(57)【要約】【課題】ベイジアンネットワークの条件付き確率表にパラメータを入力する操作を直感的かつ分かりやすくし、これによりユーザの手間を省いて作業効率を高め得るパラメータ入力システムおよびパラメータ入力方法を提供すること。【解決手段】ベイジアンネットワークのノードに条件付き確率をしめす円グラフを表示するとともに、このベイジアンネットワークの表示画面に条件付き確率表（ＣＰＴ）も併せて表示する。そして、このＣＰＴの列および行をドラッグ操作により入れ替えられるようにし、利用者の思考や判断を補助するようにする。さらに、ＣＰＴの任意の列をドラッグするとその列のパラメータを編集するための専用のウインドウを開き、このウインドウにおける棒グラフや円グラフをドラッグ操作することによっても、パラメータ値を変更できるようにする。その際、パラメータ値の合計が１となる制約を守ったまま値を変更できるようにする。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベイジアンネットワークに係わる複数のパラメータをテーブル化した条件付き確率表に前記パラメータを入力するために用いられるパラメータ入力システムであって、
前記ベイジアンネットワークの構造を示すグラフと前記条件付き確率表とを同じ画面内に表示する表示手段と、
前記画面上でのＧＵＩ（Graphical User Interface）操作による前記条件付き確率表の編集操作を受け付ける編集手段と、
前記編集操作に応じて前記ベイジアンネットワークの制約のもとで前記パラメータを再計算して前記条件付き確率表の整合性を保つ演算手段とを具備することを特徴とするパラメータ入力システム。
【請求項２】
前記ベイジアンネットワークの構造を示すグラフのノードに、当該ノードにおける確率変数を円グラフ表示することを特徴とする請求項１に記載のパラメータ入力システム。
【請求項３】
前記編集手段は、前記円グラフにおける各パラメータの境界線をドラッグすることにより当該円グラフにおける複数のパラメータ値を変更することを特徴とする請求項２に記載のパラメータ入力システム。
【請求項４】
ベイジアンネットワークに係わる複数のパラメータをテーブル化した条件付き確率表に前記パラメータを入力するために用いられるパラメータ入力方法であって、
前記ベイジアンネットワークの構造を示すグラフと前記条件付き確率表とを同じ画面内に表示し、
前記画面上でのＧＵＩ（Graphical User Interface）操作による前記条件付き確率表の編集操作を受け付け、
前記編集操作に応じて前記ベイジアンネットワークの制約のもとで前記パラメータを再計算して前記条件付き確率表の整合性を保つことを特徴とするパラメータ入力方法。
【請求項５】
前記ベイジアンネットワークの構造を示すグラフのノードに、当該ノードにおける確率変数を円グラフ表示することを特徴とする請求項４に記載のパラメータ入力方法。
【請求項６】
前記円グラフにおける各パラメータの境界線がドラッグされた場合に、当該円グラフにおける複数のパラメータ値を変更することを特徴とする請求項５に記載のパラメータ入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ベイジアンネットワーク（Bayesian Network）を用いたエキスパートシステムにおいて、条件付き確率表（Conditional Probability Table）を生成するために
確率変数の条件付き確率（パラメータ）を入力するためのシステムと、その入力方法に関する。この種のエキスパートシステムは、例えば火力戦闘における指揮統制の意思決定を支援するために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
エキスパートシステムを構築するのに、ベイジアンネットワークを用いることが行われてきている（例えば特許文献１、２および非特許文献１、２を参照）。ベイジアンネットワークとは、確率変数をノードで表し、因果関係や相関関係といった依存する関係を持つ変数の間にリンクを張ったグラフ構造で表現される確率モデルの中で、とくにリンクが因果関係の方向に向きを持ち、このリンクをたどったパスが循環しない非循環有向グラフで表されるものを指す。ベイジアンネットワークは、このようなグラフ構造と各ノードに割り当てた条件付き確率の集合によって構成される。子ノードの親ノードに関する条件付き確率は、離散変数の場合、全ての状態における条件付き確率を並べた「条件付き確率表（Conditional Probability Table）」で表す。
【特許文献１】特開２００２−２０２８９０号公報
【特許文献２】特開２００１−１１７７７６号公報
【非特許文献１】ベイジアンネット構築システムBAYONET［平成１６年１０月２５日検索］、インターネット＜URL： http://staff.aist.go.jp/y.motomura/bn2001/motomura2.pdf＞
