JPS62194533A - 木構造デ−タのパタ−ンマツチング方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、計算機システムにおける木構造データ表現お
よび処理方式に係シ、特にパターンマツチングに好適な
処理方式に関する。

〔発明の背景〕

木構造データのマツチング問題を考える。ここで木構造
データとは、自身の値と任意数（ゼロを含む）の子ノー
ドを持つノードから構成されるデータを言う。ただし、
ノード関係にループは含まないものとする。２つの木構
造データがマツチング可能であるとはノード関係（以下
”構造”と呼ぶ）が同一であり、かつ各ノードの値が一
致性判定条件を満たす場合を云う。−散性判定条件とは
、たとえば「値″■−”は任意の値と、それ以外は同一
の値とのみ一致すると見做す」の様に決められる規則を
言う。

第１図に木構造データの例を示す。上述の一致性判定条
件に従えば、同図（ａ）の木構造データは同図（ｂ）　
、　（Ｃ）とパターンマツチング不可である。（ａ）と
（ｂ）とは、構造が異なり、（ａ）と（Ｃ）とは第３レ
ベルの３＠目のノードの値が不一致だからである。同図
（ａ）と（ｄ）のデータ構造はマツチング可能である。

従来の代表的な木構造データの物理的データの表現方式
は、第２図のＷＫＸｎ個の子ノードを持つノードをｎ＋
１個の連続したセルで表わし、その第１セルにノード自
身の値を、第２セル以降に理的データ表現をレコード型
表現という。第２図は、第１図（ａ）の木構造データの
この方式での物理的表現例である。

この木構造データの表現方式は、上述の様なパターンマ
ツチング処理向さとはいえない。ノード間がポインタで
結合されているため、すべてのノードを順次調べるため
にはどうしても、調べるべきノードアドレスを一時的に
退避しなければならないからである。横形探索により２
つの木構造データのマツチング可否ｋ　Ｋｉｄべること
を考えると、木構造の各深さを調べる時、同−深さに位
置するすべてのノードのアドレスを退避しなければなら
ない。つまり、従来の木構造データのデータ表現方式（
レコード型表現）では、マツチング処理における処理効
率が悪い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前述のマツチング処理を効圭良〈実施
可能な木構造データの物理的データ表現方式および処理
方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明では、あらかしめ木構造
データの各ノード情報をマツチング処理で使用する順序
に並べておくこと、具体的には、木構造を横形探索時に
使用する順序に各ノードのデータを並べたベクトル形式
のデータ表現方式を採用する。以下この表現方式をベク
トル型表現と呼ぶ。これによシ、従来方式におけるアド
レス退避が不要になシ、２つのベクトル表現を先頭セル
から順に一致性条件を判定するだけでパターンマツチン
グが行なえる。

〔＠明の実施例〕

捷ず、本発明の詳細な説明する。

ベクトル形式の木構造データ表現方式における課題は、
木構造全体における各ノードの位置情報をいかにメモリ
効率良く表現するかである。

基本的な方式は、第３図に示すように、１つのノードｋ
ｆｉわすセル１を位置情報フィールド３と値フィールド
４の２フイールドから構成し、位置情報フィールド３に
最上位ノードからの相対的位置を示す数値（ｆ−路網す
る方式である。しかしながら、本方式では、表現可能な
木構造の大きさが位置情報フィールド３の大きさに依存
する。処理効率の点から、フィールドの大きさは固定で
あることが望ましく、シたがって本方式は実質的にメモ
リ効率の非常に悪い方式、あるいは表現可能な木構造の
大きさが有限な方式であり、実用的でない。

本発明は、各ノードを表わすセルの位置情報フィールド
に持たせる情報を最上位ノードと当該ノードとの位置関
係を示すものでなく、当該ノードの周辺にあるノード（
親ノード、兄弟ノード、子ノード）との相対的関係を示
す情報だけを路網することにより、上述の問題を解決し
た。

