本講義のすすめかた n 情報検索 n Semantic Web コンピュータが Web ページの意味 (Semantic) を理解し組み合わせて問題解決にあたれるようにするための方法論 Description Logic 概念の定義表現に優れた論理オントロジーの記述言語への論理的な裏づけ標準

Size: px

Start display at page:

Download "本講義のすすめかた n 情報検索 n Semantic Web コンピュータが Web ページの意味 (Semantic) を理解し組み合わせて問題解決にあたれるようにするための方法論 Description Logic 概念の定義表現に優れた論理オントロジーの記述言語への論理的な裏づけ標準"

とらふみあさぶき
5 years ago
Views:

1 知識ベース特論第 5 回 Semantic Web(2) 吉岡真治

2 本講義のすすめかた n 情報検索 n Semantic Web コンピュータが Web ページの意味 (Semantic) を理解し組み合わせて問題解決にあたれるようにするための方法論 Description Logic 概念の定義表現に優れた論理オントロジーの記述言語への論理的な裏づけ標準化技術 n 授業資料 ( 火金曜日の午後には公開 ) n 質問レポートはメールで yoshioka@ist.hokudai.ac.jp

3 前回の答 n Dublin Core のタームを使って以下の情報を RDF で記述せよ n というサイトは北海道大学 Hokkaido University というタイトルであり日本語で記述されている <?xml version="1.0" encoding="shift_jis"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xml:lang="ja"> <rdf:description rdf:about=" <dc:title> 北海道大学 Hokkaido University </dc:title> <dc:lang> 日本語 </dc:lang> </rdf:description> </rdf:rdf>

4 前回の質問 n なぜ主語述語目的語の書き方が受け身なのか? n RSS を用いるとトラフィックが減るのはなぜですか?

5 オントロジーの記述のために n 概念の定義が推論可能な形で行える必要性概念カテゴリーの同一性の判定抽象具体の関係実際のインスタンスの情報からの概念カテゴリーの推定 Description Logic

6 Description Logic の背景 : 意味ネットワーク n 意味ネットワーク一般的な知識を人間の直感に即したノードとリンクのネットワークとして表現したもの概念階層人間 is-a 父親 has-a 母親 is-a 子供

7 Description Logic の背景 : フレーム n フレーム概念表現の手法フレーム : 属性スロット + 他概念へのリンク花子性別女父親太郎母親良子太郎性別男父親市蔵母親芳江

8 Description Logic の背景 :KL-ONE n KL-ONE 意味ネットワークとフレームに基づく知識表現言語概念階層のネットワークを構造化して表現概念階層 : 継承による構造化概念分類 (taxonomy) ともいう主要な表現要素は概念プリミティブ概念 : システムが用意した根源的な概念定義された概念 : プリミティブ概念を継承したり制約として利用したりすることによって定義される概念オブジェクトを中心にした知識表現表明 (assertion) と記述 (description) 一般概念 (generic concept) と個体概念 (individual concept) 分類 (classification) KL-ONE 記述が与えられたときそれを継承ネットワークの適切な位置 ( その概念を包摂する記述の下かつその概念が包摂する概念の上 ) に配置する

9 Description Logic: DL 言語 n KL-ONE の流れをくむ知識表現言語数理論理的な方向ではなく知識概念指向の論理 e.g., 一階述語論理高い表現可能性がある充足可能性の判定は決定可能ではない» 冠頭標準形や有限変数などの制限の導入» 表現力の低下記述の表現能力を分析実装可能な推論アルゴリズムを持つ論理体系の構築を目指す

10 DL 言語の応用領域 n DL を用いて行われる推論タスク概念の充足可能性や概念間の包摂関係を導く概念の充足可能性知識記述の制約の元である条件を充足する概念が存在するかどうかを調べる概念間の包摂関係異なる概念間の包摂関係 ( 概念の一般化具体化の関係 : 人間概念は動物概念に包摂される ) を調べる

11 DL 言語の基本要素 n DL 言語の基本要素概念ある特徴をもった個体の集まり一階述語論理における単項述語ロール概念が持つ属性一階述語論理における二項述語論理結合子 ( 連言 ) ( 選言 ) ( 否定 ) 量化子 ( 全称記号 ) ( 存在記号 )

12 DL 言語による概念定義 n 定義の例 Female Human 女の人 Human ( has-child.human) 人間の親 : 人間の子供がいる (has-child という関係を持つ人間 ) が存在する人間 Human has-child.male 女の子供を持たない人 : 子供を持つ場合にその子供が全て男男の子供だけを持つ父親の記述は?

