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2003/8/27 1
オントロジ技術への視点
2003.8.25XMLコンソーシアム・エバンジェリスト
（ドコモ･システムズ）
大 野 邦 夫
2003/8/27 2
話の進め方
はじめに：オントロジとは
情報メディアと型
論理によるオントロジ
エージェント技術とオントロジ
Webオントロジ言語考察
おわりに
2003/8/27 3
はじめに：オントロジとは
2003/8/27 4
存在論[ontology]：哲学の一分野。
哲学では「存在するモノ」つまり「モノ」を「存在」という。人間、机、本などが存在。
ところで、「これらの個々のモノの特殊な性質ではなく、それらに共通な、モノとしての性質を研究する」のが、存在論。
言い換えると「存在としての存在、つまり存在一般について研究する学問」のこと。形而上学に同じ。
（出典：思想の科学研究会編；“増補改訂哲学・論理用語辞典”, 三一書房, 1975）
2003/8/27 5
知識の分類
感覚（直知・認知）による知識
言語化されない、暗黙的な理解による知識（暗黙知）
感性・動物的感覚
認知意味論による知識
記述による知識
言葉や言語による知識
形式的知識（形式知）
形式意味論による知識
2003/8/27 6
思考過程
ノーマンによる人間の情報処理モデル
感覚変換
予備的分析
パタン認知
効果器
運動制御
運動プログラム
記憶構造短期記憶 長期記憶活性概念 作動貯蔵
欲望動機づけ
情動
注意資源配分
意識的自覚
記憶過程
2003/8/27 7
思考過程
感覚変換
予備的分析
パタン認知
効果器
運動制御
運動プログラム
記憶構造短期記憶 長期記憶活性概念 作動貯蔵
欲望動機づけ
情動
注意資源配分
意識的自覚
記憶過程
思考過程
感覚変換
予備的分析
パタン認知
効果器
運動制御
運動プログラム
記憶構造短期記憶 長期記憶活性概念 作動貯蔵
欲望動機づけ
情動
注意資源配分
意識的自覚
記憶過程
人間同士の知識伝達モデル
メッセージ
2003/8/27 8
人間 人間効果器 感覚変換
知識 知識
情報源 受信対象符号器 復号器
人間のコミュニケーションと情報理論の対比
符号系 符号系
人間のコミュニケーション
情報理論（シャノン）
通信路
メッセージ
2003/8/27 9
オントロジ：
人間の情報伝達における知識共有基盤
感覚に基づくレベル（暗黙知）
記述に基づくレベル（形式知）
人間 人間効果器 感覚変換
知識 知識
オントロジ
感覚変換 効果器
メッセージ
2003/8/27 10
情報メディアと型
2003/8/27 11
人間のコミュニケーションの歴史
1. 叫び声，ジェスチャ（BC. 1,000,000~?）2. 洞窟壁画（BC.30,000~）3. 象形文字（BC. 5,000~）4. 表意文字（BC. 3,000~）5. 表音文字（BC. 1,500~）6. 数式 代数学（AD. 1,000）7. 論理学（AD. 1,800）
2003/8/27 12
人間のコミュニケーションの歴史の見方
人間のコミュニケーションの歴史は，モデル化，記号化，抽象化の歴史事物の概念を共有・伝達するために言葉・言語を発明
少ない符号で多くの意味内容を伝達するため文字を発明
普遍的な法則や論理を確立するために、学問体系（数学、自然科学、論理学、・・・）を確立
暗黙知の形式知化
2003/8/27 13
コンピュータ処理の歴史
1. 2進論理（ENIAC, 機械語）2. 数字，数式計算（Fortran）3. 英数字（事務処理，ワープロ）
4. 漢字処理（日本語事務処理，ワープロ）
5. GUI（アイコン，マウス）6. 図形，画像
7. 映像，音声
2003/8/27 14
コンピュータ処理の歴史の見方
コンピュータの歴史は，具体化，可視化，オブジェクト化の歴史
技術進歩によるメモリ・通信コストの低減
論理思考に頼らないで，直接的に意味内容を把握
形式知から暗黙知へ（言葉から感覚へ）
2003/8/27 15
コミュニケーション vs コンピュータ
叫び声，ジェスチャ
洞窟壁画
象形文字
表意文字
表音文字
数式数学
論理学
映像，音声
図形，画像
GUI漢字処理
英数字
数字，数式計算
2進論理
人間社会のコミュニケーションの歴史とコンピュータ処理の歴史は逆向きに対応
2003/8/27 16
偶然か必然か？
人間のコミュニケーションの歴史は，モデル化，記号化，抽象化の歴史事物の概念を共有・伝達するために言葉・言語を発明
少ない符号で多くの意味内容を伝達するため文字を発明
暗黙知から形式知へ
コンピュータの歴史は，具体化，可視化，オブジェクト化の歴史技術進歩によるメモリ・通信コストの低減
論理思考に頼らないで，直接的に意味内容を把握
形式知から暗黙知へ（言葉から感覚へ）
2003/8/27 17
データ型
「型とは値の集合である」
プログラム言語でのデータ型原始的な定義
「型とは、値の集合およびその上の演算の集合である」
最近の定義
継承
部分型（サブタイプ）
2003/8/27 18
情報メディアとデータ型
叫び声，ジェスチャ
洞窟壁画
象形文字
表意文字
表音文字
数式 数学
論理学
映像，音声
図形，画像
GUI
漢字処理