第４図に、本発明方式で用いる物理的データ表現方式の
例を示す。位置情報フィールド３に親ノードフラグ５と
子ノードフラグ６と呼ぶ２つのフラグ情報を格納する。

親ノードフラグ５は、当該セルが表わすノードが、１つ
前のセルが表わすノードと同一の親ノードを持つか否か
を表わすフラグである。同一の親ノードを持つ場合、１
つ前のセルの親ノードフラグ５と同じ値を設定する。子
ノードフラグ６は、当該セルが表わすノードが子ノード
を持つか否かを表わすもので、子ノードを持つ時″１″
、持たない時″０”を設定する。

以下、第５図から第７図を用いて、発明方式の考え方と
、親ノードフラグ５、子ノードフラグ６の働きを説明す
る。

最下位ノード以外は一定数ｎ個の子ノードを持つｎ進木
構造をここでは完全ｎ進木構造と呼ぶ。

最下位ノードは子ノードを持たないノードをいう。

もし、木構造が深さの揃った完全ｎ進木構造であるなら
、すなわちすべての最下位ノードの深さが同一の完全ｎ
進木構造であるなら、各セルの位置情報フィールド３は
不要である。セルの並び順が横方向優先順であるから、
ベクトル形式表現の先頭から同じ位置にあるセルは常に
木構造の中の一定の位置にあるノードを表わすからであ
る。第５図（ａ）に、深さ４の完全３進木構造の例を示
す。第５図（ｂ）はこの木構造のベクトル型表現の例で
ある。

当然ながら、実際に扱う木構造がこの様な一定形式を持
つわけではない。一般のｎ進木構造もダミーノードを付
加することにより深さの揃った完全ｎ進木構造に変換す
ることは可能だが、ダミーノードのためにセルが必要に
なり、メモリ動部の点から実用的でない。

本発明の親ノードフラグ５は、当該セル１０１ノード前
にあるセルのノードと同一の親ノードを持つか否かを示
すものである。たとえば、各セルの位置情報フィール３
に親ノードフラグとして１ビツト用意し、１つ前に並ぶ
セルと同一の親を持つ場合は同じ値と、さもなければ異
なる値を持たせる。親ノードフラグ５を導入するだけで
、すなわち、各セルに１ビツトめ位置情報を持たせるこ
とにより、深さの揃ったｎ進木構造はメモリ効率良くベ
クトル表現できる。第６図（ａ）　Ｋ深さ４のｎ進木構
造データの例を示す。第６図［有］）は、これを位置情
報フィールド３に親ノードフラグ５を導入したベクトル
型表現の例である。

本発明の子ノードフラグ６は、当該セルに対応するノー
ドが子ノードを持つか否かを表示する。

親ノードフラグに加えて、この子ノードフラグ６を位置
情報フィールド３に持たせることにより、深さ不揃いの
ｎ進木構造、すなわち一般的なｎ進木構造もメモリ効率
良くベクトル表現できる。第７図（ａ）に一般的なｎ進
木構造の例を、第７図（ｂ）にこれにたいする、親ノー
ドフラグ５と子ノードフラグ６とを導入したベクトル型
表現の例を示す。

２つの木構造データをパターンマツチングする時、事前
にそれぞれの木構造テークをベクトル型表現に変換して
おけば、各々のベクトルの先頭セルから１１辿に、位置
情報フィールドを含めて一致性判定を行なうことでパタ
ーンマツチングが行なえる。もし、木構造が不一致の場
合は、位置情報フィールドの値（親ノードフラグ５と子
ノードフラグ６）が不一致になる。

以下、本発明を論理型言語処理系サブセットシステムに
適用した場合の一実施例を第８図から第１７図により説
明する。

第８図は、本発明によるサブセットシステムの一実施例
のブロック構成図である。システム１１は、ディスク装
置１２上に格納されているプログラム１３を読み込み、
キーボード装置１４から入力される質問文１５に対して
解１５　（ｙｅｓ又はｎｏ）をＣＲＴディスプレイ装置
１７に出力する。

