オントロジーの理論、記述言語、利用環境

奈良先端科学技術大学院大学
武田英明
Nara Institute of Science and Technology

オントロジー構築の基礎
l オントロジーをいかにあるべきか
n オントロジーの理論

uGuarinoの形式的オントロジー
l オントロジーをいかに記述し、利用するか
n オントロジーの記述言語
uARPAの知識共有活動（KIF, KQML，Ontolingua）

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Guarinoの形式的オントロジー
l オントロジーをいかに構成すべきかということに関して、論理的および哲学的立場から形式的に議論して、top-level オントロジーの構成原理を定式化

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基本となる理論
l ものの認識とその表現の分別
n Particulars: 実世界の実体の認識、事象、量等
n Universals: 実体を語る際のカテゴリー、概念、属性、等
l 部分の理論：何を実体の部分とみなすか
l 全体性の理論：何を全体とみなすか
l 同一性の理論：いかなるとき実体は同一か
l 依存性の理論：実体同士の依存関係

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Particularsのオントロジー
Substrate: 外延的に同一性基準による実体
l object：非外延的同一性基準による実体。部分性。
lParticular
Substrate
Location
MatterObjectl

空間的・時間的位置の有無で区別
l Concrete objectはさらにstrataによって区別される

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Qulality

SpaceTimeConcrete object
Continuant
Occurent
Abstract object

StrataStatic(a situation)
Mereological(an amount of matter)
PhysicalTopological(a piece of matter)
Morphological(a cubic block)
Functional(an artifact)
Biological(a human body)
Intentional(a person or a robot)
Social(a company)

Universalsのオントロジー
Sortal/non-sortal: sortalとはその個体を峻別する原理を持つものl substantial/non-substantial: sortalの区分
l generic predicate/characterizing predicate:の区分
lunarypredicatesortalsubstantial(apple,human-being)

non-substantial(food, student)

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non-sortal
generic

characterizing(thing)(red)Universalsのオントロジー
自然であるnatural: C¦=∃x◇Px
l オントロジー的に固定されている(ontologically rigid)C¦=∀x(Px⊃□Px)l 分割可能(divisive)

lC¦=∃x◇(Px∧∃y.y<x) ∧∀x□(Px⊃(∃y.(y<x⊃Py)))

一般的述語：rigidかつdivisivel 実質的にsortal: rigidかつ非divisivel 非実質的にsortal: 非rigidかつnaturalな述語で、ある実質的にsortalに包含される。C¦=∀x□(Px⊃Sx)l 特徴づけ述語：
非rigidかつnaturalな述語で、ある実質的にsortalに包含されない
lNara Institute of Science and Technology

Universalsのオントロジー
(1)

(2)

T h ing(g)A p p l e (s s )R e d (c)T h ing(g)A p p l e (s s )C o l o u r (s s )R e d (n s s )T h is apple is red.

T h e colour of this apple is red.
(3)

T h ing(g)(4)

C o l o u r g r a d u a t i o n (s s )R e d (s s )C rim s o n i s a r e dNara Institute of Science and Technology

T h ing(g)H u m a n - b e i n g (s s )R e d (n s s )ss: substantial sortal
c: characterizing predicate J o h n i s r e d .
nss: non-substantial sortal
g: generic predicate

Universalsのオントロジー
l 知識記述言語の概念のオントロジー
Unarypredicateconcept
typeclass(substantial sortal)
generic
predicate

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property(characterizingpredicate)non-substantial
sortal知識共有とオントロジー
l ARPAの知識共有の枠組み
n エージェントとそのコミュニケーションによる知識共有

通信通信パラメータ

メッセージ
メッセージ内容

共通 言語によるメッセージ

メッセージ行為
エージェント通信言語で規構文と意味
知識交換用言語で規定
語彙
共通オン

共通 プロトコル
共通 知識交換用フォーマット
共通 オントロジー

ファ シリテータ
ファ シリテータのネ ットワーク
ソフ トウェアツールをカプ セル化したエージェント

エー ジェント化ツール

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埋め 込まれた
ソフ トウェアツール

エージェント通信の３つの層
l 通信層：l メッセージ層
n エージェント通信言語で記述
n KQML(Knowledge Query and Manipulationl メッセージ内容層
n メッセージ内容のシンタックスとセマンティックス
n シンタックスは知識交換用言語 KIF(KnowledgeInterchange Format)
n セマンティックスは共通オントロジー記述用言語
OntolinguaでNara Institute of Science and Technology

KQML(Knowledge Query and Manipulation Language)l 人間どうしの対話を分析した発話行為理論に基づく
l エージェントを仮想知識ベースとしてメッセージ交換を行う
l KQMLのメッセージの例(tell:language KIF:ontology motors:in-reply-to q1:content (fastens frame3 motor5))

