特許 7544261 仮説推論装置、仮説推論方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】仮説推論装置、仮説推論方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G06N 5/04 20230101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

G06N5/04

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023514302

(86)(22)【出願日】2021-04-16

(86)【国際出願番号】 JP2021015727

(87)【国際公開番号】W WO2022219809

(87)【国際公開日】2022-10-20

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】山本 風人

【審査官】多賀 実

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／００３５８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】伊藤 史朗 ほか，「論理制約利用による高速仮説推論システム」，情報処理学会研究報告，社団法人情報処理学会，1990年05月09日，第90巻, 第32号，人工知能70-5 pp.1-10

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｎ ５／０４－５／０４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得手段と、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成手段と、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築手段と、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索手段と、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力手段と、
を備えた仮説推論装置。

【請求項2】

前記判定手段は、前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たさない場合に、当該論理制約を前記制約集合に追加して前記探索手段を再度機能させる、
請求項１に記載の仮説推論装置。

【請求項3】

前記探索手段は、前記制約集合に含まれない論理制約を満たさない解仮説の候補を除外して、前記制約集合を参照して新たな解仮説の候補を探索する、
請求項１又は２に記載の仮説推論装置。

【請求項4】

前記構築手段は、前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素の組み合わせ毎に生じる論理制約を判定対象として、前記複数の論理制約のうち前記判定対象以外の論理制約を列挙して前記制約集合を構築する、
請求項１から３の何れか１項に記載の仮説推論装置。

【請求項5】

前記判定対象の論理制約は、前記複数の要素間の等価関係に関する論理制約を含む、
請求項４に記載の仮説推論装置。

【請求項6】

前記判定対象の論理制約は、前記複数の要素間の順序関係に関する論理制約を含む、
請求項４又は５に記載の仮説推論装置。

【請求項7】

仮説推論装置が、
背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得すること、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成すること、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築すること、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索すること、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定すること、及び、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力すること、
を含むことを特徴とする仮説推論方法。

【請求項8】

コンピュータを仮説推論装置として機能させるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得手段と、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成手段と、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築手段と、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索手段と、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力手段と、
として機能させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、仮説推論の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

仮説推論（Abduction, Abductive reasoning）とは、観測を表すクエリ論理式（Query）と背景知識（Background knowledge）とを受け取り、所定の評価関数の基で、最良の仮説を表す論理式を出力する推論方式である。ここで、所定の評価関数とは、個々の仮説候補の良さを実数値で表す関数（評価関数、Evaluation function）である。また、最良の仮説を表す論理式とは、背景知識と無矛盾であり、かつ、観測を表すクエリ論理式を演繹的に導けるような論理式（仮説、Hypotheses）の中で最良のもの（最良仮説、解仮説、Solution hypothesis）である。

【0003】

非特許文献１には、仮説推論を計算機上で実装するための方式が開示されている。また、非特許文献２には、非特許文献１で示される方式の拡張として、論理制約を逐次的に考慮していくことで、効率的に計算を行うための方式が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Naoya Inoue and Kentaro Inui. ILP-based Reasoning for Weighted Abduction. In Proceedings of AAAI Workshop on Plan, Activity and Intent Recognition, pp. 25-32, August 2011.

【文献】Naoya Inoue and Kentaro Inui. Large-scale Cost-based Abduction in Full-fledged First-order Predicate Logic with Cutting Plane Inference. In Proceedings of the 13th European Conference on Logics in Artificial Intelligence, pp.281-293, September 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１及び非特許文献２にかかる技術では、推論に必要な論理制約を全て列挙してから、それらを数理最適化ソルバに与えることで解仮説を求めるという手順を採っている。そのため、考慮すべき論理制約の数が膨大になるような事例においては、論理制約を列挙する処理にかかる計算時間が長大化してしまうために、その処理をボトルネックとして全体の推論時間も長大化してしまうという問題があった。

【0006】

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面に係る仮説推論装置は、背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得手段と、前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成手段と、前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築手段と、前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索手段と、前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定手段と、前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力手段と、を備える。

【0008】

本発明の一側面に係る仮説推論方法は、仮説推論装置が、背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得すること、前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成すること、前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築すること、前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索すること、前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定すること、及び、前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力すること、を含むことを特徴とする。