【非特許文献２】Hugin Expert［平成１６年１０月２５日検索］、インターネット＜URL： http://www.hugin.com/Products_Services/＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に、ベイジアンネットワークを使用するためには、適用する問題に適した、（１）変数の選択、（２）適切なグラフ構造の設計、および、（３）条件付き確率の決定、の作業が必要となる。これらの一連の作業（１）〜（３）は、問題領域におけるデータの収集と解析とに基づいて試行錯誤的に繰り返し行われる。これら作業の中でも、特に（３）条件付き確率の決定は、条件付き確率表に全ての状態における条件付き確率の値を入力・編集する作業となるため、間違いが発生しやすく、手間を要する。この作業の前段階となる（１）変数の選択、および、（２）適切なグラフ構造の設計、に変更があると作業のやり直しが必要となる場合も多い。このように、ベイジアンネットワークを現実のシステムに用いるにあたり、条件付き確率表へのパラメータ入力、編集操作が煩雑であり、ユーザの手間が大きく効率が悪いという不具合がある。  
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、ベイジアンネットワークの条件付き確率表にパラメータを入力する操作を直感的かつ分かりやすくし、これによりユーザの手間を省いて作業効率を高め得るパラメータ入力システムおよびパラメータ入力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、ベイジアンネットワークに係わる複数のパラメータをテーブル化した条件付き確率表に前記パラメータを入力するために用いられるパラメータ入力システムであって、前記ベイジアンネットワークの構造を示すグラフと前記条件付き確率表とを同じ画面内に表示する表示手段と、前記画面上でのＧＵＩ（Graphical User Interface）操作による前記条件付き確率表の編集操作を受け付ける編集手段と、前記編集操作に応じて前記ベイジアンネットワークの制約のもとで前記パラメータを再計算して前記条件付き確率表の整合性を保つ演算手段とを具備することを特徴とするパラメータ入力システムが提供される。
【０００５】
このような構成であるから、同じ画面上にベイジアンネットワークと条件付き確率表とが併せて表示され、ユーザは編集作業を直感的に理解しやすくなる。しかもＧＵＩ操作により条件付き確率表を編集できるので、操作効率を向上できる。さらには演算手段により、編集後の各パラメータの整合性を保つこともできる。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ベイジアンネットワークの条件付き確率表にパラメータを入力する操作を直感的かつ分かりやすくすることができ、よってユーザの手間を省いて作業効率を高め得るパラメータ入力システムおよびパラメータ入力方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明に係わるパラメータ入力システムの一実施形態を示すシステム図である。このシステムは、意思決定を支援するエキスパートシステムなどと組み合わせて用いられる。図１において、符号１は入力手段としてのキーボードであり、符号２は同じく入力手段としてのマウスであり、いずれも対話制御部４に接続される。符号３は出力手段としてのディスプレイであり、これも対話制御部４に接続される。
【０００８】
対話制御部４は、図１のパラメータ入力システムのユーザインタフェースを制御するもので、キーボード１、マウス２、ディスプレイ３、および、編集処理部５に接続される。対話制御部４はキーボード１およびマウス２からの入力信号を編集処理部５に送出するとともに、編集処理部５の出力信号をディスプレイ３に送出してユーザインタフェースを制御する。これにより、ＧＵＩ（Graphical User Interface）環境が提供される。
【０００９】
編集処理部５は、条件付き確率表を編集するための制御を行う。編集処理部５はＣＰＴ計算処理部６に編集結果を送出し、ＣＰＴ格納部７、および、ＢＮ格納部８からそれぞれ必要な情報を読み出し、条件付き確率表を編集する。ＣＰＴ計算処理部６は、編集処理部５から送出される条件付き確率表への編集内容に応じて、例えば、ある確率変数における複数の確率値の和が１となるように確率値を調整するなどの各種計算処理を行う。計算結果は、ＣＰＴ格納部７に格納される。ＣＰＴ格納部７は、編集処理部５に接続される。ＢＮ格納部８はベイジアンネットワークに関する情報を格納するもので、編集処理部５に接続される。次に、上記構成における作用を説明する。
【００１０】
図２は、図１のパラメータ入力システムにおける処理手順を示すフローチャートである。なおこの実施形態では、例えば図３に示すようなベイジアンネットワークを対象とする。このベイジアンネットワークのノード「利用行動」における条件付き確率は、例えば図４に示すような条件付き確率表（ＣＰＴ）によって表現される。以下、ＣＰＴに係わる確率値をパラメータと称する。ＣＰＴは複数のパラメータを行列形式で表示するもので、行を確率行、列を条件列と称する。
【００１１】
図１のパラメータ入力システムは、ＣＰＴに条件付き確率を入力し編集することを支援するもので、以下に示す機能を有する。これらの機能は、主として対話制御部４、編集処理部５、およびＣＰＴ計算処理部６のソフトウェア処理により実現される。  
