特開 2024-120138 情報処理システム、情報処理方法及び情報処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120138

(43)【公開日】2024-09-04

(54)【発明の名称】情報処理システム、情報処理方法及び情報処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G16C 20/10 20190101AFI20240828BHJP

【ＦＩ】

G16C20/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026801

(22)【出願日】2023-02-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110002789

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＸ

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 優司

(72)【発明者】

【氏名】長谷 陽子

(57)【要約】      （修正有）

【課題】化学合成経路を特定する情報処理システム、方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】方法は、反応元から生成物を生成する反応経路に関する化学反応ネットワークを取得し、実験データに基づき、第１の化学反応ネットワークに含まれる有向エッジから対象エッジを抽出し、抽出結果に基づき、消去エッジが存在するか否かを判定し、存在すると判定した場合、第１の化学反応ネットワークから消去エッジを消去し、第２の化学反応ネットワークに含まれるハイパーエッジのなかから、無向エッジと等価なハイパーエッジを抽出し、抽出した無向エッジと等価なハイパーエッジに接続される第１のノードと第２のノードとが、所定の量的関係を満たすか否かを判定し、満たす場合、第１のエッジ及び第２のエッジに対応する反応元と生成物とに対応するノードが互いに量的関係を満たす場合に、第１のノードと第２のノードとを統合することで第１の統合ノードを生成する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

情報処理システムであって、
次の各ステップがなされるようにプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサを備え、
取得ステップでは、所定の反応元から生成物が生成される反応経路に関する情報を含む化学反応ネットワークを取得し、ここで、前記化学反応ネットワークは、前記反応元に対応する少なくとも１つの第１のノードと、前記生成物に対応する少なくとも１つの第２のノードと、前記第１のノードから前記第２のノードに向かって接続される有向エッジとを含み、
ノード統合ステップでは、前記化学反応ネットワークが前記有向エッジとして、前記第１のノードから前記第２のノードに向けて接続される第１のエッジと、当該第２のノードから当該第１のノードに向けて接続される第２のエッジとを含み、前記第１のエッジおよび前記第２のエッジに対応する前記反応元と前記生成物とに対応するノードが互いに量的関係を満たす場合に、前記第１のノードと前記第２のノードとを統合することにより第１の統合ノードを生成する、もの。

【請求項2】

請求項１に記載の情報処理システムにおいて、
前記取得ステップでは、さらに少なくとも１つの反応元および当該反応元から得られる少なくとも１つの生成物に関する実験データを取得し、
さらにエッジ消去ステップでは、前記実験データに含まれる、前記反応元に対応する前記第１のノードまたは前記生成物に対応する前記第２のノードに少なくとも接続される前記有向エッジである対象エッジのうち、前記実験データに含まれない前記反応元に対応する第１のノード、または前記実験データに含まれない前記生成物に対応する第２のノードに接続されている前記対象エッジの少なくとも１つを消去する、もの。

【請求項3】

請求項１に記載の情報処理システムにおいて、
前記ノード統合ステップでは、前記化学反応ネットワークが第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含む場合、前記第１の特定ノードと前記第２の特定ノードとを統合することにより第２の統合ノードを生成し、ここで、
前記第１の特定ノードは、第１の特定エッジに接続され、
前記第２の特定ノードは、第２の特定エッジに接続され、
前記第１の特定ノードとは異なる前記第１の特定エッジの接続先は、前記第２の特定ノードとは異なる前記第２の特定エッジの接続先に対して、前記第１の特定エッジによって表される化学反応式の量的関係を表す所定の判定条件を満たすように構成される、もの。

【請求項4】

請求項１に記載の情報処理システムにおいて、
さらに終端ノード抽出ステップでは、前記化学反応ネットワークから終端ノードを抽出し、ここで、前記終端ノードは、前記第２のノードとなるように接続される有向エッジが存在し、前記第１のノードとなるように接続される有向エッジが存在しないノードである、もの。

【請求項5】

請求項４に記載の情報処理システムにおいて、
さらに終端ノード消去ステップでは、抽出された前記終端ノードのうちの少なくとも１つを消去する、もの。

【請求項6】

請求項４に記載の情報処理システムにおいて、
さらに指定ステップでは、抽出された前記終端ノードのうちの少なくとも１つに対する指定をユーザから受け付け、
さらに終端ノード消去ステップでは、抽出された前記終端ノードのうち、指定された前記終端ノードを消去する、もの。

【請求項7】

請求項５に記載の情報処理システムにおいて、
前記終端ノード消去ステップでは、さらに、消去される前記終端ノードが前記第２のノードとなるように接続される有向エッジを消去する、もの。

【請求項8】

請求項１に記載の情報処理システムにおいて、
さらに特徴抽出ステップでは、前記化学反応ネットワークから予め定められた抽出条件を満たすノードおよび有向エッジによって構成される部分ネットワークを抽出し、ここで、前記抽出条件は、所定の化学反応プロセスに関与する反応元および生成物の量的関係に基づき規定される、もの。

【請求項9】

請求項８に記載の情報処理システムにおいて、
前記抽出条件は、前記化学反応プロセスとして自触媒サイクルに対応する自触媒条件を含む、もの。

【請求項10】

情報処理方法であって、
請求項１～請求項９の何れか１つに記載の情報処理システムの各ステップを含む、方法。

【請求項11】

情報処理プログラムであって、
少なくとも１つのコンピュータに、請求項１～請求項９の何れか１つに記載の情報処理システムの各ステップを実行させる、もの。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報処理システム、情報処理方法及び情報処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、標的化合物を生成するための１つ以上の最適な合成経路を決定するための逆合成法が記載されている。

【0003】

特許文献１に記載の方法は、標的化合物を生成するための１つ以上の既存または新規の化学合成経路を特定するための計算方法であって、複数の既知の化学反応および／または複数の新規の化学反応を決定することであって、前記複数の新規の反応が、一般化された既知の化学変換から外挿される、決定することと、訓練された分類器に基づいて、前記複数の新規の化学反応から、複数の予測される化学反応を決定することであって、前記訓練された分類器が、所与の化学変換の例である、成功することが既知である複数の化学反応および失敗することが既知である複数の化学反応から導出されるデータで訓練されている、決定することと、前記複数の予測される化学反応および前記複数の既知の化学反応に基づいて、複数の化学反応を生成することであって、前記複数の化学反応の各化学転移が、１つの化合物の別の化合物への変換を表す、生成することと、少なくとも１つの標的化合物を決定することと、前記少なくとも１つの標的化合物に関連する複数の化学反応経路を決定することであって、各化学反応経路が、前記標的化合物を生成する前記複数の化学反応のうちの１つ以上の化学反応を含む、決定することと、前記標的化合物を生成するために特定された前記複数の化学反応経路から、１つ以上の最適な化学反応経路を決定することであって、前記１つ以上の最適な化学反応経路のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの既知の反応変換および少なくとも１つの予測される反応変換を含む、決定することと、を含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０２１－５１３１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、このような化学合成経路を特定する手法には、未だ改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、情報処理システムが提供される。この情報処理システムでは、次の各ステップがなされるようにプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサを備える。取得ステップでは、所定の反応元から生成物が生成される反応経路に関する情報を含む化学反応ネットワークを取得する。化学反応ネットワークは、反応元に対応する少なくとも１つの第１のノードと、生成物に対応する少なくとも１つの第２のノードと、第１のノードから第２のノードに向かって接続される有向エッジとを含む。ノード統合ステップでは、化学反応ネットワークが有向エッジとして、第１のノードから第２のノードに向けて接続される第１のエッジと、当該第２のノードから当該第１のノードに向けて接続される第２のエッジとを含み、第１のエッジおよび第２のエッジに対応する反応元と生成物とに対応するノードが互いに量的関係を満たす場合に、第１のノードと第２のノードとを統合することにより第１の統合ノードを生成する。

【0007】

このような構成によれば、よりよい化学合成経路を特定する手法を提供すること等ができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】情報処理システム１を表す構成図である。

【図2】情報処理装置２のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図3】ユーザ端末３のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図4】プロセッサ２３が備える機能部の一例を示す図である。

【図5】情報処理システム１において実行される情報処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図6】実験データＤ１の構造の一例を示す図である。