【0009】

本発明の一側面に係るプログラムは、コンピュータを仮説推論装置として機能させるプログラムであって、前記プログラムは、前記コンピュータを、背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得手段と、前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成手段と、前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築手段と、前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索手段と、前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定手段と、前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力手段と、として機能させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の例示的実施形態１に係る仮説推論装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の例示的実施形態１に係る仮説推論方法の流れを示すフロー図である。

【図3】本発明の例示的実施形態２に係る仮説推論装置の構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の例示的実施形態２に係る仮説推論方法の流れを示すフロー図である。

【図5】本発明の例示的実施形態２に係る順序関係を含む推論において考慮すべき論理制約の例を示す図である。

【図6】本発明の例示的実施形態２に係る仮説と論理制約との関係を模式的に示す図である。

【図7】本発明の各例示的実施形態における仮説推論装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

〔例示的実施形態１〕
本発明の第１の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本例示的実施形態は、後述する例示的実施形態の基本となる形態である。

【0013】

（仮説推論装置の構成）
本例示的実施形態に係る仮説推論装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、仮説推論装置１の構成を示すブロック図である。仮説推論装置１は、仮説推論により仮説を生成する装置である。仮説推論装置１は、取得部１１、生成部１２、構築部１３、探索部１４、判定部１５、及び出力部１６を備える。

【0014】

（取得部）
取得部１１は、背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する。背景知識情報は、前件が成り立てば後件が成り立つというルールの集合（背景知識）を、１以上の論理式により表現した情報である。背景知識は推論知識と呼ばれることもある。クエリ情報は、観測事実を１以上の論理式により表現した情報である。

【0015】

取得部１１は、背景知識情報及びクエリ情報の一方又は両方を、仮説推論装置１が内蔵する記憶装置から読み出すことにより取得してもよく、また、外部記憶装置から読み出すことにより取得してもよい。また、取得部１１は、他の装置から通信部を介して背景知識情報及びクエリ情報の一方又は両方を受信することにより取得してもよい。また、取得部１１は、マウスやタッチパネル等の任意の入力装置を介して行われたユーザの入力操作に応じて、背景知識情報及びクエリ情報の一方又は両方を生成し、生成した情報を取得してもよい。

【0016】

（生成部）
生成部１２は、背景知識情報及びクエリ情報を参照して複数の仮説を生成する。仮説は、背景知識情報及びクエリ情報と同様に、論理式で表される。背景知識情報とクエリ情報とを用いて複数の仮説を生成する具体的な手法としては、例えば「山本風人 et. al.，“誤差逆伝播を利用した重み付き仮説推論の教師あり学習”，情報処理学会研究報告，Vol.2012-NL-206 No.9／Vol.2012-SLP-91 No.9，2012」に記載されているような重み付き仮説推論等、種々の手法を適用することができる。

【0017】

（構築部）
構築部１３は、複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する。論理制約とは、仮説が背景知識と矛盾しないために充足すべき制約である。論理制約は、複数の種類に分類される。構築部１３は、複数の種類の論理制約のうち、一部の種類の論理制約を列挙する。

【0018】

構築部１３が列挙する論理制約は、生成部１２が生成した複数の仮説が充足すべき論理制約のうち、後述する判定部１５の対象としない論理制約である。構築部１３が列挙する論理制約は、一例として、矛盾を導くような論理式の組み合わせが解仮説中に存在してはならないという条件を満たす制約である。また、論理制約は、一例として、解仮説が観測を演繹的に導出できるものでなければならないという条件を満たす制約である。構築部１３は、一例として、非特許文献１又は非特許文献２に記載されている手法により、判定部１５の判定対象としない論理制約を列挙する。なお、構築部１３が論理制約を列挙する方法は上述した手法に限られない。構築部１３Ａは他の手法により論理制約を列挙してもよい。

【0019】

（探索部）
探索部１４は、制約集合を参照して、生成部１２が生成した複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する。換言すると、探索部１４は、構築部１３が列挙した論理制約の下で、複数の仮説の中から解仮説の候補を探索する。探索部１４は、一例として、制約集合を整数線形計画問題として表現した上で、任意の整数線形計画問題のソルバを用いることによって解仮説の候補を探索する。なお、探索部１４は他の手法を用いて解仮説の候補を探索してもよい。