13 ALC Language n ALC 言語における概念の表現 Concept Representation in ALC 概念名の集合 CN ロール名の集合 RN A CN R RN を考え一般的な概念として C,D を考えるとき A C C D C D R.C R.C 解釈 I 対象領域 Δ I 解釈関数 I 全ての概念名に対して Δ I の部分集合を割り当てる全てのロール名に対して Δ I Δ I の部分集合を割り当てる

14 ALC の Constructor とその Semantics Constructor Syntax Semantics 概念 C C I Δ I ロール R R I Δ I Δ I 連言 C D C I D I 選言 C D C I D I 全称記号 R.C {x Δ I y.(x,y) R I y C I } 存在記号 R.C {x Δ I y.(x,y) R I y C I } Top T T I = Δ I Bottom I = φ 否定 C Δ I -C I

15 DL 言語における知識 n 2 種類の知識 T-Box(Terminological knowledge) 内包的知識概念定義 Parent Human ( has-child.human) Mother Parent Female 以下の 2 つの概念定義の違い Employee Worker has-boss.(employee Employer) Employee Worker has-boss.(employee Employer) A-Box(Assertional knowledge) 外延的知識個体名 IN に関する知識 Female(YOSHIKO) has-child(yoshiko, HANAKO)

16 DL 言語による推論 n 推論タスク T-Box に対する推論概念の充足可能性概念間の包摂同値関係 A-Box 無矛盾性概念のインスタンス

17 タブロー法 n 充足可能性判定のためのアルゴリズム対象とする概念の構造を分解して矛盾を導き出すかモデルを構築するアルゴリズム概念の構造の分解 NNF(Negational Normal Form) による表現概念名の直前にのみ否定が現れる完備化規則矛盾の発見 {x:a, x: A} 概念の包摂関係 (C D) の判定への応用 C,D を基本的な概念 A CN により置き換え C,D を得る C D を NNF に変形しタブロー法に適用充足不可能な場合 : 包摂関係が満たされる

18 タブロー規則 n 制約集合 S i の完備化規則規則名条件変換方法 - 規則 x: C 1 C 2 S i {x: C 1, x:c 2 } S i S i+1 =S i {x: C 1, x:c 2 } - 規則 x: C 1 C 2 S i {x: C 1, x:c 2 } S i =φ S i+1 =S i {x: C 1 } or S i+1 =S i {x:c 2 } - 規則 x: P.C, (x,y):p S i y: C S i S i+1 =S i {y: C} - 規則 x: P.C S i {z z: C, (x,z):p S i } =φ S i+1 =S i {y: C, (x,y):p}

19 概念の包摂関係の判定 Mother Human Mother Parent Female Parent Human has-child.human Human Male Female Mother Parent Female Human has-child.human Female (Male Female) has-child.(male Female)) Female (Male Female) has-child.(male Female)) Female (Male Female) (Male Female) has-child.(male Female)) Female ( Male Female)

20 概念の包摂関係の判定 ( 続き ) S 0 ={x:(male Female) has-child.(male Female)) Female ( Male Female)} S 1 = S 0 {x:(male Female) has-child.(male Female)) Female, x: ( Male Female)} S 2 = S 1 {x:(male Female) has-child.(male Female)), x: Female} - 規則 S 3 = S 2 {x:(male Female), x: has-child.(male Female))} - 規則 S 5 = S 4 {x: Male} - 規則 - 規則 S 4 = S 3 {x: Male x: Female} - 規則 S 5 = S 4 {x:female}

21 ALC Language Family(1) N 高々 n 個の関係を持つ nr n 数量限定 3has-child Male 多くて 3 人までの子供を持つ男少なくとも n 個の関係を持つ nr 3has-member Team 少なくとも 3 人のメンバーを持つチーム n 制限つき数量限定 Q 高々 n 個の C との関係を持つ nr.c 3has-child.Male Male 多くて 3 人までの男の子を持つ男少なくとも n 個の C との関係を持つ nr.c 3has-member.Female Team 少なくとも 3 人の女性のメンバーを持つチーム

22 ALC Language Family(2) n ロール演算子 R 同時に二つのロールが成り立つ R 1 R 2 (has-parent has-teacher).male 男親を先生に持つ n 逆ロール I 関係 Rと逆の関係 R- has-parent - has-child has-parent -.Female Human 女の子を持つ人 n One-of O 列挙した個物により定義される概念 {a 1, a 2,, a n } {Spring, Summer, Autumn, Winter}

23 DL Processor n CLASSIC AT&T のベル研で作成された DL の処理系現在あまりちゃんとメンテナンスされていない n Semantic-Web 用ツール群 OWL(Web Ontology Language) DAML (DARPA Agent Markup Language) +OIL (Ontology Interface Layer) n オントロジー記述用ツール群例 :RACER ALCQHI R+ +(D)- Support OWL