プログラム１３は任意側の事実文と規則文から構成され
る。第８図には２つの事実文１８．１９と１つの規則文
２０の例が示されている。事実文は１つの本構造データ
、規則文は複数の木構造データから成る。規則文の”ニ
ー”記号の左辺にある木構造データを頭部項、同記号の
右辺に”、′で区切られて並ぶ木構造データを本体部項
と呼ぶ。

事実文はそれとパターンマツチング可能な木構造データ
が１真”であることを表わす。規則文は本体部項のすべ
てが６真”であるとき、その頭部項とパターンマツチン
グ可能な木構造データが６真”であることを表わす。

システム１１は、質問文として入力された木構造データ
が１真”であるか否かを調べ、”真”であればｙｅｓ”
、さもなければ”ｎｏ”を解１６としてディスプレイ１
゜７上に出力する。

事実文、あるいは規則文の頭部項のルートノ−ドの値を
６文名称”という。ここでは、説明を簡潔にするだめに
、同一の文名称を持つ事実文と規則文は存在せず、また
同一の文名称を持つ規則文は唯一個であるとする。

第９図は、本発明によるサブセットシステムの一実施例
のハードウェア構成を示すものである。

システムは、中央演算装置２１、主メモリ装置２２、デ
ィスク装置１２、ＣＲＴディスプレイ装置１７、キーボ
ード装置１４から構成され、これらがバス２３で結合さ
れている。

第１０図は、第９図の実施例における主メモリｉ［２２
に格納されるソフトウェア構成を示すものである。ソフ
トウェアは、制御部２４、変換部２５、プログラムエリ
ア２６、推論部２７から構成される。図中の破線矢印は
制御の流れを、実線矢印はデータの流れを示す。

第１０図を用いて、実施例システムの動作の概要を説明
する。システム起動命令２４１により制御部２４が起動
される。制御部２４はキーボード装置ｔ！１４から入力
される質問文２４２に応じて、起動命令２５１あるいは
２７１により変換部２５あるいは推論部２７を起動する
。質問文として”？−プログラム読み込み”が入力され
た場合は、変換部２５にこの質問文２５２を送り、変換
部２５だけを起動する。その他の質問文が入力された時
は、上述の動作の後に推論部２７をも起動する。

変換部２５は、制御部から送られて来る質問文２５２が
°°？−プログラム読み込み”の場合、ディスク装置１
２に格納されているプログラム２５３を、“？−プログ
ラム読み込み”でない場合は質問文そのものを後述のベ
クトル型表現２５４に変換しプログラムエリア２６に格
納する。

推論部２７は、プログラムエリア２６に格納されている
質問文およびプログラム２７２全参照しながら解を求め
ＣＲＴディスプレイ装置１７に結果２７３を出力する。

第１１図は、システム内部での物理的データ表現形式を
示している。データ操作の最小単位としてのセル２８は
２ビツトのフィールド２９と値フィールド３０から構成
される。このセルは、本構造データをレコード型表現と
ベクトル型表現の２つの物理的データ表現形式で表わす
能力を持つ。

フィールド２９はレコード型表現を行なう時、セルの種
別を示すタグフィールドとして、ベクトル型表現を行な
う時、位置情報フィールドとして利用する。レコード型
表現を行なう時、タグフィールドにより、当該セルが子
ノードを持たないノードを表わす”Ａｔｏｍセル”であ
るか、子ノードを持つノードを表わすセルの先頭である
ことを表わす”）；’ｕｎｃｔｏｒセル”であるか、他
のセルを指す”　ｌ（、ｅｆ　ｅｒｅｎｃｅセル”であ
るか、ベクトル型表現セルを指す”　ｖｅｃｔｏｒセル
”であるかを区別する。第１１図（ｂ）は、これらのセ
ルの構造を示している。