【0020】

（判定部）
判定部１５は、解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち、構築部１３が構築した制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する。一例として、判定部１５は、解仮説の候補を構成する要素に基づき、判定対象とする論理制約を生成し、生成した論理制約を解仮説の候補が満たすか否かを判定する。判定部１５は、一例として、非特許文献１又は非特許文献２に記載されている手法により、判定部１５の判定対象の論理制約を列挙する。なお、判定部１５が論理制約を列挙する方法は上述した手法に限られない。判定部１５は他の手法により判定対象の論理制約を列挙してもよい。

【0021】

（出力部）
出力部１６は、解仮説の候補が、制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する。出力部１６は、一例として、表示パネルに解仮説を表示してもよく、また、図示しない記録媒体に解仮説を格納してもよい。また、出力部１６は、一例として、入出力インタフェース又は通信インタフェースを介して他の装置に解仮説を出力してもよい。

【0022】

以上のように、本例示的実施形態に係る仮説推論装置１は、背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得部１１と、背景知識情報、及びクエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成部１２と、複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築部１３と、制約集合を参照して複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索部１４と、解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定部１５と、解仮説の候補が制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力部１６と、を備える構成が採用されている。

【0023】

上記の構成によれば、仮説推論装置１は、複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の全てではなく、複数の論理制約の一部を参照して解仮説の候補を探索する。これにより、複数の論理制約の全てを参照して解仮説を探索する場合に比べて、解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0024】

（仮説推論方法の流れ）
本例示的実施形態に係る仮説推論方法の流れについて、図２を参照して説明する。図２は、仮説推論方法の流れを示すフロー図である。図２に示すとおり、本例示的実施形態に係る仮説推論方法は、少なくとも、ステップＳ１１～Ｓ１６を含む。

【0025】

ステップＳ１１において、取得部１１は、背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する。ステップＳ１２において、生成部１２は、背景知識情報、及びクエリ情報を参照して複数の仮説を生成する。ステップＳ１３において、構築部１３は、複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する。ステップＳ１４において、探索部１４は、制約集合を参照して複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する。

【0026】

ステップＳ１５において、判定部１５は、解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する。ステップＳ１６において、出力部１６は、解仮説の候補が制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する。

【0027】

本例示的実施形態に係る当該仮説推論方法によれば、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができるという効果が得られる。なお、取得部１１、生成部１２、構築部１３、探索部１４、判定部１５、及び出力部１６の機能を少なくとも１つのプロセッサにより実現した場合、上記Ｓ１１～Ｓ１６の処理の主体は少なくとも１つのプロセッサと表現することもできる。

【0028】

〔例示的実施形態２〕
本発明の第２の例示的実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、例示的実施形態１にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0029】

（仮説推論装置の構成）
本例示的実施形態に係る仮説推論装置１Ａの構成について、図３を参照して説明する。図３は、仮説推論装置１Ａの構成を示すブロック図である。仮説推論装置１Ａは、例示的実施形態１の仮説推論装置１と同様に、仮説推論により仮説を生成する装置である。また、図３には、背景知識情報とクエリ情報とを仮説推論装置１Ａに入力する入力装置２と、仮説推論装置１Ａが出力する情報の出力先である出力装置３についても併せて示している。

【0030】

仮説推論装置１Ａは、取得部１１Ａ、生成部１２Ａ、構築部１３Ａ、探索部１４Ａ、判定部１５Ａ、及び出力部１６Ａを備える。また、仮説推論装置１Ａは、背景知識情報格納部２１Ａ、クエリ情報格納部２２Ａ、仮説集合格納部２３Ａ、制約集合格納部２４Ａを備える。

【0031】

取得部１１Ａは、例示的実施形態１の取得部１１と同様に、背景知識情報とクエリ情報とを取得する。取得部１１Ａは、一例として、入力装置２が入力した背景知識情報とクエリ情報とを取得し、背景知識情報格納部２１Ａ及びクエリ情報格納部２２Ａに記憶する。