英数字
数字，数式計算
2進論理 論理型
整数・小数型
文字・文字列型
オブジェクト型（クラス）
2003/8/27 19
論理によるオントロジ
2003/8/27 20
B.Russell; “Principles of Mathematics”（1903）
“Principles of Mathematics”の構成数字の理解（１，２，３，４・・・・・）
構成的アプローチ（数 無限 空間 物質 運動）
分析的アプローチ（記号論理 記述の理論 型の理論）
世界の事象について記号論理（集合論）による体系化を試みる
パラドックス（集合そのものを対象とする命題の本質的矛盾）
2003/8/27 21
記号論理（Symbolic Logic）命題論理（propositional logic）連言（conjunction）：∧，∩, ＆，(and)選言（disjunction ）：∨，∪，(or)含意（implication）：⊃，⇒，(if-then)等値（equivalence）：≡，⇔，(equal)否定（negation）：～，¬，(not)
述語論理（predicate logic）全称記号（universal quantifier）：∀，（all）存在記号（existential quantifier）：∃，（some exist）
2003/8/27 22
記述の理論（Theory of Description）
知識には直知（acquaintance）による知識と記述（description）による知識がある。言葉は（固有名詞を含め）記述である
記述には不定的記述と確定的記述があるがこの理論が対象にするのは確定的記述
無意味な命題 命題関数における値の不在「黄金の山は山である」の記述
G(x)：xは黄金であるM(x)：xは山である
∃x(G(x)∧M(x)∧∀y∀z(G(y)∧M(y)∧G(z)∧M(z)⊃y=z)∧M(x))
2003/8/27 23
ヴィトゲンシュタインとチューリング
論理分析哲学的なアプローチでヴィトゲンシュタインは「論考」を著す。ラッセルは賞賛するがヴィトゲンシュタインは後に自らの思想を否定、ラッセルとも対立チューリングはヴィトゲンシュタインの講義の学生であったチューリングマシンのアイデアは、ヴィトゲンシュタインとの議論が土台となっているゲーデルは不完全性理論を展開する上でチューリングの計算理論を参考にした。
2003/8/27 24
その後の展開：論理実証主義
論理実証主義（logical positivism）ヴィーン学団（カルナップ、シュリック、マッハ）ナチスの迫害により米国に渡りプラグマティズムと融合
異なるアプローチとして形式主義（ヒルベルト）、直感主義（ブラウアー）が有名
論理主義（logicalism）、還元主義（reductionism）、検証主義（verificationism）を柱とする経験科学の命題は「プロトコル命題」（protocol proposition）に還元可能
形而上学や倫理学は擬似命題を含むので対象外
2003/8/27 25
カルナップ（Rudorf Carnap）今日の欧州・米国における意味論的アプローチを提示
1891：ドイツに生まれる1910-14：イエナ大学、フライブルク大学で哲学、数学、物理学を専攻
1919：ラッセル・ホワイトヘッドのPMの影響を受ける1926-31：ウィーン大学講師としてウィーン学団（論理実証主義者）を率いる
1931-35：プラハのドイツ大学教授（自然哲学）1935：ナチスに追われて米国移住1936-52：シカゴ大学哲学教授1952-54：プリンストン高級研究所1954-1962：カリフォルニア大学教授
2003/8/27 26
エージェント技術とオントロジ
2003/8/27 27
エージェント間の通信モデル
オントロジを用いるエージェント通信言語
KQML FIPA ACL
エージェント エージェント
通信行為 通信行為
A C L
オントロジ
2003/8/27 28
Agent Communication Languageと発話行為モデル
発話行為（Speech Act）：ask_, request_, tell_などの、通信行為と呼ばれるキーワード群で表現される。
通信行為に付随するエージェント・メッセージ：通常、sender, receiver, language, ontology, contentなどのパラメタを含むメッセージに埋め込まれるコンテンツ：特定のドメインと選ばれた言語により定められるオントロジを用いて表現される。
2003/8/27 29
KQML （Knowledge Query Manipulation Language）
(tell :sender taro:receiver hanako:language KIF:ontology family:in-reply-to ref1:content (<= (grandparent ?x ?z)
(and (parent ?x ?y) (parent ?y ?z))))
KIFで記述されたコンテンツの意味：xがyの親であり、かつyがzの親であるなら、xはzの祖父である（"If x is a parent of y, and y is a parent of z, then x is a grandfather of z."）