＜ベイジアンネットワーク上に各種の確率値をグラフィカルに表現する機能＞
この機能は、まずディスプレイ３に図３のようなベイジアンネットワークを示すグラフを表示し、これを背景として図４のＣＰＴを重ねて表示するものである。このグラフの各ノードには、そのノードにおける確率変数を示す円グラフが表示される。  
＜確率変数を円グラフで表示して編集する機能＞
この機能は、ディスプレイ３に図５のように表示された円グラフで、マウス２を用いて円グラフの境界をドラッグすることにより確率変数を変更することを実現する機能である。  
＜条件付き確率表のカスタマイズ機能＞
この機能は、ディスプレイ３に表示されたＣＰＴにおいて、マウス２のクリックやドラッグ操作により行や列の入れ替えや並べ替えなどを実現する機能である。  
＜複数の条件付き確率を設定する機能＞
この機能は、複数の確率値の和や比率などを保持しつつ同時に多数の値を変更する機能である。この機能により、各パラメータ間の整合性が保たれる。
【００１２】
図６〜図１７は、図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図である。このようにベイジアンネットワークのグラフと条件付き確率表をグラフィカルに表示することで、確率変数の確率値を直感的に把握できるようになる。  
さて、図２のフローチャートにおいて、まずベイジアンネットワーク（ＢＮ）およびＣＰＴが図表形式で表示され、編集操作の入力待ちとなる（ステップＳ２０１）。この状態から編集コマンドがシステムに与えられると、そのコマンドに応じて複数の分岐が生じる（ステップＳ２０２）。なお終了コマンドが投入されると処理は終了する。
【００１３】
ステップＳ２０２において、ＣＰＴの行または列がドラッグ操作されたとする。そうするとＣＰＴの確率行、または条件列の入れ替え処理が行われる（ステップＳ２０３）。すなわち図６に示す表示状態にあるときに、マウス２を用いて条件付き確率表の「性別」の行をドラッグし、「関心」の行の上でリリースしたとする。そうすると図７に示すようにＣＰＴの行が入れ替えられる。このようにこの実施形態では、ドラッグ操作によって条件付き確率表の行表示を変更することができる。これにより利用者の思考や判断を補助することが可能になる。
【００１４】
同様に、図７に示す表示状態にあるときにマウス２で条件付き確率表の「関心」の行をドラッグし、表の最上部でリリースすると図８に示すような表示となる。また、図８に示す表示状態にあるときにマウス２で条件付き確率表の「関心あり∧男性」の列をドラッグし、その右の行に位置する「関心あり∧女性」の列の右側でリリースすると、図９に示すような表示となる。このように列の入れ替えによっても、利用者が思考や判断がしやすいように表示をカスタマイズすることができる。
【００１５】
次に、図８に示す表示状態にあるとき、マウス２で条件付き確率表の「関心あり∧男性∧若年層」の列をドラッグで選択すると、図１０に示すような条件付き確率の編集ウインドウが表示される（図２のステップＳ２０４）。図１０に示す表示状態にあるときにマウス２で「借用」の棒グラフをドラッグするか、または、「借用」を示す円グラフの境界をドラッグすると、編集ウインドウは図１１に示すような表示となる。このように、確率値の合計が１となる制約を守ったまま「借用」の確率値を変更することができる（図２のステップＳ２０５、Ｓ２０８）。
【００１６】
一方、図１０に示す表示状態にあるとき、マウス２を用いて図中の鍵アイコンをクリックすることにより、例えば「非利用」の確率値を固定することができる。この状態で「借用」の棒グラフをドラッグするか、または「借用」を示す円グラフの境界線をドラッグすると、ウインドウは図１２に示す表示になる。この操作では「非利用」の確率値は変更されず、確率値の合計が１となる制約を守ったまま「借用」の確率値を変更することができる。このほか「借用」、「利用」の確率値も、それぞれの鍵アイコンをクリックすることで同様に固定できる。
【００１７】
さらに、図１０に示す表示状態にあるときにマウス２を用いて「-10%」を示すボタンを選択すると、ウインドウは図１３に示す表示になる。これは、「借用」、「利用」、「非利用」の確率値がその順番に１０パーセントずつ減じた状態を示す。逆に「+10%」ボタンをクリックすると、「借用」、「利用」、「非利用」の確率値をその順番に１０パーセントずつ増加させた状態とすることができる。このように「借用」、「利用」、「非利用」の３つの確率値を、その合計が１となる制約を守ったまま同時に変更することができる。
【００１８】
次に、行方向の編集の例を示す。図８に示す表示状態にあるときに、マウス２で条件付き確率表の「関心あり∧男性∧年齢層」で「利用」の行にある全ての「年齢層」をドラッグで選択すると、図１４に示すようなウインドウが表示される（図２のステップＳ２０６）。図１４に示す表示状態にあるとき、マウス２で「若年層」の棒グラフをドラッグする、または、「若年層」を示す円グラフの境界をドラッグしてマウス２で「老年層」の棒グラフをドラッグする、または、「老年層」を示す円グラフの境界をドラッグすると、ウインドウは図１５に示すような表示となる（ステップＳ２０７、Ｓ２０８）。このように、各年齢層において「利用」とそれ以外の確率値の合計が１となる制約を守ったまま確率値を変更することができる。