【0032】

生成部１２Ａは、例示的実施形態１の生成部１２と同様に、背景知識情報及びクエリ情報を参照して複数の仮説を生成する。生成部１２Ａは、生成した複数の仮説を仮説集合格納部２３Ａに記憶する。

【0033】

構築部１３Ａは、例示的実施形態１の構築部１３と同様に、複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する。構築部１３Ａは、構築した制約集合を制約集合格納部２４Ａに格納する。

【0034】

探索部１４Ａは、例示的実施形態１の探索部１４と同様に、制約集合を参照して複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する。探索部１４Ａは、探索した解仮説の候補を判定部１５Ａに供給する。

【0035】

判定部１５Ａは、例示的実施形態１の判定部１５と同様に、探索部１４Ａが探索した解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する。

【0036】

出力部１６は、例示的実施形態１の出力部１６と同様に、解仮説の候補が、制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する。出力部１６は、一例として、出力装置３に解仮説を出力する。

【0037】

入力装置２は、一例として、マウス、タッチパネル等の入力装置である。また、入力装置２は、入出力インタフェース又は通信インタフェースを介して仮説推論装置１と接続された装置であってもよい。出力装置は、一例として、表示パネルを備えた表示装置、外部記憶装置、又は印刷装置である。また、出力装置は、一例として、入出力インタフェース又は通信インタフェースを介して仮説推論装置１と接続された装置であってもよい。

【0038】

（仮説推論方法の流れ）
図４は、本実施形態にかかる仮説推論方法Ｓ１０Ａの流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１Ａにおいて、取得部１１Ａは、背景知識情報Ｄ１とクエリ情報Ｄ２とを取得する。一例として、取得部１１Ａは、入力装置２から背景知識情報Ｄ１とクエリ情報Ｄ２とを取得する。

【0039】

ステップＳ１２Ａにおいて、生成部１２Ａは、背景知識情報Ｄ１とクエリ情報Ｄ２とから、順次、複数の仮説を生成して仮説集合Ｄ３を構築する。生成部１２Ａが複数の仮説を生成する手法は、上述の例示的実施形態１の生成部１２が複数の仮説を生成する方法と同様である。

【0040】

ステップＳ１３Ａにおいて、構築部１３Ａは、仮説集合Ｄ３に含まれる各仮説が充足すべき論理制約のうち、判定部１５Ａの判定対象としない論理制約を列挙し、制約集合Ｄ４を構築する。換言すると、構築部１３Ａは、生成部１２Ａが生成した複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素の組み合わせ毎に生じる論理制約を判定部１５Ａの判定対象とし、複数の論理制約のうち判定対象以外の論理制約を列挙して前記制約集合を構築する。

【0041】

本例示的実施形態において、仮説が充足すべき論理制約は、一例として、以下の（ｉ）～（ｉｖ）の４種類の論理制約を含む。なお、本例示的実施形態に係る論理制約はこれらに限られず、他の種類の論理制約を含んでもよい。
（ｉ）等価関係に関する推移律
（ｉｉ）術語に関する推移律・非対称律・非反射律
（ｉｉｉ）背景知識情報Ｄ１と無矛盾であるための制約
（ｉｖ）仮説が観測を演繹的に導出できなければならないという制約

【0042】

（ｉ）等価関係に関する推移律とは、任意の論理変数ｘ、ｙ、ｚの間に、以下の（１）式の関係が成り立たなくてはならない、という制約である。
(x=y)^(y=z)=>(x=z) …（１）

【0043】

（ｉｉ）術語に関する推移律・非対称律・非反射律とは、これらの性質が引数について成り立つような術語を持つ論理式について、以下の（２）～（４）式が成り立たなくてはならない、という制約である。以下の（２）～（４）式において、seqはそのような術語の一例であり、時間の前後関係を表す術語である。
seq(x,y)^seq(y,z) =>seq(x,z) …（２）
seq(x,y)=>!seq(x,y) …（３）
seq(x,y)=>(x!=y) …（４）