24 RDF スキーマ n RDF で用いる語彙の定義クラス階層の定義 rdfs:resource RDF スキーマにおける基本クラス ( 全てのクラスの親クラスであるクラス ) であり rdfs:class のインスタンスである rdfs:class RDF スキーマで定義するクラス rdfs:literal リテラル ( 文字列や数字 ) をあらわすクラス rdfs:datatype データ型をあらわすクラス rdf:xmlliteral XML で表現されたリテラルを表すクラス rdf:property プロパティをあらわすリソース

25 RDF で用いるプロパティ (1) n プロパティに対する制約 rdfs:range プロパティがとりうる値を制限するための記述例 :P rdfs:range C P は C のインスタンスでなければならない複数個の制限がかけることができる rdfs:domain プロパティが属する領域を制約する例 :P rdfs:domain C P は C の領域に属してなければならない複数個の制限がかけることができる rdf:type プロパティの属すべきクラスを制限する

26 RDF で用いるプロパティ (2) n プロパティ間の抽象具体関係 rdfs:subclassof rdf:property のインスタンスで下位 ( 具体 ) クラスに属するインスタンスが全て上位 ( 抽象 ) クラスに属するインスタンスであるという関係例 :C1 rdfs:subclassof C2 C1 は C2 の下位 ( 具体 ) クラスである推移律の成り立つ関係である rdfs:subpropertyof rdf:property のインスタンスで下位 ( 具体 ) プロパティに属するインスタンスで関係付けられている全てのものの間に上位 ( 抽象 ) プロパティの関係が存在する例 :C1 rdfs:subpropertyof C2 C1 は C2 の下位 ( 具体 ) プロパティである推移律の成り立つ関係である

27 RDF で用いるプロパティ (3) n 人間用のプロパティ rdfs:label プロパティに人間が読みやすい名前をつける多言語による記載などを許す rdfs:comment リソースに関する説明を記載する The rdfs:range of rdfs:comment is rdfs:literal.

28 RDF で用いる用語間の関係

29 RDF スキーマにおけるクラス定義 n クラス定義の例

30 RDF スキーマにおけるクラス定義 n クラス定義の例 (RDF/XML による記法 ) <rdf:rdf xml:lang="en" xmlns:rdf=" xmlns:rdfs="  <rdf:description ID="MotorVehicle"> <rdf:type resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource=" </rdf:description> <rdf:description ID="PassengerVehicle"> <rdf:type resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:description>

31 RDF スキーマにおけるクラス定義 ( 続き ) n クラス定義の例 (RDF/XML による記法 ) <rdf:description ID="Truck"> <rdf:type resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:description> <rdf:description ID="Van"> <rdf:type resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:description> <rdf:description ID="MiniVan"> <rdf:type resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#van"/> <rdfs:subclassof rdf:resource="#passengervehicle"/> </rdf:description> </rdf:rdf>

32 オントロジー (1) n 哲学用語存在論広辞苑よりあらゆる存在者が存在者としてもつ共通の特質やその根拠を考察する学問アリストテレス以来形而上学の基礎的部門関連する研究分野認識論 (epistemology): 認識の起源本質妥当範囲を論究する哲学の一部門

33 オントロジー (2) n 人工知能の研究計算機による対象表現定性物理の 2 つのアプローチデバイスオントロジー物理現象を入出力のデバイスによりモデリングプロセスオントロジー物理現象を属性値に影響を与えるプロセスによりモデリングエキスパートシステムにおける失敗エキスパートの知識を目前の問題解決に利用可能な形で表現することには成功知識の作り方が場当たり的で再利用性に乏しい

34 オントロジー (3) n 定義概念化の仕様 (specification of a conceptualization) by T. Gruber@Stanford 問題解決システムを構築する際に用いられる概念の体系的記述 by 大阪大学 n Ontology の利用法知識の再利用の支援以前に作成した知識を再利用するためには知識記述の背景を理解する必要がある異なる知識に基づくエージェントの協調エージェント A にとっての X という概念はエージェント B にとっての X という概念の関係を理解する必要がある

35 オントロジー (4) n 類似概念 Taxonomy 分類学 RDF スキーマのレベルのようにさまざまな語をカテゴリーに分類していく Thesaurus 類義語辞典語を意味的類似により分類配列したもの

36 OWL n OWL: Web Ontology Language RDF RDF スキーマと組み合わせて RDF RDF スキーマでは不十分な概念定義を行うための記述形式 Description Logic に基づく概念定義クラス階層属性定義内包的概念定義外延的概念定義