2003/8/27 30
ACL（エージェント通信言語）メッセージの例
(inform :senderagent1 :receiverhpl-auction-server :content (price (bid good02) 150) :in-reply-toround-4 :reply-withbid04 :languagesl :ontologyhpl-auction)
メッセージ構造の開始
通信行為の型
メッセージパラメタ
ACL メッセージ
メッセージ・コンテント表現
パラメタ表現
2003/8/27 31
コンテンツ言語
KIF（Knowledge Interchange Format）：スタンフォード大学で仕様化された論理コンテンツ言語で、一階述語論理を表現する。構文は、Common LispライクのS式で表現される。SL：FIPAが提案した言語であるが、仕様が大きいためにSL0, SL1, SL2の3種類のプロファイルを定義している。XML/RDF：幅広いデータオブジェクトの記述が可能であるため、ACLのコンテンツ言語の有力な候補になりつつある。
2003/8/27 32
Webオントロジ言語
2003/8/27 33
背景
W3CのセマンティックWebWeb Ontology Groupが新分野のWebを計画
DAML (DARPA Agent Markup Language)OIL (Ontology Inference Layer)OWL (Web Ontology Language)
メタデータを有機的に連携させて意味処理を実現させる試み
かつての人工知能のWeb版
2003/8/27 34
SemanticWebのアーキテクチャ
2003/8/27 35
Webオントロジ言語
OWL（Web Ontology Language）世界はThingとNothingから構成される世界を（トップダウン的に）記号論理体系で定義する
世界は、Datatype DomainとObject Domainに大別される。
Datatype Domain：XML Schemaのデータ型で定義される部分世界
2003/8/27 36
OWLの3種類のサブ言語OWL Lite主として分類階層や単純な制約を必要とするユーザをサポート。
OWL DL （Description Logic）計算機能の完全性（すべての結果が計算可能なことが保証される）や、決定可能性（すべての計算が限られた時間内に終了する）を保持
OWL Full最大の表現力を提供すると同時、計算の保証がない自由なRDF構文を望むユーザに向けた仕様
2003/8/27 37
OWLによるクラス定義
<owl:Class rdf:ID="Animal"><rdfs:label>Animal</rdfs:label><rdfs:comment>動物のクラスを用いて従来から用いられているオントロジ定義の方法を紹介する
</rdfs:comment></owll:Class>
オブジェクトを記述するためには、基本的な型を定義しておくと便利 クラス名の付与IDに名称を付与することによりAnimalというクラスを宣言する。Labelタグでラベルが導入される。
2003/8/27 38
雌雄クラスの定義<owl:Class rdf:ID="Male">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Animal"/></owl:Class>
<owl:Class rdf:ID="Female"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Animal"/><owl:disjointWith rdf:resource="#Male"/>
</owl:Class>
OWLは世界をオブジェクトに分割する。動物には雄（おす：Male）と雌（めす：Female）がいる。subClassOf要素は、当該クラス（雄）が#Animalで識別されるオブジェクトのサブクラスであることを宣言する。（#はリソース定義されている対象を意味する）雌である動物も存在するが雌は雄と相容れない（disjoint）存在である。 同時に雄であり雌であるものはこのオントロジでは存在しない。（disjointWithタグを適用）
2003/8/27 39
男女クラスの定義<owl:Class rdf:ID="Man">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Person"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Male"/>
</owl:Class>
<owl:Class rdf:ID="Woman"><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Person"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Female"/>
</owl:Class>
ここで人間（Person）未定義であることに注意！（後に定義される）。OWLでは任意のクラス情報は、随時、定義可能。