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Performativeの種類
n Basic information performatives

tell, deny, untell,n Database performatives

insert, delete, delete-one, delete-alln Basic responses

error, sorryn Basic query performatives

evaluate, reply, ask-if, ask-about, ask-one, ask-all, sorryn Multi-response query performatives

u stream-about, stream-all, eosn Basic effector performatives

u achieve, unachieven Generator performatives

u standby,ready, next, rest, discard, generatorn Capability-definition performativesu advertisen Notification performatives

u subscribe, monitor

n Networking performatives

u register, unregister, forward, broadcast, pipe, break, transport-addressn Facilitation performatives

u broker-one, broker-all, recommend-one, recommend-all, recruit-one, recruit-all

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KIF (Knowledge Interchange Format)
l 1階述語論理を拡張して、項の定義、メタ知識(知識に関する知識)、集合、非単調理論などを記述できるようにした知識交換言語
l １階述語論理の表現をLisp風の記法で表現
l 拡張部分n 集合・リストの表現setof,やlistof
n ifやcondによる条件記述子
n defobject, deffunction, defrelationを使ってオブジェク

ト、関数、関係を定義

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KIFによる表現の例
述語論理 / 数学の表記
(1) 項
x+y
{a, b, c, d}{x | wheel(x)∧ made-in-japan(x)};「日本製の車輪の集まり」
ιx [wheel(x) ∧ made-in-japan(x)];「その日本製の車輪」
κx [wheel(x) ∧ made-in-japan(x)];「…は日本製の車輪である」
λx [founded-year(vendor(x))];「x の製造者の設立年」
if number(x) ∧ x≠0 then 1/x;「x が 0 でない数のとき、1/x（を与える関数）」(2) 命題p (a, b)∀x∃y[product(x)→vendor(y)∧makes(y,x)]Nara Institute of Science and Technology

KIF(+ ?x ?y)(setof a b c d)(setofall ?x (and (wheel ?x)(made-in-japan x)))(the ?x (and (wheel ?x)(made-in-japan x)))(kappa ?x (and (wheel ?x)(made-in-japan x)))(lambda ?x(founded-year (maker ?x)))(if (and (number ?x) (not (= ?x 0)))(/ 1 x))(p a b)(forall ?x(exists ?y(=> (product ?x)(and (vendor ?y)(makes ?y ?x)))))

Ontolingual Ontolinguaは、対象領域の概念的なモデリングとその表現のしかたに関する合意を明示的に表示するためのオントロジー記述言語
l KIFのなかの定義に関する表現を用いて、対象領域をオブジェクト、関数、関係の集まり（オントロジー）として形式化して定義

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Ontolinguaによる知識の共有へのアプローチ(define‑class building (?x):def (and(point ?x)(has‑some ?x telephone)(has‑one ?x address)))

共通オントロジー
Ontolingua

Ontolinguaのトランスレータ

LoomClassic

EpikitDefinitions

Definitions

Definitions

Assertions

Assertions

Assertions

Nara Institute of Science and Technology(defconcept building:is‑primitive(:and point(:at‑least 1 telephone)(:exactly 1 address)))Ontolinguaによる記述の例(define-class AUTHOR (?author):def (and (person ?author)(= (value-cardinality ?author AUTHOR.NAME) 1)(value-type ?author AUTHOR.NAME(>= (value-cardinality ?author AUTHOR.DOCUMENTS) 1)(<=> (author.name ?author ?name)(person.name ?author ?name))))「?authorがauthorであるとは、?authorがpersonであり、単一値を取り、値のタイプがbiblio-nameであるAUTHOR.NAME属性と、1個以上の値を取るAUTHOR.DOCUMENTS属性をもち、?authorのauthor.nameとperson.nameが同一値となることを意味する。」

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オントロジーの設計 ‑‑ 設計の要件
lllll

明瞭性
n オントロジーは定義された用語の意図した意味を効果的に伝達しなければならない。定義は客観的でなければならない。そのためには、形式を整えるとともに、できる限り完全な定義を与えることが望ましい。
結束性
n 定義と整合性のある推論を促進する必要。少なくとも、基底となる公理は無矛盾でなければならない。
拡張可能性
n 適用しようとしている領域に関する概念的な基礎を与える必要。利用者がオントロジーを拡張したり、特化することを可能にしなければならない。
最小限のコーディングバイアスn インプリメンテーションに独立にした知識レベルの表現を使うべき最小限のオントロジーのコミットn

モデル化しようとしている世界に関する先験的な仮定をできるかぎりなくすこと

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