”Ａｔｏｍセル”３１において、その値フィールド３２
には、ノード名称の識別子が格納される。

″ｐｕｎｃｔｏｒセル゛３３において、その値フィール
ド３４には当該ノードの持つ子ノード数が格納される。

このセル３３には（子ノード数＋１）個のセル３３１が
続く、その先頭セル３５には、当該ノードの名称を示す
”Ａｔｏｍセル”が置かれる。

続くセル３６は子ノードを表わすセルである。

”　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅセル”３７は、他セルを参照す
るセルであシ、その値フィールド３８には他セルのアド
レスが格納される。”　ｖｅｃｔｏｒセル″３９は、ベ
クトル型表現セルを指すセルであり、その値フィールド
４０にはベクトル型表現セル４１の先頭セルのアドレス
が格納される。ベクトル型表現を行なう時、セル４１の
フィールド２９は位置情報フィールドとして用いられる
が、その働きの詳細は、すでに第６図、第７図を用いて
詳細に説明したので、ここでは省略する。なお、このと
き値フィールド３０には″Ａｔｏｍセル”３１の時と同
様にノード名称の識別子が格納される。

第１２図、第１３図は、この物理的データ表現規則を用
いて、第１図（ａ）に示す木構造データを、レコード型
表現、ベクトル型表現でそれぞれ表現した場合を示して
いる。

第１４図、第１５図はプログラムエリア２６の詳細な構
造を示している。

第１４図は、プログラムを格納するデータ構造を示して
いる。プログラムを構成する事実文、規則文は、事実文
を示す木構造データのルートノード名称と規則文の頭部
項を示す木構造データのルートノード名称とによって分
類し、名前表４２に従って管理される。名前表４２は、
これらの名称を格納する名称フィールド４３とそれが事
実文のものか、規則文のものかを示す区別フィールド４
４と、事実文、規則文の木構造データを表現するセルの
アドレスを示すアドレスフィールド４５から構成される
。第１４図は、第８図に示したプログラムが格納されて
いる状態を示している。第８図の規則文２０に相当する
のがセル４６以下の部分であり、１つの頭部項と２つの
本体部項はベクトル型表現４７，４８．４９に変換され
ている。

第８図の事実文１８．１９はそれぞれベクトル型表現５
０．５１に変換され格納されている。事実文は、同一名
称のものが複数存在する場合があるので、それらは”Ｏ
ｒ″という名称を持つノードの子ノードとして格納され
る。第１４図のセル５２がこの″Ｏｒ″ノードに対応し
ている。

第１５図は、質問文を格納するデータ構造を示している
。質問文はベクトル型表現５３に変換され格納される。

その先頭アドレスは、質問スタック５４の先頭に格納さ
れる。空きの先頭を示す空きポインタ５５とパターンマ
ツチングすべき質問順の先頭を示す実行ポインタ５６が
ある。第１５図は、第８図の質問文のベクトル型表現５
３が変換部２５によシ質問スタック５４に格納された状
態を示している。

変換部２５の処理の中で、本発明に直接関係するベクト
ル型表現の生成方法について説明する。

第１６図、第１７図は、従来のレコード型表現の木構造
データを、ベクトル型表現に変換するために使用する作
業エリアとアルゴリズムの処理手順を示すフローチャー
トである。

＠１６図に示す作業エリアは、レコード型表現の木構造
データの各ノードを横方向優先順に調べるために使用す
るＦＩＦＯ順データ格納エリアＱＩ　ＯＯ，親ノードフ
ラグ値を格納するフラグＦ１０４、作業中の一群のセル
の先頭アドレスを格納するアドレス変数ＡｌＯ３、その
一群のセルの引数個数を示す変数Ｊ１０６、作業中セル
のアドレスを格納するアドレス変数Ｐ１０７、作業中セ
ルが前述の一群のセルの第何番目のセルであるかを示す
カウンタ変数工１０８から成る。ＦＩＦＯ順格納エリア
Ｑ１００はレコード型表現セルの先頭アドレスと引数個
数の対が格納される格納エリア１０１と、その格納エリ
アがどこまで使用されているかを示すポインタの対１０
２，１０３から構成されている。