【図7】情報処理による化学反応ネットワークの変遷の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

【0010】

ところで、本実施形態に登場するソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｒｅａｄａｂｌｅ Ｍｅｄｉｕｍ）として提供されてもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供されてもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピューティング）するように提供されてもよい。

【0011】

また、本実施形態において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、例えば電圧・電流を表す信号値の物理的な値、０または１で構成される２進数のビット集合体としての信号値の高低、または量子的な重ね合わせ（いわゆる量子ビット）によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。

【0012】

また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、およびメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

【0013】

１．ハードウェア構成
本節では、ハードウェア構成について説明する。

【0014】

<情報処理システム１>
図１は、情報処理システム１を表す構成図である。情報処理システム１は、情報処理装置２と、ユーザ端末３とを備える。情報処理装置２と、ユーザ端末３とは、電気通信回線を通じて通信可能に構成されている。一実施形態において、情報処理システム１とは、１つまたはそれ以上の装置または構成要素からなるものである。仮に例えば、情報処理装置２のみからなる場合であれば、情報処理システム１は、情報処理装置２となりうる。以下、これらの構成要素について説明する。

【0015】

<情報処理装置２>
図２は、情報処理装置２のハードウェア構成を示すブロック図である。情報処理装置２は、通信部２１と、記憶部２２と、プロセッサ２３とを備え、これらの構成要素が情報処理装置２の内部において通信バス２０を介して電気的に接続されている。各構成要素についてさらに説明する。

【0016】

通信部２１は、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ（登録商標）、有線ＬＡＮネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線ＬＡＮネットワーク通信、３Ｇ／ＬＴＥ／５Ｇ等のモバイル通信、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）通信等を必要に応じて含めてもよい。すなわち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。すなわち、情報処理装置２は、通信部２１およびネットワークを介して、外部から種々の情報を通信してもよい。

【0017】

記憶部２２は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えば、プロセッサ２３によって実行される情報処理装置２に係る種々のプログラム等を記憶するソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施されうる。記憶部２２は、プロセッサ２３によって実行される情報処理装置２に係る種々のプログラムや変数等を記憶している。

【0018】

プロセッサ２３は、情報処理装置２に関連する全体動作の処理・制御を行う。プロセッサ２３は、例えば不図示の中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）である。プロセッサ２３は、記憶部２２に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、情報処理装置２に係る種々の機能を実現する。すなわち、記憶部２２に記憶されているソフトウェアによる情報処理が、ハードウェアの一例であるプロセッサ２３によって具体的に実現されることで、プロセッサ２３に含まれる各機能部として実行されうる。これらについては、次節においてさらに詳述する。なお、プロセッサ２３は単一であることに限定されず、機能ごとに複数のプロセッサ２３を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。

【0019】

<ユーザ端末３>
図３は、ユーザ端末３のハードウェア構成を示すブロック図である。ユーザ端末３は、通信部３１と、記憶部３２と、プロセッサ３３と、表示部３４と、ＨＭＩデバイス３５とを備え、これらの構成要素がユーザ端末３の内部において通信バス３０を介して電気的に接続されている。通信部３１、記憶部３２およびプロセッサ３３の説明は、情報処理装置２における各部の説明と同様のため省略する。

【0020】

表示部３４は、ユーザ端末３筐体に含まれるものであってもよいし、外付けされるものであってもよい。表示部３４は、ユーザが操作可能なグラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）の画面を表示する。これは例えば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示デバイスを、ユーザ端末３の種類に応じて使い分けて実施することが好ましい。

【0021】

ＨＭＩデバイス３５は、ヒューマン・マシン・インターフェースデバイスである。ＨＭＩデバイス３５は、ユーザ端末３の筐体に含まれるものであってもよいし、外付けされるものであってもよい。例えば、ＨＭＩデバイス３５は、表示部３４と一体となってタッチパネルとして実施されてもよい。タッチパネルであれば、ユーザは、タップ操作、スワイプ操作等を入力することができる。もちろん、タッチパネルに代えて、スイッチボタン、マウス、ＱＷＥＲＴＹキーボード、音声認識装置、ジェスチャ検出装置、視線検出装置、生体信号検出装置、撮像装置などを採用してもよい。すなわち、ＨＭＩデバイス３５がユーザによってなされた操作入力を受け付ける。ＨＭＩデバイス３５は、応答として、通信バス３０を介し操作入力に対応する信号をプロセッサ３３に転送する。プロセッサ３３が必要に応じて所定の制御や演算を実行しうる。ＨＭＩデバイス３５は、ユーザからの入力を受付可能に構成されている入力部を含むともいえる。

【0022】

２．情報処理装置２の機能構成
図４は、プロセッサ２３が備える機能部の一例を示す図である。図４に示すように、プロセッサ２３は、取得部２３１と、消去部２３２と、統合部２３３と、指定部２３４と、抽出部２３５とを備える。本節では、これらの機能部の概要を説明する。各機能部の詳細は、後述の情報処理と合わせて説明される。

【0023】

取得部２３１は、ユーザ端末３または他のデバイスからの情報を取得可能に構成される。取得部２３１は、記憶部２２の少なくとも一部であるストレージ領域に記憶されている種々の情報を読み出し、読み出された情報を記憶部２２の少なくとも一部である作業領域に書き込むことで、種々の情報を取得可能に構成されている。ストレージ領域とは、例えば、記憶部２２のうち、ＳＳＤ等のストレージデバイスとして実施される領域である。作業領域とは、例えば、ＲＡＭ等のメモリとして実施される領域である。なお、取得部２３１による取得は、プロセッサ２３に含まれる各機能部の出力結果を取得することを含む。

【0024】

消去部２３２は、種々の情報に基づき、化学反応ネットワークに含まれるノードやハイパーエッジなどを消去するように構成される。化学反応ネットワークの詳細は後述される。

【0025】

統合部２３３は、種々の情報に基づき、所定の条件を満たすノードやハイパーエッジなどを統合するように構成される。

【0026】

指定部２３４は、ユーザからの指定を受け付けるように構成される。当該指定は、例えば、所定の条件を満たすノードやハイパーエッジの指定などを含み得る。

【0027】

抽出部２３５は、種々の情報に基づき、化学反応ネットワークに含まれるノードやハイパーエッジのなかから所定の条件をみたすものを抽出するように構成される。

【0028】

３．情報処理について
本節では、前述した情報処理システム１において実行される情報処理について説明する。

【0029】

３．１．情報処理の流れについて
図５は、情報処理システム１において実行される情報処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、当該情報処理は、図示されない任意の例外処理を含みうる。例外処理は、当該情報処理の中断や、各処理の省略を含む。当該情報処理にて行われる選択または入力は、ユーザによる操作に基づくものでも、ユーザの操作に依らず自動で行われるものでもよい。

【0030】

［ステップＳ１］
まず、ステップＳ１にて、取得部２３１は、所定の反応元から生成物が生成される反応経路に関する化学反応ネットワークを取得する。ここでは説明の便宜上、ステップＳ１にて取得された化学反応ネットワークを第１の化学反応ネットワークＡ（または初期化学反応ネットワークＡ）という。本実施形態では、取得部２３１は、さらに少なくとも１つの反応元および当該反応元から得られる少なくとも１つの生成物に関する実験データＤ１を取得する。

【0031】

<化学反応ネットワーク>
化学反応ネットワークは、反応元と、当該反応元を反応させることによって得られる生成物との対応関係を示すデータ構造であり、これらの反応元と生成物との対応関係は、化学反応の反応経路として化学的には記述される。このような化学反応ネットワークは、数学的にはグラフネットワークを用いて記述可能である。化学反応ネットワークは、１つの化学式によって表現可能な物質を表すノードと、有向エッジとを含む。当該ノードは、反応元に対応する少なくとも１つの第１のノードと、生成物に対応する少なくとも１つの第２のノードとを含む。有向エッジは、第１のノードから第２のノードに向かって接続される。なお、１つのノードは、有向エッジによる他のノードとの接続関係に応じて、第１のノードとしても第２のノードとしても機能し得る。反応元および生成物は、単体であっても化合物であってもよい。有向エッジに接続される第１のノードおよび第２のノードの数はそれぞれ１つに限られず、複数であってもよい。本実施形態では、２以上の反応元または２以上の生成物を含む化学反応の反応経路を表現するために、化学反応ネットワークは、ハイパーグラフネットワークを用いて記述される。この場合、当該反応経路を表現するエッジは、ハイパーエッジとして規定される。