【0044】

（ｉｉｉ）背景知識情報Ｄ１と矛盾であるための制約、および、（ｉｖ）仮説が観測を演繹的に導出できなければならないという制約、はそれぞれ、以下の（５）式、および（６）式で表現される。（５）式および（６）式において、Ｂは、背景知識情報Ｄ１に含まれる背景知識、Ｈは仮説集合Ｄ３に含まれる仮説、Ｏはクエリ情報Ｄ２に含まれる、観測を表す情報である。

【数1】

【数2】

【0045】

判定部１５Ａの判定対象の論理制約は、一例として、複数の要素間の等価関係に関する論理制約を含む。また、判定部１５Ａの判定対象の論理制約は、一例として、複数の要素間の順序関係に関する論理制約を含む。判定部１５Ａの判定対象とする論理制約を、以下では「第１論理制約」ともいう。判定部１５Ａの判定対象とする論理制約は、一例として、（ｉ）等価関係に関する推移律、及び（ｉｉ）術語に関する推移律・非対称律・非反射律、である。

【0046】

一方、構築部１３Ａが列挙する論理制約は、一例として、（ｉ）等価関係に関する推移律、及び（ｉｉ）術語に関する推移律・非対称律・非反射律、を除いた制約である。以下の説明では、構築部１３Ａが列挙する論理制約を「第２論理制約」ともいう。構築部１３Ａが列挙する第２論理制約は、一例として、（ｉｉｉ）背景知識情報Ｄ１と無矛盾であるための制約、及び、（ｉｖ）仮説が観測を演繹的に導出できなければならないという制約、を含む。構築部１３Ａが第２論理制約を列挙するために用いる手法としては、一例として、非特許文献１又は非特許文献２に記載されている手法が挙げられる。なお、構築部１３Ａが論理制約を列挙する方法はこれに限られず、構築部１３Ａは他の手法を用いてもよい。

【0047】

第１論理制約（判定部１５が判定する論理制約）は、一例として、要素の数が多いほど組み合わせの数が膨大になるような種類の制約である。第１論理制約である等価関係の推移律、及び、順序関係を表す術語などに関する論理制約は、論理制約として考慮すべき組み合わせが非常に膨大である一方で、実際に解仮説を得る上で必要な論理制約はそのうちのごく一部である、といった特徴を有する。一方、第２論理制約（探索部１４が用いる論理制約）は、一例として、第１論理制約と比較すると組み合わせが膨大にはならない論理制約である。

【0048】

図５は、仮説に含まれる要素の順序関係と、順序の循環を成す論理式の組み合わせとの具体例を示す図である。時間の前後関係を表す術語seq(t1,t2)を含む推論を考えると、この術語には推移律、非対称律、非反射律が成り立つ。仮定推論において、この術語によって表される時間順序が循環を引き起こすような、すなわち非対称律に矛盾するような論理式の組み合わせの数は、図示のように、この術語を持つ論理式の数に応じて指数関数的に増大していく。

【0049】

図４のステップＳ１４Ａにおいて、探索部１４Ａは、制約集合Ｄ４の下で、仮説集合Ｄ３から解仮説の候補Ｄ５を探索する。以下では、解仮説の候補を、「解仮説候補」ともいう。探索部１４Ａは、一例として、制約集合Ｄ４を整数線形計画問題として表現した上で、任意の整数線形計画問題のソルバを用いることによって解仮説の候補を探索する。なお、探索部１４Ａは、他の手法を用いて解仮説の候補を探索してもよい。

【0050】

ステップＳ１５Ａにおいて、判定部１５Ａは、解仮説の候補Ｄ５が、第１論理制約に矛盾するかどうかを判定する。判定部１５Ａは、一例として、解仮説の候補Ｄ５を構成する要素に基づき、（ｉ）等価関係に関する推移律、（ｉｉ）術語に関する推移律・非対称律・非反射律、を含む第１論理制約を列挙し、解仮説の候補Ｄ５が列挙した第１論理制約に矛盾するかを判定する。

【0051】

判定部１５Ａが列挙した第１論理制約の中に矛盾するものが含まれていた場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、判定部１５ＡはステップＳ１６Ａの処理に進む。一方、矛盾する第１論理制約がない場合（ステップＳ１５Ａ；ＮＯ）、判定部１５ＡはステップＳ１７Ａの処理に進む。