37 OWL の成り立ち n DAML+OIL DARPA Agent Markup Language Ontology Interface Layer 異なるエージェント間の協調を行うためのオントロジー n OWL 2004 年 2 月 10 日 W3C の Recommendation Semantic Web での利用を考慮し DAML+OIL などを基準に作成記述力とインプリメンテーションのコストのバランスを考えた 3 つの規格 OWL-Lite: インプリメンテーションを考えた規格 OWL-DL:Description Logic の記述制約を受け入れた規格 OWL-Full: 特に制約条件などを考えずに必要な記述内容を考えた規格

38 クラス定義 n RDF スキーマのクラス定義の拡張 owl:class rdfs:class のサブクラス (rdfs:subclassof の関係 ) にあり rdfs のクラスに関する定義などは利用可能クラスとインスタンス ( インディビジュアル ) owl:thing インスタンス ( インディビジュアル ) rdf:type によりクラスと関係付け <owl:thing rdf:about="#centralcoastregion"> <rdf:type rdf:resource="#region"/> </owl:thing>

39 プロパティ定義 n クラスが持つべき性質 (Property) rdf:property に変わるもの owl:objectproperty オブジェクトが持つプロパティ owl:datatypeproperty RDF スキーマから引き継ぐもの rdfs:subpropertyof, rdfs:domain, rdfs:range n プロパティのタイプ owl:transitiveproperty p(x,y) and p(y,z) p(x,z) owl:symmetricproperty p(x,y) p(y,x) owl:functionalproperty p(x,y) and p(x,z) y=z owl:inverseof p1(x,y) p2(y,x)

40 プロパティへの制約 n owl:restriction プロパティへの制約 allvaluesfrom, somevaluesfrom プロパティの値がある特定のもののリストから選ばれる必要がある owl:mincardinality 0,1 の場合は必須のプロパティかどうかを示す (OWL- Lite) 正の整数 (OWL-DL)

41 プロパティに注目したクラス定義 n クラスの内包的定義ある属性を持つクラス owl:restriction <owl:class rdf:id="wine"> <rdfs:subclassof rdf:resource="&food;potableliquid"/> <rdfs:subclassof> <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource="#madefromgrape"/> <owl:mincardinality rdf:datatype="&xsd;nonnegativeinteger"> 1</owl:minCardinality> </owl:restriction> </rdfs:subclassof>... </owl:class>

42 オントロジー間の関係付け n 他のオントロジーとの関係の記述 owl:equivalentclass 別のオントロジーのクラスと同じクラス <owl:class rdf:id="wine"> <owl:equivalentclass rdf:resource="&vin;wine"/> </owl:class> owl:equivalentproperty 別のオントロジーのプロパティと同じプロパティ owl:sameas 別のオントロジーのインディビジュアルと同一である owl:differentfrom, owl:alldifferent 明示的にインディビジュアルが異なることを定義 Description Logicの推論の利用あるインスタンスが所定の条件を満たしているので別のクラスのインスタンスとして取り扱うことができる

43 複雑なクラス定義 (OWL-DL) n 集合論的定義 intersectionof, unionof, complementof n 外延的定義 oneof 構成するインディビジュアルによりクラスを定義 n 排他的定義 disjointwith 排他的なクラス

44 OWL Full n クラスをインスタンスとして扱うことができる例えばクラスとして車日本車インスタンスとしてクラウンシビックマーチ一方でクラウンをクラスと考え A さんが持っている 2000 年式の白いクラウン ( 車体番号 ) をインスタンスとする

45 複数のオントロジーの統合に向けて n メタデータとして公開されている情報からオントロジーを統合する候補の生成 Ontology Matching 表記やエントリーの類似性に基づく評価尺度の導入 Web2.0 的なアプローチによるオントロジーマッチング環境の提案

46 まとめ n Semantic Web: コンピュータが意味を理解するためには構造的データの記述の標準化 XML, RDF,... 記述するデータが用いる概念の標準化オントロジー n オントロジーの活用方法

Web - DAML OIL DAML-S - 三菱電機情報技術総合研究所音声言語処理技術部今村誠 1. Web 2. セマンティック Web とオントロジ 3. オントロジ記述言語 4. 関連ツールと実験システム 5. 従来技術との差異 6. 今後の課題 1

Web - DAML OIL DAML-S - 三菱電機情報技術総合研究所音声言語処理技術部今村誠 1. Web 2. セマンティック Web とオントロジ 3. オントロジ記述言語 4. 関連ツールと実験システム 5. 従来技術との差異 6. 今後の課題 1 Web DAML (DARPA Agent Markup Language) Web On-To-Knowledge IBROW 2 2.