【0032】

以下の説明では、グラフネットワークを用いて数学的に記述される化学反応ネットワークを、記号Ｇを用いてハイパーグラフＧ（または化学反応ネットワークＧ）と表記することがある。ノードとして記述される物質を、記号ｖ＿ｉ（ｉは物質の種類を示す添字であり、自然数である。）を用いてノードｖ＿ｉと表記することがある。上記反応経路を表現する有向ハイパーエッジを、例えば、記号ｅ等を用いてハイパーエッジｅと表記することがある。また、当該ハイパーエッジｅに対応する反応経路を、単に反応経路ｅということがある。上述したノードｖ＿ｉの集合を、記号Ｖを用いてノード集合Ｖと表記することがある。また、反応経路を表すハイパーエッジｅの集合を、記号Ｅを用いてハイパーエッジ集合Ｅと表記することがある。また、各ハイパーエッジｅの反応元となるノードｖ＿ｉを記号Ｔ（ｅ）（または単にＴ）を用いてハイパーエッジの始点Ｔ（ｅ）と表記し、各ハイパーエッジｅの生成物となるノードｖ＿ｉを記号Ｈ（ｅ）（または単にＨ）を用いてハイパーエッジの終点Ｈ（ｅ）と表記することがある。

【0033】

ハイパーグラフＧは、ノード集合Ｖとハイパーエッジ集合Ｅとを要素とする集合（Ｖ，Ｅ）として定義することが可能である。また、ハイパーエッジ集合Ｅの要素であるハイパーエッジｅには、係数ｄに基づく以下のような化学量論的反応式が与えられている。

【数1】

【0034】

ｖ＿ｉは、化合物を示すノードを示し、Ｎは、ハイパーグラフＧに含まれるノード集合Ｖの要素数｜Ｖ｜を示す。当該ノード集合Ｖの要素数は、ハイパーグラフＧによって表現される化学反応ネットワーク内の化合物の数に相当する。係数ｄ＿ｔは、ある反応経路ｅに対して生成物との関係に基づき、反応元となるノードｖ＿ｉごとに設定されている。係数ｄ＿ｈは、ある反応経路ｅに対して反応元との関係に基づき、生成物となるノードｖ＿ｉごとに設定されている。係数ｄ＿ｔ，ｄ＿ｈは、それぞれ非負の実数であり、反応経路ｅのなかでの化学量論的性質等から予め設定されている。

【0035】

ここで、上述した数１に示される関係に基づき係数ｄ＿ｔ，ｄ＿ｈを設定する方法の一例について説明する。例えば、４種類の化合物Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを含む化学反応ネットワーク、すなわちＮ＝４の場合、各化合物Ａ～Ｄに対してそれぞれ異なるｉ（ｉ＝１，２，３，４）が割り当てられる。この場合、例えば、反応元Ａ＋２（反応元Ｂ）→生成物Ｃという化学反応に対応する反応経路ｅに対してｉ番目の化合物の係数ｄ＿ｔ（ｉ，ｅ）は、当該化学反応式における左辺の量的関係を示す値となり、ｉ番目の化合物の係数ｄ＿ｈ（ｉ，ｅ）は、当該化学反応式における右辺の量的関係を示す値となるように設定される。具体的には、ｄ＿ｔ（１，ｅ）＝１、ｄ＿ｔ（２，ｅ）＝２、ｄ＿ｔ（３，ｅ）＝０、ｄ＿ｔ（４，ｅ）＝０、ｄ＿ｈ（１，ｅ）＝０、ｄ＿ｈ（２，ｅ）＝０、ｄ＿ｈ（３，ｅ）＝１、ｄ＿ｈ（４，ｅ）＝０となる。このように係数ｄ＿ｔ，ｄ＿ｈを規定することにより、上記左辺の値は、反応経路ｅにて消費される反応元の総物質量を示し、上記右辺の値は、反応経路ｅにて生成される生成物の総物質量を示す。

【0036】

<実験データＤ１>
次に、取得される実験データＤ１の一例について説明する。図６は、実験データＤ１の構造の一例を示す図である。実験データＤ１は、ある反応元を所定の実験条件のもとで反応させ、生成物を得た実験結果に関する情報を示す。実験データＤ１の取得態様は任意であり、所定の外部データベースＤＢ１からの取得であっても、ユーザからの入力に基づく取得であってもよい。本実施形態では、実験データＤ１は、３つの反応元（反応元Ａ～Ｃ）を反応させることにより２つの生成物（生成物Ｄ，Ｅ）を生成した実験の結果を示す。図６に示されるように、実験データＤ１は、反応元データＤ１１と、生成物データＤ１２と、実験条件データＤ１３と、を含む。

【0037】

反応元データＤ１１は、反応元Ａ～Ｃに関する情報を示し、例えば、反応元Ａ～Ｃの組成式（または化学構造式）に関する情報と、反応前の質量（すなわち、実験開始前の質量）と、反応後の質量（すなわち、実験終了後の質量）とを含む。なお、プロセッサ２３は、反応元データＤ１１の組成式に基づき、反応前の質量および反応後の質量のそれぞれを、物質量に換算することが可能である。また、反応元データＤ１１は、予め、これらの質量が物質量に換算した値を格納していてもよい。また、質量は、濃度、密度、質量比など、単位体積や単位質量等の所定の単位あたりの量に換算された値として格納されていてもよい。

【0038】

生成物データＤ１２は、生成物Ｄ，Ｅに関する情報を示し、例えば、生成物Ｄ，Ｅの組成式（または化学構造式）に関する情報と、反応前の質量（すなわち、実験開始前の質量）と、反応後の質量（すなわち、実験終了後の質量）とを含む。なお、プロセッサ２３は、反応元データＤ１１の組成式に基づき、反応前の質量および反応後の質量のそれぞれを、物質量に換算することが可能である。また、反応元データＤ１１は、予め、これらの質量が物質量に換算した値を格納していてもよい。本実施形態では、生成物Ｄ，Ｅは反応前には投入されていなかったものとして、０としてある。また、本実施形態では、反応元Ａ～Ｃは、反応後も観測されている。この場合、反応元Ａ～Ｃは、生成物Ａ～Ｃでもある。

【0039】

実験条件データＤ１３は、上記反応元Ａ～Ｃから生成物Ｄ，Ｅを得るための化学反応を起こすために行った実験の条件に関する情報を含み、例えば、実験時間、実験温度、当該反応物が晒される雰囲気である実験雰囲気などを含む。なお、上記実験データＤ１の形式はあくまで一例であり、反応元または生成物を特定可能であれば任意である。

【0040】

［ステップＳ２］
図５に戻り、次に、処理がステップＳ２に進み、抽出部２３５は、実験データＤ１に基づき、第１の化学反応ネットワークＡに含まれる有向エッジのなかから対象エッジを抽出する。対象エッジは、実験データＤ１に含まれる、反応元に対応する第１のノードまたは生成物に対応する第２のノードに少なくとも接続される有向エッジである。このような構成によれば、化学反応ネットワーク内の実験データと整合しない反応経路を表すエッジを消去することで、化学反応ネットワークを簡略化しつつその信頼性を向上することができる。

【0041】

例えば、上記実験の結果として、ｎ種類の化合物ｖ＿１，ｖ＿２，...ｖ＿ｎが生成物として得られたことを示す実験データＤ１が得られたとし、当該化合物の集合｛ｖ＿１，ｖ＿２，...ｖ＿ｎ｝を集合Ｄ＿ｉとして定義する。なお、ここでの添字ｉは、実験データＤ１が複数存在する場合における実験データＤ１のそれぞれを示す。プロセッサ２３は、化学反応ネットワークに含まれる任意のハイパーエッジｅに対して、ハイパーエッジ集合Ｔ（ｅ）を抽出し、以下の条件に基づき、当該抽出されたハイパーエッジ集合が集合Ｄ＿ｉに含まれるか否かを判定する。

【数2】

【0042】

抽出部２３５は、このような条件を満たすハイパーエッジ集合Ｔ（ｅ）に含まれるハイパーエッジｅを、対象エッジとして抽出する。その後、消去部２３２は、所定の消去条件に基づき、対象エッジのなかから消去エッジを特定する。例えば、プロセッサ２３は、抽出された対象エッジとしてのハイパーエッジｅのうち、以下の条件を満たすものを消去エッジとして特定する。