【0052】

ステップＳ１６Ａにおいて、判定部１５Ａは、解仮説の候補Ｄ５と矛盾した第１論理制約を、制約集合Ｄ４に追加する。判定部１５ＡはステップＳ１６Ａの処理を終えると、ステップＳ１４Ａの処理に戻り、探索部１４Ａが解仮説の候補Ｄ５の探索を再度実行する。換言すると、判定部１５Ａは、ステップＳ１５Ａ～ステップＳ１４Ａにおいて、解仮説の候補Ｄ５が制約集合Ｄ４に含まれない第１論理制約を満たさない場合に、当該第１論理制約を制約集合Ｄ４に追加して探索部１４Ａを再度機能させる。論理制約に矛盾しない解仮説が得られるまで、仮説推論装置１ＡがステップＳ１４Ａ～ステップＳ１６Ａを繰り返し実行する。

【0053】

ステップＳ１４Ａにおいて、探索部１４Ａは、制約集合Ｄ４に含まれない第１論理制約を満たさない解仮説の候補を除外して、制約集合Ｄ４を参照して新たな解仮説の候補を探索してもよい。

【0054】

ステップＳ１７Ａにおいて、出力部１６Ａは、解仮説の候補Ｄ５を解仮説として出力する。出力部１６Ａは、一例として、出力装置３に解仮説を出力する。

【0055】

図６は、仮説と論理制約との関係を模式的に示す図である。図の例で、仮説集合Ｄ３は、仮説ｈ１、ｈ２、ｈ３、…を含む。制約集合Ｄ７は、仮説集合Ｄ３に含まれる仮説が従属すべき論理制約の集合であり、制約集合Ｄ４を含む。制約集合Ｄ４は、構築部１３Ａが構築する集合、すなわち第２論理制約の集合である。

【0056】

また、論理制約ｘ１１、ｘ１２、…、ｙ１１、ｙ１２、…は、仮説ｈ１を構成する要素間で満たすべき論理制約である。論理制約ｘ２１、ｘ２２、…、ｙ２１、ｙ２２、…は、仮説ｈ２を構成する要素間で満たすべき論理制約である。論理制約ｘ３１、ｘ３２、…、ｙ３１、ｙ３２、…は、仮説ｈ３を構成する要素間で満たすべき論理制約である。なお、図６では、説明の理解を容易にするため、制約集合Ｄ７に含まれる論理制約がそれぞれひとつの仮説に対応する場合を図示しているが、制約集合Ｄ７に含まれる論理制約の一部又は全部は、複数の仮説に対応してもよい。

【0057】

この例で、探索部１４Ａが解仮説の候補Ｄ５として仮説ｈ２を特定した場合、判定部１５Ａは、仮説ｈ２を構成する要素ｅ２１、ｅ２２、…、の複数の要素間において満たすべき第１論理制約ｙ２１、ｙ２２、…を列挙し、判定を行う。すなわち、判定部１５Ａは、図６に示した第１論理制約の集合Ｄ６のうち、解仮説の候補Ｄ５以外の他の仮説ｈ１、ｈ３、…に関連する第１論理制約ｙ１１、ｙ１２、…、ｙ３１、ｙ３２、…を列挙しない。

【0058】

ところで、非特許文献１及び非特許文献２では、以下の方式により仮説推論が行われていた。まず、クエリ論理式と背景知識から、解仮説の候補（Candidate hypotheses）を列挙する。次に、当該方式では、列挙した解仮説の候補の中から、最良の解仮説を探索する問題を、整数線形計画問題などの制約付き組み合わせ最適化問題として等価に変換する。そして、当該方式では、変換後の最適化問題を外部のソルバを用いて最良の解仮説を得る。

【0059】

また、非特許文献２に記載の方式では、最良の解仮説を探索する際に全ての制約をソルバに与えずに、論理制約のうち一部だけをソルバに与え、そこから得られた解仮説が残りの制約を充足するかどうかを判定し、いずれかの論理制約に違反している場合はその論理制約をソルバに追加した上で最良解仮説の探索を再実行する。このような手順を採ることで、最良解仮説の探索を効率化できることが、当該文献で主張されている。