2003/8/27 40
特性（Property）の定義<owl:ObjectProperty rdf:ID="hasParent">
<rdfs:domain rdf:resource="#Animal"/><rdfs:range rdf:resource="#Animal"/>
</owl:ObjectProperty>
クラスに関する、OWLの特性は2種類に大別される。オブジェクト間の関係を記述（owl:ObjectPropertyに属す）オブジェクトとデータ型の関係を記述（owl:DatatypePropertyに属す）
この場合は、オブジェクト間にhasParent関係を定義する。（２つの動物を関係付ける）。hasParentの関係領域（ドメイン）がAnimalで、hasParentを動物に適用すべき特性として定義する。領域と同様に、hasParentのAnimalへの関係の範囲（レンジ）を宣言する。このことは、hasParent特性として動物のみが範囲として定義されることを意味する。
2003/8/27 41
特性（Property）の定義（２）<owl:ObjectProperty rdf:ID="hasFather">
<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#hasParent"/><rdfs:range rdf:resource="#Male"/>
</owl:ObjectProperty>
hasParent特性の一種であるhasFather特性Xの父はやはりXの親であり、かつ父は男である
2003/8/27 42
考察
2003/8/27 43
問題点
トップダウン的に世界を定義するのは無理がある
一世紀前に記号論理学者（ラッセル、ヴィトゲンシュタイン）が試みた世界に近い発想
ゲーデルの不完全性定理の壁
個別分野におけるボトムアップ的なアプローチが現実的
2003/8/27 44
最小限語彙
最小限語彙（Minimum Vocabulary）特定の領域を定義する最も基本的な用語を定義し、それを用いてその領域のすべての用語を定義する公理と定理
オッカムの剃刀
例：家族：性別と親子、誕生順序で定義可能
メタデータは最小限語彙への手がかり
2003/8/27 45
用語の記述最小限語彙を用いて用語を拡張
男の親 父
女の親 母
年上の男の兄弟 兄
男の（親の親） 祖父
最初の男の子 長男
女の（兄弟の子） 姪
<owl:ObjectProperty rdf:ID="hasFather"><rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#hasParent"/><rdfs:range rdf:resource="#Male"/>
</owl:ObjectProperty>
2003/8/27 46
最小限語彙の例
質点の力学：初期位置、初速、作用力、運動方程式 種々
の用語（運動量、運動エネルギー、保存則、ラグランジアン、ハミルトニアン、etc）は記述可能
地球上の位置：緯度、経度、緯度の基準点 地球上の任意
の位置は記述可能
2003/8/27 47
用語の拡張方法
記号論理：集合論的に定義可能な場合
数学：論理が数学的に記述可能（運動方程式など）
モデル：地球上の緯度・経度のように明確なモデルがある場合
経験：繰り返された経験による論理
集団ルール：組織規約など
宗教：教義
意志：思い込み、仮説
統計データ：自動収集、アンケートなどによる結果
2003/8/27 48
情報メディアとデータ型
叫び声，ジェスチャ
洞窟壁画
象形文字
表意文字
表音文字
数式 数学
論理学
映像，音声
図形，画像
GUI
漢字処理
英数字
数字，数式計算
2進論理 論理型
整数・小数型
文字・文字列型
オブジェクト型（クラス）
2003/8/27 49
厳密な論理とあいまいな論理
厳密な論理（オントロジ層）記号論理：集合論的に定義可能な場合
数学：論理が数学的に記述可能（運動方程式など）
モデル：地球上の緯度・経度のように明確なモデルがある場合
あいまいな論理経験：繰り返された経験による論理 ルール（Logic層）宗教：教義 （Trust、Proof層？）意志：思い込み、仮説 （Trust 、Proof層？）統計データ：自動収集、アンケートなどによる結果（枚挙データ収集 帰納的推論）
2003/8/27 50
オントロジ・ルール等の定義
概念形成分類概念（Class）特性概念（Property）定量概念（Cardinality）適用範囲（変域：domain, 値域：range）
オントロジは、静的・普遍的な存在
タクソノミ（分類規則）が普遍化してオントロジになる
普遍化は帰納的なプロセスを必要とする
用語は、最小限語彙をベースに定義される
2003/8/27 51
オントロジ・ルール等の適用
概念間の関係がルールとして定義される
基本的処理は、ルールによる演繹演算と仮説検証
概念は、オントロジとルールにより分類、評価され、（最小限語彙で定義される）処理可能なレベルにまで要素還元される
2003/8/27 52
適用に当たっての問題
オントロジ・ライブラリの整備誰が提供するか
標準化の必要性
DAML+OIL, OWLは定義言語として適切かルール・ライブラリの整備かつての知識ベースのようなもの