【数3】

【0043】

Ｖ＿Ａは、第１の化学反応ネットワークＡのノード集合である。この条件は、あるハイパーエッジｅの終点の集合（すなわちハイパーエッジｅで表される化学反応の全生成物）が、第１の化学反応ネットワークＡのノード集合（すなわち、化学反応ネットワークに含まれる全化学物質）のうち、実験データＤ１に含まれる化学物質以外のものを含む場合に満たされる。したがって、上記条件を満たす対象エッジ（ハイパーエッジｅ）は、実験データＤ１では得られない生成物が得られた反応経路を示すものであり、実験事実に矛盾する可能性がある。

【0044】

［ステップＳ３、ステップＳ４］
次に、処理がステップＳ３に進み、プロセッサ２３は、ステップＳ２での抽出結果に基づき、消去エッジが存在するか否かを判定する。消去エッジが存在すると判定された場合、処理がステップＳ４に進み、消去部２３２は、第１の化学反応ネットワークＡから消去エッジを消去する。これにより、第２の化学反応ネットワークＢが生成される。言い換えれば、消去部２３２は、抽出された対象エッジのうち、実験データに含まれない生成物に対応する第２のノードに接続されている対象エッジの少なくとも１つを消去する。このようなステップＳ２～ステップＳ４の処理は、エッジ消去ステップにおける処理の一例である。その後、処理がステップＳ５に進む。一方、消去エッジが存在しないと判定された場合、ステップＳ４の処理が省略され、処理がステップＳ５に進む。この場合、便宜上、以下の処理において第１の化学反応ネットワークＡを第２の化学反応ネットワークＢとして取り扱う。すなわち、ステップＳ２またはステップＳ３の処理が行われた化学反応ネットワークを、第２の化学反応ネットワークとして取り扱う。

【0045】

［ステップＳ５］
ステップＳ５にて、プロセッサ２３は、第２の化学反応ネットワークＢに含まれるハイパーエッジｅのなかから、無向エッジと等価なハイパーエッジを抽出する。無向エッジは、あるエッジの始点と終点が可逆であるエッジであり、互いが始点と終点を入れ替えても等価な双方向エッジともいえる。無向エッジと等価であるか否かを判定するための条件は任意であるが、例えばプロセッサ２３は、以下の条件を満たす２つのハイパーエッジｅ＿ａ，ｅ＿ｂのセットを、無向エッジに変換可能なハイパーエッジであると判定する。

【数4】

【数5】

【数6】

【数7】

【0046】

以下、説明の便宜上、上記２つのハイパーエッジｅ＿ａ，ｅ＿ｂのそれぞれを、第１のエッジｅ＿ａ、第２のエッジｅ＿ｂという。また、説明の便宜上、ここでは第１のエッジｅ＿ａの始点を第１のノードといい｛ｖ＿ｊ｝と表され、第１のエッジｅ＿ａの終点を第２のノードといい｛ｖ＿ｋ｝と表される。すなわち、第１のエッジｅ＿ａは、有向エッジとして第１のノード｛ｖ＿ｊ｝から第２のノード｛ｖ＿ｋ｝に向けて接続される。上記条件が満たされる場合、第１のエッジｅ＿ａの始点と第２のエッジｅ＿ｂの終点とが一致し、第１のエッジｅ＿ａの終点と第２のエッジｅ＿ｂの始点とが一致する。したがって、上記条件が満たされる場合、第２の化学反応ネットワークＢは、有向エッジとして上記第１のエッジｅ＿ａと、当該第２のノード｛ｖ＿ｋ｝から当該第１のノード｛ｖ＿ｊ｝に向けて接続される第２のエッジｅ＿ｂとを含む。

【0047】

<ステップＳ６、ステップＳ７>
次に、処理がステップＳ６に進み、プロセッサ２３は、抽出された無向エッジと等価なハイパーエッジ（すなわち、第１のエッジｅ＿ａと第２のエッジｅ＿ｂ）に接続される第１のノードと第２のノードとが、所定の量的関係を満たすか否かを判定する。量的関係を満たすと判定された場合、処理がステップＳ７に進み、統合部２３３は、第１のエッジｅ＿ａおよび第２のエッジｅ＿ｂに対応する反応元と生成物とに対応するノード（すなわち第１のノード｛ｖ＿ｊ｝および第２のノード｛ｖ＿ｋ｝）が互いに量的関係を満たす場合に、第１のノードと第２のノードとを統合することにより第１の統合ノードを生成する。このような構成によれば、第１のノード｛ｖ＿ｊ｝と第２のノード｛ｖ＿ｋ｝によって化学反応上は同様の性質を有する物質に対応するノードを削減することができるため、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。これにより、プロセッサ２３は、第２の化学反応ネットワークＢから第３の化学反応ネットワークＣを生成する。

【0048】

上記量的関係を表す条件は、例えば、係数ｄ＿ｔ，ｄ＿ｈを用いた以下の関係式を用いて規定される。これらの係数ｄ＿ｔ，ｄ＿ｈは、上述した数１における関係式を満たすように構成されている。

【数8】

【数9】

【0049】

上記量的関係は、反応前後で同一の量的関係を有することから、例えば反応元と生成物とが互いに異性体の関係を有し、当該２つのエッジｅ＿ａ，ｅ＿ｂが双方向の異性化に対応する化学反応を表す場合に用いられる。なお、上記関係式はあくまで一例であり、反応元と生成物との量的関係を表す関係式は対象となる系に応じて適宜設計可能である。

【0050】

なお、ステップＳ６にて量的関係を満たす第１のエッジｅ＿ａと第２のエッジｅ＿ｂが存在しないと判定された場合、ステップＳ７の処理が省略され、処理がステップＳ８に進む。以下、説明の便宜上、ステップＳ６の判定が行われた化学反応ネットワークを総称して第３の化学反応ネットワークＣという。

【0051】

<ステップＳ８>
ステップＳ８にて、プロセッサ２３は、第３の化学反応ネットワークＣがノードとして、第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含むか否かを判定する。第１の特定ノードは、第１の特定エッジに接続されるノードであり、第２の特定ノードは、第２の特定エッジに接続されるノードである。第１の特定ノードとは異なる第１の特定エッジの接続先は、第２の特定ノードとは異なる第２の特定エッジの接続先に対して、第１の特定エッジによって表される化学反応式の量的関係を表す所定の判定条件を満たすように構成される。具体的には、プロセッサ２３は、任意のハイパーエッジｅ（本実施形態における第１の特定エッジに相当する。）に対して下記の条件を満たすハイパーエッジｅ'（本実施形態における第２の特定エッジに相当する。）が存在するような２つのノードｖ＿ｋ，ｖ＿ｊが存在するか否かを判定する。ここでは、ノードｖ＿ｋを第１の特定ノードと、ノードｖ＿ｊを第２の特定ノードとして表記する。

【数10】

【数11】

【0052】

なお、Ｅ＿ｃは、第３の化学反応ネットワークＣに含まれるハイパーエッジ集合Ｅを表す。プロセッサ２３は、このような条件を満たす２つのノードｖ＿ｋ，ｖ＿ｊのそれぞれが、第１の特定ノードおよび第２の特定ノードであると判定する。本実施形態では、プロセッサ２３は、上記条件を満たすノードｖ＿ｋを第１の特定ノード、ノードｖ＿ｊを第２の特定ノードであると判定する。言い換えれば、プロセッサ２３は、上記判定条件を満たす２つのノードが存在する場合に、第３の化学反応ネットワークＣがノードとして、第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含むと判定する。上記判定条件は、第１の特定ノードｖ＿ｋに対応する生成物を生成する全ての反応経路ｅの集合と、第２の特定ノードｖ＿ｊに対応する生成物を生成する全ての反応経路ｅ'の集合とが互いに互いを含むような包含関係を示している。そのため、数１０および数１１の両方が満たされていることは、２つの集合が等しいことを意味する。すなわち、上記判定条件を満たす場合、これらの第１の特定ノードｖ＿ｋと第２の特定ノードｖ＿ｊとは化学反応ネットワーク上では同一の化合物を示すことを意味する。したがって、これらの２つの特定ノードを統合することで、情報量を保ったまま化学反応ネットワークをより簡易にすることができる。本実施形態では、当該判定条件は、数１１によって、ｊとｋとを置換した場合にも、数１０と同様の関係が成り立つように規定されている。これにより、より精度良く、類似する第１の特定ノードと第２の特定ノードを見つけ出すことができる。第３の化学反応ネットワークＣがこのような特定ノードが３つ以上含む場合、上記２つの特定ノードを１つに統合する処理を繰り返すことにより、最終的に複数の特定ノードを１つに統合する。