【0060】

しかしながら、どちらの方式においても、考慮すべき論理制約については全てを先に列挙することを前提としている。換言すると、非特許文献２に記載の方式では、図６に示した第２論理制約（制約集合Ｄ４）及び第１論理制約（集合Ｄ６）の全てを先に列挙する必要がある。そのため、そもそも考慮すべき論理制約の数が膨大な事例においては、論理制約を列挙する処理をボトルネックとして計算速度が著しく低下するという問題があった。無矛盾な仮説を得るためには、これらの組み合わせがいずれも生じないように論理制約を定義する必要があり、結果として考慮すべき論理制約の数も指数関数的に増大していくため、論理制約を列挙する処理にかかる計算時間も長大化してしまう、という問題があった。

【0061】

このような状況を引き起こす典型的な例としては、いわゆる順序関係を表すための、推移律と非対称律を満たすような術語を含むような推論がある。このような術語を持つ論理式が探索空間に多く含まれるほど、必要な論理制約の数も指数関数的に増大していくため、多くの場合、解仮説を得るのが現実的に不可能になってしまう。

【0062】

それに対し本例示的実施形態によれば、仮説推論装置１Ａは、事前に全ての論理制約を列挙するのではなく、一部の種類の論理制約を列挙して得た解仮説の候補に対し、残りの種類の論理制約を用いて判定を行う。図６の例では、仮説推論装置１Ａは、第２論理制約（制約集合Ｄ４）を列挙して得た解仮説の候補Ｄ５に対し、残りの種類の第１論理制約であるｙ２１、ｙ２２を用いて判定を行う。これにより、探索空間を小さくして探索処理を行くことができ、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0063】

また、本例示的実施形態によれば、仮説推論装置１Ａは、探索部１４Ａが探索した解仮説の候補が第１論理制約を満たさない場合に、その第１論理制約を制約集合Ｄ４に追加して探索部１４Ａ再度機能させる。これにより、事前に全ての論理制約を列挙する場合に比べて、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0064】

また、本例示的実施形態によれば、仮説推論装置１Ａは、制約集合Ｄ４に含まれない第１論理制約を満たさない解仮説の候補を除外して、制約集合Ｄ４を参照して新たな解仮説の候補を探索する。これにより、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0065】

〔ソフトウェアによる実現例〕
仮説推論装置１、１Ａの一部又は全部の機能は、集積回路（ＩＣチップ）等のハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0066】

後者の場合、仮説推論装置１、１Ａは、例えば、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータによって実現される。このようなコンピュータの一例（以下、コンピュータＣと記載する）を図７に示す。コンピュータＣは、少なくとも１つのプロセッサＣ１と、少なくとも１つのメモリＣ２と、を備えている。メモリＣ２には、コンピュータＣを仮説推論装置１、１Ａとして動作させるためのプログラムＰが記録されている。コンピュータＣにおいて、プロセッサＣ１は、プログラムＰをメモリＣ２から読み取って実行することにより、仮説推論装置１、１Ａの各機能が実現される。

【0067】

プロセッサＣ１としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＦＰＵ（Floating point number Processing Unit）、ＰＰＵ（Physics Processing Unit）、マイクロコントローラ、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。メモリＣ２としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又は、これらの組み合わせなどを用いることができる。

【0068】

なお、コンピュータＣは、プログラムＰを実行時に展開したり、各種データを一時的に記憶したりするためのＲＡＭ（Random Access Memory）を更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、他の装置との間でデータを送受信するための通信インタフェースを更に備えていてもよい。また、コンピュータＣは、キーボードやマウス、ディスプレイやプリンタなどの入出力機器を接続するための入出力インタフェースを更に備えていてもよい。

【0069】

また、プログラムＰは、コンピュータＣが読み取り可能な、一時的でない有形の記録媒体Ｍに記録することができる。このような記録媒体Ｍとしては、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、又はプログラマブルな論理回路などを用いることができる。コンピュータＣは、このような記録媒体Ｍを介してプログラムＰを取得することができる。また、プログラムＰは、伝送媒体を介して伝送することができる。このような伝送媒体としては、例えば、通信ネットワーク、又は放送波などを用いることができる。コンピュータＣは、このような伝送媒体を介してプログラムＰを取得することもできる。