第１７図を参照しながら、レコード型表現からベクトル
型表現への変換アルゴリズムを示す。

ステップ５６： 中間データを格納するためのＦ’ＩＦＯ順データ格納エ
リアＱを設け、そこに変換対象となるレコード型表現セ
ルの先頭アドレスと引数個数１の対を入れる。さらにフ
ラグＦを１”に設定する。

ステップ５７： エリアＱからアドレスと引数個数の対を１つ櫓シ出し変
数ＡとＪに設定する。エリアＱに取シ出すべきアドレス
が存在しない場合は処理を終了する。さもなければステ
、ツブ５ざへ。

ステップ５８： カウンタ変数Ｉ’にゼロにセットする。

ステップ５９： アドレ、ス変数ＰにＡ＋Ｉ（Ａから１番目のセルのアド
レス）を設定する。

ステップ６０ニ アドレス変数Ｐの指すセルのタグフィールドを判定。も
し”　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　”であればステップ６１へ
、さもなければステップ６２へ。

ステップ６１ニ アドレス変数Ｐに、Ｐの指す″Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ″セ
ルの値フィールドを設定し、ステップ６０へ進む。

ステップ６２ニ アドレス変数Ｐの指すセルのタグフィールドを判定。”
Ａ　ｔ　ｏ　ｍセル”ならばステップ６３へ、さもなけ
ればステップ６４へ進む。

ステップ６３： 生成しているベクトル型表現セルの最後尾に、アドレス
変数Ｐの指すセルの値フィールドの値を持ち、親ノード
フラグ値としてＦ１子ノードフラグ値として０”を持つ
セルを生成する。ステップ６５へ進む。

ステップ６４： 生成しているベクトル型表現セルの最後尾に、アドレス
変数Ｐの指すセルの次のセルの値フィールドの値を持ち
、親ノードフラグの値としてＦ１子ノードフラグの値と
して１″を持つセルを生成する。さらに、エリアＱにア
ドレス変数Ｐの指すセルの２つ先のセルのアドレスと、
アドレス変数Ｐの指すセルの値フィールドの値（引数個
数が格納されている）を格納し、ステップ６５へ進む。

ステップ６５： カウンタ変数Ｉｅ１つ増す。

ステップ６６： Ｉ＜Ｊであればステップ５９へ、さもなければステップ
６７へ進む。

ステップ６７： Ｆの値を反転する。すなわち、もしＦ＝”１″であれば
”０″’ｋ、Ｆ＝”０”であれば“１”をＦに設定する
。ステップ５７へ進む。

推論部２７はプログラムエリア２６内の質問スタック５
４を用い名前光４２で管理されているプログラムを参照
しながら解を求める。以下に第１８図のフローチャート
を参照しながら、そのアルゴリズムを示す。

ステップ６８： 実行ポインタ５６と空きポインタ５５を比較し、両者が
一致していればステップ７４へ、さもなければステップ
６９へ進む。

ステップ６９： 実行ポインタ５６の指す質問スタックの内容をポインタ
変数Ｐに取り出す。

ステップ７０： ポインタ変数Ｐの指すセルが表わす木構造のルートノー
ド名称を調らべ、それと同一名ｖＦを持つ名前光４２内
のレコードを捜す。もし存在しなければステップ７５へ
、さもなければステップ７１へ進む。

ステップ７１ニ ステップ７０で捜したレコード（カレントレコード）の
区分フィールド４４により規則文であるか事実文である
かを調べる。規則文であればステップ７ｚへ、事実文で
あればステップ７３へ進む。

ステップ７２： カレントレコードの指す規則文の頭部項（ベクトル型表
現）と、ボイ／り変数Ｐの指す項（ベクトル型表現）の
パターンマツチングを行なう。成功すれば、上述規則文
の本体部項（衿数）を指すアドレスを、質問スタック５
４の空きポインタ５５の指す位置以降に順次格納し、格
納分だけ空きポインタ５５を進め、ステップ６？へ進む
。成功しなければステップ７５へ進む。