【0053】

なお、判定条件の規定方法はこれに限られず任意であり、例えば、以下の条件であってもよい。

【数12】

【数13】

【0054】

また、数１０および数１２を判定条件としてもよい。さらに、判定条件は、上記のようにある物質を全て消費するような反応プロセスを表すものに限られず、係数ｄ＿ｔ，ｄ＿ｈを用いた量的関係を満たす条件式を含んでいてもよい。

【0055】

<ステップＳ９>
ステップＳ８の判定の結果、化学反応ネットワークが第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含むと判定された場合、処理がステップＳ９に進み、統合部２３３は、第１の特定ノードと第２の特定ノードとを統合することにより第２の統合ノードを生成する。これにより、プロセッサ２３は、第３の化学反応ネットワークから、第４の化学反応ネットワークＤを生成する。このような構成によれば、ある反応元または生成物に接続されるエッジの接続先が化学反応上等価なものである場合に、異なる複数のノードを統合することができる。したがって、化学反応ネットワークをより簡略化することができる。その後、処理がステップＳ１０に進む。なお、ステップＳ８の判定の結果、化学反応ネットワークが第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含まないと判定された場合、ステップＳ９の処理が省略され、処理がステップＳ１０に進む。以下、説明の便宜上、ステップＳ８の判定が行われた化学反応ネットワークを総称して第４の化学反応ネットワークＤという。

【0056】

<ステップＳ１０>
ステップＳ１０において、抽出部２３５は、第４の化学反応ネットワークＤから終端ノードを抽出する。終端ノードは、第２のノードとなるように接続される有向エッジが存在し、第１のノードとなるように接続される有向エッジが存在しないノードである。このような構成によれば、所定の化学反応によって生成された生成物が他の化学反応によって反応元として機能しないという、化学反応上不自然な化学物質が、終端ノードとして特定される。そのため、化学反応ネットワークの信頼性を向上することができる。終端ノードは、第２のノードとして化学反応によって生成されるが、第１のノードとして化学反応によって消費されない物質を意味する。特に、化学反応ネットワークに含まれる反応経路の中から、自己触媒サイクル等の循環的な反応経路に注目する場合、このような循環的な反応経路に対して終端ノードは関与しない。そのため、このような終端ノードを消去する処理は、第４の化学反応ネットワークＤから循環的な反応経路を抽出する場合に、特に有用となる。本実施形態では、抽出部２３５は、例えば、以下の条件を満たすノードｖ＿ｊを終端ノードの候補として抽出する。

【数14】

【0057】

Ｅ＿Ｄは、第４の化学反応ネットワークＤのハイパーエッジ集合Ｅを示す。その後、上記条件に基づき抽出された終端ノードの候補ｖ＿ｊが以下の条件を満たすものを、終端ノードとして抽出する。

【数15】

【0058】

本実施形態では、抽出部２３５は、これらの条件を満たすハイパーエッジｅを、当該終端ノードｖ＿ｊとともに消去可能な終端エッジとして、終端ノードｖ＿ｊと関連付けて抽出する。

【0059】

<ステップＳ１１>
次に、処理がステップＳ１１に進み、指定部２３４は、抽出された終端ノードのうちの少なくとも１つに対する指定をユーザから受け付ける。当該指定は、例えば、ＨＭＩデバイス３５を通じて行われる。

【0060】

<ステップＳ１２>
次に、処理がステップＳ１２に進み、消去部２３２は、抽出された終端ノードｖ＿ｊのうち、ステップＳ１１にて指定された終端ノードを消去する。これにより、プロセッサ２３は、第４の化学反応ネットワークＤから第５の化学反応ネットワークＥを生成する。このような構成によれば、ユーザは、反応元、生成物、およびこれらが関与する化学反応の性質に応じて、抽出された終端ノードのうち、消去する必要がある終端ノードを指定することで、より信頼性の高い化学反応ネットワークを得ることができる。本実施形態では、消去部２３２は、さらに、消去される終端ノードが第２のノードとなるように接続される有効エッジを消去する。言い換えれば、消去部２３２は、消去される終端ノードに接続される有向エッジを消去する。このような構成によれば、化学反応ネットワークの簡易化をさらに促進することができる。また、このような有向エッジを消去することにより、当該有効エッジに接続されていた第１のノードが終端ノードとなる可能性がある。この場合、処理がステップＳ１０に戻り、抽出部２３５が再度終端ノードの抽出を行い、その後、ステップＳ１１以降の処理が行われてもよい。なお、このように、消去部２３２は、終端ノードおよび当該ノードが第２のノードとなるように接続される有効エッジが消去されたことにより連鎖的に終端ノードとして抽出されるノードを、ユーザの指定によらず消去してもよい。これにより、ユーザにとっての利便性が向上する。

【0061】

<ステップＳ１３>
次に、処理がステップＳ１３に進み、プロセッサ２３は、第５の化学反応ネットワークＥに含まれる部分ネットワークのうち、予め定められた抽出条件を満たす部分ネットワークが存在するか否かを判定する。部分ネットワークは、化学反応ネットワークに含まれるノードおよび有向エッジによって構成される部分集合として定義される。抽出条件は、所定の化学反応プロセスに関与する反応元および生成物の量的関係に基づき規定される。抽出条件は、当該化学反応プロセスの性質を表す条件ともいえる。ここでは、部分ネットワークを構成するノードの集合（すなわち、第５の化学反応ネットワークに含まれるノード集合Ｖ＿Ｅのうち、抽出条件を満たす部分集合）をＶと表記し、部分ネットワークを構成するハイパーエッジ集合（すなわち、第５の化学反応ネットワークに含まれるハイパーエッジ集合Ｅ＿Ｅのうち、抽出条件を満たす部分集合）をＥと表記する。このような抽出条件を満たす部分ネットワークが存在するとき、これらのノード集合Ｖとハイパーエッジ集合Ｅとによって構成される集合（Ｖ，Ｅ）をグラフ構造的特徴という。このようなグラフ構造的特徴は、全探索や所定のアルゴリズムなど、任意の手法を用いて探索可能である。本実施形態では、抽出条件を以下のような手順で規定する。

【0062】

まず、プロセッサ２３は、原料（すなわち反応元）となる化合物を定め、当該化合物に対応するノードｆと表記する。次に、プロセッサ２３は、ハイパーエッジ集合Ｅとノードｆを用いて、以下の条件を満たすノード集合Ｗを定義する。

【数16】

【0063】

そして、ノード集合Ｗがハイパーエッジ集合Ｅとの関係で以下の条件を満たすとき、これらのセットである（Ｗ（Ｅ，ｆ），Ｅ）をサイクルと定義する。

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【0064】

次に、プロセッサ２３は、上記条件に基づき定義されるサイクルに対して、化学反応プロセスを表す抽出条件を設定する。本実施形態の抽出条件は、化学反応プロセスとして自触媒サイクルに対応する自触媒条件を含む。このような構成によれば、化学反応ネットワークの解釈性をより向上させることができる。触媒条件は、例えば以下の条件によって表現可能である。例えば、抽出条件は、以下のように定義され、プロセッサ２３は、上記サイクル（Ｗ（Ｅ，ｆ），Ｅ）が以下の条件を満たす場合、当該サイクル（Ｗ（Ｅ，ｆ），Ｅ）を自触媒サイクルと特定する。

【数21】

【数22】

【数23】

【数24】

【0065】

ここで、ｉ＿＊は、ｖ＿ｉ＝ｆとなるｉである。上記の不等式は、｜Ｅ｜個のｚ（ｅ）の値に関する線形不等式である。そのため、プロセッサ２３は、線形計画問題のソルバー等を用いることで、上記ｚ（ｅ）が存在するか否かを判別することができる。すなわち、プロセッサ２３は、上記線形不等式によって表される抽出条件に基づき、各サイクル（Ｗ（Ｅ，ｆ），Ｅ）が自触媒サイクルであるか否かを判別することができる。なお、ある（Ｖ，Ｅ）に対して、その部分集合でかつ次触媒サイクルとなるものの集合をＡ（Ｖ，Ｅ，ｆ）と表記する。

