表現として参照できるので効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である知識表現装置のクラス
の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例である知識表現装置に用いら
れるクラスとインスタンスの知識表現を説明するための
図である。

【図３】本発明の一実施例である知識表現装置に用いた
知識構造の一表現例を説明するための図である。

【図４】本発明の一実施例である知識表現装置に用いた
関係知識の一表現例を説明するための図である。

【図５】本発明の一実施例である知識表現装置に用いた
関係間の関係知識の一表現例を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の一実施例である知識表現装置の動作手
順を示す図である。

【図７】本発明の一実施例である知識表現装置の関係ス
ロット値を生成する動作手順を示す図である。

【図８】本発明の一実施例である知識表現装置の関係ス
ロットを評価する動作手順を示す図である。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ バス ３ フレーム管理装置 ４ フレーム記憶装置 ５ 入力装置インタフェース ６ 入力装置 ７ 表示装置インタフェース ８ 表示装置 １１、１２、１３、１４ フレーム １５、１６、１７ 関係フレーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレーム間の関係を示す属性を定義した第
   １の関係フレームと、 この関係が知識ベースの知識構造を決定する知識を、こ
   の第１の関係フレームと関連する関係フレームとの関係
   を定義した第２の関係フレームとを具備し、 一般概念で定義された前記第１の関係フレームの関係が
   成立することにより、一般概念で定義された前記第２の
   関係フレームの知識を参照して前記一般概念の実体のフ
   レーム間の知識構造を導出することを特徴とする知識表
   現装置。
2. 【請求項２】一般概念の知識構造を決定する知識を記述
   した前記第２の関係フレームにこの第２のフレームを参
   照する問題を示す情報を付加し、この問題の一般概念で
   前記第１の関係フレームが成立するときに前記一般概念
   の実体の知識構造を導出することを特徴とする請求項１
   記載の知識表現装置。