ステップ７３： カレントレコードの指す事実文（複数）を順次ポインタ
変数Ｐの指す項（共にベクトル型表現）とパターンマツ
チングし、成功するものがなければステップ７５へ、さ
もなければステップ６８へ進む。

ステップ７４： 解として”ｙｅｓ″を出力し終了する。

ステップ７５： 解として”ｎｏ″を出力し終了する。

以上述べた様に、推論部２７は質問スタック５４を用い
て処理を進める。第８図の質問２０を実行中の質問スタ
ックの状態を第１９図に示しておく。

本実施例システムにおいて、くり返し実行される部分は
推論部２７であり、その中でも、特にステップ７２．ス
テップ７３の中で行なわれる木構造データのパターンマ
ツチング処理が多数回くり返されるので、このパターン
マツチング処理がシステム性能を決める大きな要因とな
っている。本発明方式を用いて、前述の様に、パターン
マツチングすべき木構造データをベクトル型表現してお
けば、パターンマツチング処理は簡単なベクトル比較演
算が行なえるので、システム性能が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、、任意の大きさの一般的なｎ進木構造
を、そのノード数分の固定長セルの一次元的並びで表現
でき、２つのｎ進木構造のパターンマツチングを、それ
らのセルの並びの先頭セルから順に１つずつ？？）出し
、その内容？：／幀次比較するという単純な手順で行な
うことができるので、木構造データのパターンマツチン
グ処理高速化の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は木構造データの一例を示す図、第２図は従来の
データ表現の一例を示す図、第３図〜第７図は発明方式
のデータ表現の一例を示す図、第８図、第９図、第１０
図はそれぞれ実施例システシステムで用いるデータ表現
規則を表わす図、第１４図、第１５図、第１６図、第１
９図は実施例システムのテーブル構成図、第１７図、第
１８図は実施例システムの中心部分の処理手順を示すフ
ローチャートである。 代理人　弁理士　小川勝男（弓゛ γ　２　　目 ｆ　１　　図 （（ｌ］ 子 Ｃｂ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｃ）　　
　　　　　　　　　　　　　（ｄ）７Ｊ　　　ム　　　
　− ゝ−）−一ゝ−）−一′ ろ立直ｆｉｆｆカールト３４Ｉ！々−ルに４親ノー７＜
７２′７゛５ 第　５　図 （ｄ、） （しり 第　乙　　図 （ｔｆｉ） ＜−ｂ） （ｄ〕 （ｂ） 篤　ｑ　ロ ■　／θ　図 ￥　／／　　図 ＜ａ−） ２ｇ ￥　１ｚ　　図 冨　７４　図 第　１５　図 ’ｉ　　ｌｔｒ　　図 亨７３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、計算機システムにおいて、ｎ進木構造データを、そ
   れを構成する各ノードの木構造全体に占める位置情報を
   格納する位置フィールドと、各ノードの持つ値を格納す
   る値フィールドから構成される一定長のメモリ要素に対
   応するセルを木構造における横方向優先順に並べてデー
   タを表現するベクトル表現形式に変換する処理と、２つ
   のベクトル表現形式を構成するセルを、それぞれ先頭か
   ら順に１つずつ比較演算する処理とからなることを特徴
   とする木構造データのパターンマッチング方式。 ２、上記位置フィールド情報として、連続したセルが同
   一の親ノードを持つか否かを示す親ノードフラグ情報を
   用いることを特徴とする第１項の木構造データのパター
   ンマッチング方式。 ３、上記位置フィールド情報として、上記親ノードフラ
   グ情報と、子ノードの有無を示す子ノードフラグ情報と
   を用いることを特徴とする第２項の木構造データのパタ
   ーンマッチング方式。 ４、上記親ノードフラグ情報として１ビットのフラグを
   用い、同一の親ノードを持つノードに対応する隣接した
   セルの当該フラグには同一の値を設定し、異なる親ノー
   ドを持つノードに対応する隣接したセルの当該フラグに
   は異なる値を設定することを特徴とする第２項または第
   ３項の木構造データのパターンマッチング方式。