【0066】

最後に、自触媒サイクル（Ｗ（Ｅ，ｆ），Ｅ）が以下の条件を満たすとき、プロセッサ２３は、当該自触媒サイクルを最小自触媒サイクルと定義する。当該条件は、最小自触媒条件といい、上記自触媒条件の一部とも解釈することもできる。

【数25】

【0067】

<ステップＳ１４>
その後、抽出条件を満たす部分ネットワークが存在すると判定された場合、処理がステップＳ１４に進み、抽出部２３５は、当該部分ネットワークを抽出する。すなわち、抽出部２３５は、第５の化学反応ネットワークＥから上記抽出条件を満たすノードおよび有向エッジによって構成される部分ネットワークを抽出する。このような構成によれば、化学反応ネットワークの解釈性を向上させることができる。なお、プロセッサ２３は、抽出された部分ネットワークに関する情報を、表示部３４を通じてユーザに対して提示してもよい。

【0068】

以上をまとめると、情報処理システム１は、次の各部がなされるようにプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサを備える。取得部２３１は、所定の反応元から生成物が生成される反応経路に関する情報を含む化学反応ネットワークを取得する。化学反応ネットワークは、反応元に対応する少なくとも１つの第１のノードと、生成物に対応する少なくとも１つの第２のノードと、第１のノードから第２のノードに向かって接続される有向エッジとを含む。統合部２３３は、化学反応ネットワークが有向エッジとして、第１のノードから第２のノードに向けて接続される第１のエッジと、当該第２のノードから当該第１のノードに向けて接続される第２のエッジとを含み、第１のエッジおよび第２のエッジに対応する反応元と生成物とに対応するノードが互いに量的関係を満たす場合に、第１のノードと第２のノードとを統合することにより第１の統合ノードを生成する。

【0069】

このような構成によれば、例えば、第１のノードと第２のノードによって化学反応上、同様の性質を有する物質に関する情報を削減することができるため、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。

【0070】

３．２．化学反応ネットワークの変遷の一例について
本節では、上記情報処理による化学反応ネットワークの変遷の一例について説明する。図７は、情報処理による化学反応ネットワークの変遷の一例を示す図である。本節で扱う化学反応ネットワークは、アルドール反応、レトロアルドール反応、および異性化という３種類の反応経路を含む。第１の化学反応ネットワークＡが、７のノードＣ１，Ｃ２，Ｃ３ａ，Ｃ３ｂ，Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ，Ｃ５と、１０のハイパーエッジｅ１～ｅ１０とを含む。ハイパーエッジｅ１～ｅ１０は、アルドール反応、レトロアルドール反応、異性化の三種類の反応経路を表現するように上記ノードＣ１，Ｃ２，Ｃ３ａ，Ｃ３ｂ，Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ，Ｃ５間を接続する。各ノードのＣｉ（ｉ＝１～５）に含まれる数字は、ノードによって表される化合物の炭素数を示す。また、各ノードを表すＣ３ａ，Ｃ３ｂ、およびＣ４ａ，Ｃ４ｂのように、数字のインデックスが同一でアルファベットのインデックスａとｂが異なる場合、これらは同一の炭素の異性体を表す。

【0071】

このようなノードＣ１，Ｃ２，Ｃ３ａ，Ｃ３ｂ，Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ，Ｃ５を用いた場合、アルドール反応は、以下の２つの条件のうちの少なくとも１つを満たすハイパーエッジｅとして表される。ただし、ハイパーエッジｅは、化学反応ネットワークに含まれるハイパーエッジ集合Ｅに属する。

【数26】

【数27】

【0072】

レトロアルドール反応は、以下の２つの条件のうちの少なくとも１つを満たすハイパーエッジｅとして表される。ただし、ハイパーエッジｅは、化学反応ネットワークに含まれるハイパーエッジ集合Ｅに属する。

【数28】

【数29】

【0073】

異性化は、以下の２つの条件をそれぞれ満たす２つのハイパーエッジｅ＿１，ｅ＿２として表される。ただし、２つのハイパーエッジｅ＿１，ｅ＿２のそれぞれは、化学反応ネットワークに含まれるハイパーエッジ集合Ｅに属する。

【数30】

【数31】

【0074】

図７中では、アルドール反応に対応するハイパーエッジが、四角によって示される中継点を経由する実線によって示される。一方、図７中では、アルドール反応に対応するハイパーエッジと当該ハイパーエッジに対して逆方向に接続されるレトロアルドール反応に対応するハイパーエッジとにより構成されるペア、および逆方向の異性化を表す２つのハイパーエッジにより構成されるペアが、四角によって示される中継点を経由する破線によって示される。破線によって示されるハイパーエッジのペアは、ハイパーエッジの始点と終点とを入れ替え可能な双方向または無向のハイパーエッジと等価となる。

【0075】

本実施形態では、第１の化学反応ネットワークは、１０の（有向の）ハイパーエッジｅ１～ｅ１０を有する。第１のハイパーエッジｅ１は、始点としてのノードＣ１，Ｃ２から終点としてのノードＣ３ａに接続されている。第２のハイパーエッジｅ２は、始点としてのノードＣ１，Ｃ３ａから、終点としてのノードＣ４ａに接続されている。第３のハイパーエッジｅ３は、始点としてのノードＣ１，Ｃ２から終点としてのノードＣ３ｂに接続されている。第４のハイパーエッジｅ４は、始点としてのノードＣ１，Ｃ３ｂから終点としてのノードＣ４ｂに接続されている。

【0076】

第５のハイパーエッジｅ５は、始点としてのノードＣ２から終点としてのノードＣ４ｂに接続されており、ノードＣ２に対応する２つの物質がノードＣ４ｂに対応する１つの物質となるようなアルドール反応を示す。第６のハイパーエッジｅ６は、始点としてのノードＣ４ｂから終点としてのノードＣ２に接続されており、ノードＣ４ｂに対応する１つの物質がノードＣ２に対応する２つの物質となるようなレトロアルドール反応を示す。第５のハイパーエッジｅ５と第６のハイパーエッジｅ６とがペアとなることで、当該ペアが双方向性を発現する。

【0077】

第７のハイパーエッジｅ７は、始点としてのノードＣ１，Ｃ４ｂから終点としてのノードＣ５に接続されている。第８のハイパーエッジｅ８は、始点としてのノードＣ５から終点としてのノードＣ１，Ｃ４ｂに接続されている。第７のハイパーエッジｅ７と第８のハイパーエッジｅ８とがペアとなることで、当該ペアが双方向性を発現する。

【0078】

第９のハイパーエッジｅ９は、始点としてのノードＣ４ａから終点としてのノードＣ４ｂに接続されており、ノードＣ４ａに対応する物質の異性化を示す。第１０のハイパーエッジｅ１０は、始点としてのノードＣ４ｂから終点としてのノードＣ４ａに接続されており、ノードＣ４ｂに対応する物質の異性化を示す。第９のハイパーエッジｅ９と第１０のハイパーエッジｅ１０とがペアとなることで、当該ペアが双方向性を発現する。

【0079】

このように構成される第１の化学反応ネットワークＡが、上記情報処理によって第２の化学反応ネットワークＢ、第３の化学反応ネットワークＣ、第４の化学反応ネットワークＤ、第５の化学反応ネットワークＥと順に変遷し、更新される。なお、図７では説明の便宜上、直前の化学反応ネットワークと異なる部分に対してのみ番号を付して、直前の化学反応ネットワークと共通の部分に関しては、直前、あるいはそれ以前の化学反応ネットワークの番号を参照されたい。

【0080】

本実施形態では、まず取得部２３１は、ステップＳ１にて生成物としてノードＣ５に対応する物質が得られたという実験データＤ１（すなわちＤ＿１＝｛Ｃ＿５｝）を取得したとする。この場合、ノードＣ５に対応する物質からノードＣ１，Ｃ４ｂに対応する物質が生成される反応経路が生じていないと考えられる。したがって、抽出部２３５は、ステップＳ２にてこのような反応経路に対応する第８のハイパーエッジｅ８を消去エッジとして抽出し、ステップＳ４にて消去部２３２が第８のハイパーエッジｅ８を消去する。これにより、第７のハイパーエッジｅ７と第８のハイパーエッジｅ８とのペアが解消される。その結果、プロセッサ２３は、第１の化学反応ネットワークＡから消去エッジとしての第８のハイパーエッジｅ８が削除された、第２の化学反応ネットワークＢを生成する。