【００１９】
別の例として、図１４に示す表示状態にあるときにマウス２で「+10%」を示すボタンを選択すると、図１６に示すような条件付き確率の編集画面となる。このウインドウでも、「借用」、「利用」、「非利用」の確率値がその順に１０パーセントずつ値が増えていくように、かつ、確率値の合計が１となる制約を守ったまま３つの確率値を同時に変更することができる。
【００２０】
図１６に示す表示状態にあるときにマウス２でいずれか１つの棒グラフをドラッグするか、または、いずれか１つの「年齢層」を示す円グラフの境界をドラッグすると、図１７に示す編集画面となる。この画面でも、各年齢層において「利用」とそれ以外の確率値の合計が１となる制約を守ったまま前記確率値を変更することができる。
【００２１】
なお上記の本発明に係わる一実施例の意思決定支援のためのパラメータ入力システムの動作説明では、条件付き確率をまとめて変更する一例として、「-10%」「10%」などのボタン表示を用いたが、当該分野の専門家であれば、条件付き確率の値の増減が、例えば、10%,20%,30%,または、-10%,-20%,-30%などのように変更できること、並びに、ボタン表示に代わって、例えば、プルダウン表示、スピンボタン表示、テキストボックス表示などの入力方法でもよいことは容易に理解できるであろう。
【００２２】
このように本実施形態では、ベイジアンネットワークのノードに条件付き確率をしめす円グラフを表示するとともに、このベイジアンネットワークの表示画面に条件付き確率表（ＣＰＴ）も併せて表示する。そして、このＣＰＴの列および行をドラッグ操作により入れ替えられるようにし、利用者の思考や判断を補助するようにする。さらに、ＣＰＴの任意の列をドラッグするとその列のパラメータを編集するための専用のウインドウを開き、このウインドウにおける棒グラフや円グラフをドラッグ操作することによっても、パラメータ値を変更できるようにする。その際、パラメータ値の合計が１となる制約を守ったまま値を変更できるようにする。
【００２３】
かくして、この実施形態によれば、ベイジアンネットワークを利用して意思決定支援を行う方法において、確率変数の条件付き確率を条件付き確率表に入力する操作を、直感的で分かりやすく、手間が省けるものとすることができる。これにより、ベイジアンネットワークの条件付き確率表への値の入力と編集とを効率よくかつ効果的に行うことが可能になる。
【００２４】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係わるパラメータ入力システムの一実施形態を示すシステム図。
【図２】図１のパラメータ入力システムにおける処理手順を示すフローチャート。
【図３】この発明の実施の形態に係わるベイジアンネットワークの一例を示す図。
【図４】図３のベイジアンネットワークに適用される条件付き確率表の一例を示す図。
【図５】確率変数を円グラフで表示して編集する機能につき説明するための図。
【図６】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図７】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図８】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図９】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１０】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１１】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１２】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１３】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１４】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１５】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１６】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【図１７】図１のディスプレイ３に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１…キーボード、２…マウス、３…ディスプレイ、４…対話処理部、５…編集処理部、６…ＣＰＴ計算処理部、７…ＣＰＴ格納部、８…ＢＮ格納部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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