誰が提供するか
自動生成可能か（ベーズ推論など）
2003/8/27 53
運用に当たっての課題
オントロジやルールライブラリの提供者、標準化プロセス、改訂プロセス、運用責任者などとその組織化が必要。
オントロジ、ルールベースのシステムと、一般システムとを比較して、前者の有効性が確認されねばならない。
オントロジ、ルールベースのシステムに近い存在として、エキスパートシステムとエージェントシステムがあるが、必ずしも成功してはいない。
2003/8/27 54
枚挙データによる帰納的推論の可能性
Webへのオントロジ適用の可能性は少ない。OWLは人間がオントロジを定義するために適切な言語とは思えない。
定義可能か否かも問題だが、関連データを付与したりアップデートするための稼動も問題である。
工学的な可能性は、枚挙データのメタデータの値から数値的な推論を行う手法。定性的推論（Qualitative Reasoning）：素朴な物理学への適用状態空間（Modern Control Theory）を用いる統計的制御理論の考え方に近い
具体的には、ベーズ推論やファジー推論
具体例：CRMにおけるFSP（Frequent Shopper’s Program）
2003/8/27 55
おわりに
2003/8/27 56
要約(1)人間の知識には、認知による知識と記述による知識があり、人間の外部の情報メディアやコンピュータが扱えるのは後者である。
記述による知識で確実に定義可能なのは、論理的な知識と数学的な知識、さらにそれらにより定義されるモデル程度であり、それ以外は不確実である。
不確実な知識でも普遍的で確実性が高いものは経験的なルールとして扱われる。オントロジは、これらのルールで扱われる用語として位置づけられる。
オントロジをトップダウン的に一枚岩的に定義するのは、かつての分析哲学者の仕事から考えると無理があり、領域を定めて個別的に定義すべきである。
個別的な分野でのオントロジ定義にあたり、最小限語彙を定義し、その分野の用語は、すべて最小限語彙に還元される必要がある。
2003/8/27 57
要約(2)過去にオントロジを活用するアプリケーションとしては、定性推論、エージェント通信言語などが挙げられるが、成功したとは言えない。
DAML, OIL, OWLなどがWeb上にオントロジを記述する言語として提案されているが、人間が記述する言語としては実用的ではない。
ルールやオントロジを有効に使うアプリケーションとしては、枚挙を通じた帰納的推論が挙げられ、CRMのFSPなどへの適用が考えられる。セマンティックWebに多大な期待をすることは禁物である。従来の電子化文書を包含するWebを若干知的に管理し得る程度の枠組みと考えるのが妥当であろう。
2003/8/27 58
文書管理概念とセマンティックWeb
品質方針
管理手順書
品質データ
セマンティックWebの階層 ISO９０００の品質文書管理階層
2003/8/27 59
参考文献(1)1. 思想の科学研究会編；“増補改訂 哲学・論理用語辞典”, 三一書房, （1975）2. D.A.ノーマン（富田訳）; “認知心理学入門-学習と記憶”, 誠信書房(1984)3. 杉本; “意味論１ – 形式意味論”, くろしお出版,（1998）4. 杉本; “意味論２ – 認知意味論”, くろしお出版,（1998）5. B. Russel; The Principles of Mathematics(2nd Ed.)",� Rpotledge, (1937)6. B.ラッセル（鎮目訳）; “人間の知識”, バートランド・ラッセル著作集, No.9, No.10,
みすず書房, (1960)7. ヴィトゲンシュタイン; "論理哲学論", 中央公論世界の名著58-ラッセル・ヴィトゲン
シュタイン・ホワイトヘッド編, 中央公論（1971）8. R.カルナップ（沢田ら訳）; “物理学の哲学的基礎”, 岩波書店, （1968）9. R.カルナップ（永井ら訳）; “意味と必然性 – 意味論と様相論理学の研究”, 紀伊国
屋書店, （1974）
2003/8/27 60
参考文献(2)1. T. Berners-Lee, et. al.; "The Semantic Web", SCIENTIFIC AMERICAN, May,
2001, （2001）2. 淵、溝口、古川、安西; “定性推論”, 共立出版, （1989）3. M.ミンスキー（安西訳）; “心の社会”, 産業図書, （1990）4. 大野; "FIPAエージェントにおけるXMLの適用動向", 情報処理学会デジタルドキュ
メント研究会研究報告, DD23-3,（2000.5）5. 大野、吉田; "情報メディアを構成する型概念に関する考察", 情報処理学会デジタ
ルドキュメント研究会研究報告, DD30-2,（2001.9）6. 大野; "メタデータ概念と記述", 精密工学会研究会研究報告, （2001.11）7. 大野; “セマンティックWebとデータ型”, 画像電子学会研究会研究報告,
（2002.1.25）8. 大野; "セマンティックWebの課題と携帯電話から見た可能性", 情報処理学会デジ
タルドキュメント研究会研究報告, DD33-1,（2002.5）