【0081】

次に、抽出部２３５は、ステップＳ５にて、第２の化学反応ネットワークＢに含まれるハイパーエッジｅ１～ｅ７，ｅ９，ｅ１０のなかから、無向エッジと等価なハイパーエッジを抽出する。本実施形態では、抽出部２３５は、このようなハイパーエッジとして、アルドール反応とレトロアルドール反応の双方を有する第５のハイパーエッジｅ５と第６のハイパーエッジｅ６とのペア、および、双方的な異性化に対応する第９のハイパーエッジｅ９と第１０のハイパーエッジｅ１０とのペアを抽出する。

【0082】

次に、プロセッサ２３は、ステップＳ６にて、抽出されたハイパーエッジのノードが上記量的関係を満たすか否かを判定する。ここでは、第９のハイパーエッジｅ９と第１０のハイパーエッジｅ１０とのペアのノードＣ４ａ，Ｃ４ｂのみが上記量的関係を満たす。そのため、統合部２３３は、ステップＳ７にて、第１のノードとしてのノードＣ４ａと、第２のノードとしてのノードＣ４ｂとを統合することにより、第１の統合ノードとしてノードＣ４ａを生成する。このとき、消去部２３２は、これらの２つのノードＣ４ａ，Ｃ４ｂを接続していたハイパーエッジｅ９，ｅ１０を消去し、統合部２３３は、第５のハイパーエッジｅ５と第６のハイパーエッジｅ６とのペアの接続先であったノードＣ４ｂをノードＣ４ａに変更する。なお、このようなノードの生成は、第１のノードまたは第２のノードのいずれか一方を消去することにより実現されていてもよい。その結果、プロセッサ２３は、第３の化学反応ネットワークＣを生成する。

【0083】

次に、プロセッサ２３は、ステップＳ８にて、第３の化学反応ネットワークＣが第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含むか否かを判定する。本実施形態では、ノードＣ３ａ，Ｃ３ｂが数１０および数１１によって表される判定条件を満たすような関係性を有するため、プロセッサ２３は、第３の化学反応ネットワークＣが第１の特定ノードとしてのノードＣ３ａと第２の特定ノードとしてのノードＣ３ｂとを含むと判定する。そのため、プロセッサ２３は、ステップＳ９にて、これらのノードＣ３ａ，Ｃ３ｂを統合することにより、第２の統合ノードとしてのノードＣ３ａを生成する。これに伴い、統合部２３３は、ノードＣ３ｂに接続されていた第３のハイパーエッジｅ３を、第１のハイパーエッジｅ１に統合し、第３のハイパーエッジｅ３を消去する。

【0084】

次に、抽出部２３５は、ステップＳ１０にて終端ノードとしてノードＣ５を抽出する。その後、ステップＳ１１にてユーザが抽出されたノードＣ５を指定することにより、消去部２３２は、ステップＳ１２にて当該ノードＣ５を終端ノードとして消去する。これに伴い、消去部２３２は、ノードＣ５に接続されていた第７のハイパーエッジｅ７を消去する。これにより、プロセッサ２３は、第５の化学反応ネットワークＥを生成する。第５の化学反応ネットワークは、４のノードＣ１，Ｃ２，Ｃ３ａ，Ｃ４ａと、４のハイパーエッジｅ１，ｅ２，ｅ５，ｅ６を含み、そのノードの数およびハイパーエッジの数は、第１の化学反応ネットワークＡのものに比べて半分以下となっている。このことから、当該情報処理が化学反応ネットワークの簡略化を実現していることが裏付けられる。

【0085】

その後、抽出部２３５は、第５の化学反応ネットワークＥから、抽出条件としての自触媒条件に基づき、自触媒サイクル、および最小自触媒サイクルを構成する部分ネットワークを抽出する。本実施形態では、プロセッサ２３は、当該抽出結果を表示部３４に表示させ、ユーザに提示する。このとき、本情報処理によって最終的な化学反応ネットワーク（第５の化学反応ネットワークＥ）を、当該抽出結果と一覧可能な態様で表示させてもよい。これにより、ユーザによる抽出結果の妥当性の判断の際に、化学反応ネットワークを参照しやすくすることができる。本実施形態において、抽出部２３５は、自触媒サイクルの抽出結果として、第１のハイパーエッジｅ１、第２のハイパーエッジｅ２、第５のハイパーエッジｅ５、および第６のハイパーエッジｅ６を表示部３４に表示させ、最小自触媒サイクルの抽出結果として、第１のハイパーエッジｅ１、第２のハイパーエッジｅ２、および第５のハイパーエッジｅ５を表示部３４に表示させる。その表示態様は任意であるが、プロセッサ２３は、例えば、各ハイパーエッジの始点および終点を表示することにより、当該ハイパーエッジの詳細を把握しやすい態様で表示させる。このような情報は、ユーザ端末３の表示部３４または他のデバイスを介して、ユーザに提示可能である。かかる場合、例えば、プロセッサ２３は、画面、静止画または動画を含む画像、アイコン、メッセージ等の視覚情報を、ユーザ端末３の表示部３４に表示させるように制御する。プロセッサ２３は、視覚情報をユーザ端末３に表示させるためのレンダリング情報だけを生成してもよい。なお、プロセッサ２３は、ユーザ端末３または他のデバイスユーザを介さずに、出力された情報をユーザに対して提示してもよい。

【0086】

４．その他
上記情報処理システム１の態様はあくまで一例であり、これに限られない。

【0087】

上記情報処理の各ステップにて行われる処理の順序は任意であり、各ステップの処理の結果、ノードまたはエッジの消去または統合が行われる化学反応ネットワークも任意である。各ステップの処理（特にノードまたはエッジの消去または統合）は、一連の情報処理によって行われる必要はなく、それぞれ単独で行われてもよい。また、各ステップにて行われる処理は、一連の情報処理のなかで複数回行われてもよい。複数回行われる同一の処理は連続して繰り返し行われても、これらの処理の間に他の処理を介在させてもよい。

【0088】

上述した抽出条件は、自触媒条件を含むものに限られない。例えば、抽出条件は、ある反応元およびある生成物に基づき、当該反応元から生成物に至るまで量的関係を満たす反応経路が存在する場合に、抽出部２３５が当該反応経路に対応する有向エッジの集合を部分ネットワークとして抽出するように設定されていてもよい。このような構成によれば、ユーザは、所望の原料（反応元）から所望の生成物（特に最終生成物）を得るための反応経路を把握しやすくなる。そのため、触媒設計など反応経路の改良等に関して、ユーザに対して種々の着想を与えやすくなる。また、抽出条件は、指定された実験条件が化学反応ネットワークに含まれる反応経路を経由させるために必要な活性化エネルギーを上回るように設定されていることを含んでもよい。また、抽出条件は、化学反応ネットワークに含まれる第１のノード、第２のノード、および有向エッジの少なくとも１つに対して課せられる条件として規定されていてもよい。

【0089】

ステップＳ２において、消去部２３２は、実験データＤ１に含まれない反応元に対応する第１のノードに接続されている対象エッジの少なくとも１つを消去してもよい。すなわち、消去部２３２は、実験データＤ１に反応元として用いられていない物質が関与している反応経路を表すハイパーエッジｅを消去してもよい。要は、消去部２３２は、対象エッジのうち、実験データＤ１に含まれない反応元に対応する第１のノードまたは実験データに含まれない生成物に対応する第２のノードに接続されている対象エッジの少なくとも１つを消去する。これにより、より実験データＤ１と矛盾する可能性のある反応経路を化学反応ネットワークから消去することで、化学反応ネットワークの信頼性を向上することができる。

【0090】

上記終端ノードｖ＿ｊの消去は、ユーザの指定に基づいて行われなくてもよい。要は、消去部２３２は、抽出された終端ノードのうちの少なくとも１つを消去すればよい。このような構成によれば、化学反応ネットワークの信頼性を向上しつつ、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。また、当該終端ノードの消去は、情報処理装置２によって自動的に行われなくてもよく、ユーザによって手動で行われてもよい。

【0091】

情報処理装置２は、オンプレミス形態であってもよく、クラウド形態であってもよい。クラウド形態の情報処理装置２としては、例えば、ＳａａＳ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、クラウドコンピューティングという形態で、上述の機能や処理を提供してもよい。

【0092】

上記実施形態では、情報処理装置２が種々の記憶・制御を行ったが、情報処理装置２に代えて、複数の外部装置が用いられてもよい。すなわち、種々の情報やプログラムは、ブロックチェーン技術等を用いて複数の外部装置に分散して記憶されてもよい。

【0093】

上記実施形態は、情報処理システム１に限定されず、情報処理方法であっても、情報処理プログラムであってもよい。情報処理方法は、情報処理システム１の各ステップを含む。情報処理プログラムは、少なくとも１つのコンピュータに、情報処理システム１の各ステップを実行させる。

【0094】

上記情報処理システム１等は、次に記載の各態様で提供されてもよい。

【0095】

（１）情報処理システムであって、次の各ステップがなされるようにプログラムを実行可能な少なくとも１つのプロセッサを備え、取得ステップでは、所定の反応元から生成物が生成される反応経路に関する情報を含む化学反応ネットワークを取得し、ここで、前記化学反応ネットワークは、前記反応元に対応する少なくとも１つの第１のノードと、前記生成物に対応する少なくとも１つの第２のノードと、前記第１のノードから前記第２のノードに向かって接続される有向エッジとを含み、ノード統合ステップでは、前記化学反応ネットワークが前記有向エッジとして、前記第１のノードから前記第２のノードに向けて接続される第１のエッジと、当該第２のノードから当該第１のノードに向けて接続される第２のエッジとを含み、前記第１のエッジおよび前記第２のエッジに対応する前記反応元と前記生成物とに対応するノードが互いに量的関係を満たす場合に、前記第１のノードと前記第２のノードとを統合することにより第１の統合ノードを生成する、もの。

【0096】

このような構成によれば、第１のノードと第２のノードによって化学反応上、同様の性質を有する物質に関する情報を削減することができるため、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。

【0097】

（２）上記（１）に記載の情報処理システムにおいて、前記取得ステップでは、さらに少なくとも１つの反応元および当該反応元から得られる少なくとも１つの生成物に関する実験データを取得し、さらにエッジ消去ステップでは、前記実験データに含まれる、前記反応元に対応する前記第１のノードまたは前記生成物に対応する前記第２のノードに少なくとも接続される前記有向エッジである対象エッジのうち、前記実験データに含まれない前記反応元に対応する第１のノード、または前記実験データに含まれない前記生成物に対応する第２のノードに接続されている前記対象エッジの少なくとも１つを消去する、もの。

【0098】

このような構成によれば、化学反応ネットワーク内の実験データと整合しない反応経路を表すエッジを消去することで、化学反応ネットワークを簡略化しつつその信頼性を向上することができる。

【0099】

（３）上記（１）または（２）に記載の情報処理システムにおいて、前記ノード統合ステップでは、前記化学反応ネットワークが第１の特定ノードと第２の特定ノードとを含む場合、前記第１の特定ノードと前記第２の特定ノードとを統合することにより第２の統合ノードを生成し、ここで、前記第１の特定ノードは、第１の特定エッジに接続され、前記第２の特定ノードは、第２の特定エッジに接続され、前記第１の特定ノードとは異なる前記第１の特定エッジの接続先は、前記第２の特定ノードとは異なる前記第２の特定エッジの接続先に対して、前記第１の特定エッジによって表される化学反応式の量的関係を表す所定の判定条件を満たすように構成される、もの。

【0100】

このような構成によれば、ある反応元または生成物に接続されるエッジの接続先が化学反応上類似なものである場合に、異なる複数のノードを統合することができる。したがって、化学反応ネットワークをより簡略化することができる。

【0101】

（４）上記（１）～（３）の何れか１つに記載の情報処理システムにおいて、さらに終端ノード抽出ステップでは、前記化学反応ネットワークから終端ノードを抽出し、ここで、前記終端ノードは、前記第２のノードとなるように接続される有向エッジが存在し、前記第１のノードとなるように接続される有向エッジが存在しないノードである、もの。

【0102】

このような構成によれば、所定の化学反応によって生成された生成物が他の化学反応によって反応元として機能しないという、化学反応上不自然な化学物質が、終端ノードとして特定される。そのため、化学反応ネットワークの信頼性を向上することができる。

【0103】

（５）上記（４）に記載の情報処理システムにおいて、さらに終端ノード消去ステップでは、抽出された前記終端ノードのうちの少なくとも１つを消去する、もの。

【0104】

このような構成によれば、化学反応ネットワークの信頼性を向上しつつ、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。

【0105】

（６）上記（４）または（５）に記載の情報処理システムにおいて、さらに指定ステップでは、抽出された前記終端ノードのうちの少なくとも１つに対する指定をユーザから受け付け、さらに終端ノード消去ステップでは、抽出された前記終端ノードのうち、指定された前記終端ノードを消去する、もの。

【0106】

このような構成によれば、ユーザは、反応元、生成物、およびこれらが関与する化学反応の性質に応じて、抽出された終端ノードのうち、消去する必要がある終端ノードを指定することで、より信頼性の高い化学反応ネットワークを得ることができる。

【0107】

（７）上記（５）または（６）に記載の情報処理システムにおいて、前記終端ノード消去ステップでは、さらに、消去される前記終端ノードが前記第２のノードとなるように接続される有向エッジを消去する、もの。

【0108】

このような構成によれば、化学反応ネットワークの簡易化をさらに促進することができる。

【0109】

（８）上記（１）～（７）の何れか１つに記載の情報処理システムにおいて、さらに特徴抽出ステップでは、前記化学反応ネットワークから予め定められた抽出条件を満たすノードおよび有向エッジによって構成される部分ネットワークを抽出し、ここで、前記抽出条件は、所定の化学反応プロセスに関与する反応元および生成物の量的関係に基づき規定される、もの。

【0110】

このような構成によれば、化学反応ネットワークの解釈性を向上させることができる。

【0111】

（９）上記（８）に記載の情報処理システムにおいて、前記抽出条件は、前記化学反応プロセスとして自触媒サイクルに対応する自触媒条件を含む、もの。

【0112】

このような構成によれば、化学反応ネットワークの解釈性をより向上させることができる。

【0113】

（１０）情報処理方法であって、上記（１）～（９）の何れか１つに記載の情報処理システムの各ステップを含む、方法。

【0114】

このような構成によれば、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。

【0115】

（１１）情報処理プログラムであって、少なくとも１つのコンピュータに、上記（１）～（９）の何れか１つに記載の情報処理システムの各ステップを実行させる、もの。

【0116】

このような構成によれば、化学反応ネットワークの簡略化を図ることができる。
もちろん、この限りではない。

【0117】

最後に、本開示に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0118】

１ ：情報処理システム
２ ：情報処理装置
２０ ：通信バス
２１ ：通信部
２２ ：記憶部
２３ ：プロセッサ
２３１ ：取得部
２３２ ：消去部
２３３ ：統合部
２３４ ：指定部
２３５ ：抽出部
３ ：ユーザ端末
３０ ：通信バス
３１ ：通信部
３２ ：記憶部
３３ ：プロセッサ
３４ ：表示部
３５ ：ＨＭＩデバイス
Ｃ１ ：ノード
Ｃ２ ：ノード
Ｃ３ ：ノード
Ｃ３ａ ：ノード
Ｃ３ｂ ：ノード
Ｃ４ａ ：ノード
Ｃ４ｂ ：ノード
Ｃ５ ：ノード
Ｄ１ ：実験データ
Ｄ１１ ：反応元データ
Ｄ１２ ：生成物データ
Ｄ１３ ：実験条件データ
ＤＢ１ ：外部データベース
ｅ１ ：ハイパーエッジ
ｅ２ ：ハイパーエッジ
ｅ３ ：ハイパーエッジ
ｅ４ ：ハイパーエッジ
ｅ５ ：ハイパーエッジ
ｅ６ ：ハイパーエッジ
ｅ７ ：ハイパーエッジ
ｅ８ ：ハイパーエッジ
ｅ９ ：ハイパーエッジ
ｅ１０ ：ハイパーエッジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】