【0070】

また、仮説推論装置１、１Ａの各部（取得部１１、１１Ａ、生成部１２、１２Ａ、構築部１３、１３Ａ、探索部１４、１４Ａ、判定部１５、１５Ａ、及び出力部１６、１６Ａは、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、汎用又は専用の回路（circuitry）、プロセッサ等やこれらの組合せによって実現されもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組合せによって実現されてもよい。

【0071】

また、仮説推論装置１、１Ａの各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。また、仮説推論装置１、１Ａの機能がＳａａＳ（Software as a Service）形式で提供されてもよい。

【0072】

〔付記事項１〕
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

【0073】

〔付記事項２〕
上述した実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載され得る。ただし、本発明は、以下の記載する態様に限定されるものではない。
（付記１）
背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得手段と、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成手段と、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築手段と、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索手段と、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力手段と、
を備えた仮説推論装置。

【0074】

上記の構成によれば、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0075】

（付記２）
前記判定手段は、前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たさない場合に、当該論理制約を前記制約集合に追加して前記探索手段を再度機能させる、
付記１に記載の仮説推論装置。

【0076】

上記の構成によれば、解仮説の候補が制約集合に含まれない論理制約を満たさない場合に、解仮説の候補再度探索することができる。

【0077】

（付記３）
前記探索手段は、前記制約集合に含まれない論理制約を満たさない解仮説の候補を除外して、前記制約集合を参照して新たな解仮説の候補を探索する、
付記１又は２に記載の仮説推論装置。

【0078】

上記の構成によれば、論理制約集合に含まれない論理制約を満たさない解仮説の候補を除外しない場合に比べて、解仮説の候補の探索に係る計算効率を向上させることができる。

【0079】

（付記４）
前記構築手段は、前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素の組み合わせ毎に生じる論理制約を判定対象として、前記複数の論理制約のうち前記判定対象以外の論理制約を列挙して前記制約集合を構築する、
付記１から３の何れか１つに記載の仮説推論装置。

【0080】

上記の構成によれば、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0081】

（付記５）
前記判定対象の論理制約は、前記複数の要素間の等価関係に関する論理制約を含む、
付記４に記載の仮説推論装置。

【0082】

上記の構成によれば、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0083】

（付記６）
前記判定対象の論理制約は、前記複数の要素間の順序関係に関する論理制約を含む、
付記４又は５に記載の仮説推論装置。

【0084】

上記の構成によれば、仮説推論における解仮説の生成に係る計算効率を向上させることができる。

【0085】

（付記７）
仮説推論装置が、
背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得すること、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成すること、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築すること、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索すること、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定すること、及び、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力すること、
を含むことを特徴とする仮説推論方法。

【0086】

（付記８）
コンピュータを仮説推論装置として機能させるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得手段と、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成手段と、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築手段と、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索手段と、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力手段と、
として機能させることを特徴とするプログラム。

【0087】

〔付記事項３〕
上述した実施形態の一部又は全部は、更に、以下のように表現することもできる。

【0088】

少なくとも１つのプロセッサを備え、前記プロセッサは、
背景知識を１以上の論理式により表現した背景知識情報と、観測事実を１以上の論理式により表現したクエリ情報とを取得する取得処理と、
前記背景知識情報、及び前記クエリ情報を参照して複数の仮説を生成する生成処理と、
前記複数の仮説をそれぞれ構成する複数の要素間において満たすべき複数の論理制約の一部を列挙して制約集合を構築する構築処理と、
前記制約集合を参照して前記複数の仮説のうち何れかを解仮説の候補として探索する探索処理と、
前記解仮説の候補が、当該候補を構成する要素間において満たすべき論理制約のうち前記制約集合に含まれない論理制約を満たすか否かを判定する判定処理と、
前記解仮説の候補が前記制約集合に含まれない論理制約を満たす場合に、当該候補を解仮説として出力する出力処理と、
を備えた仮説推論装置。

【0089】

なお、この仮説推論装置は、更にメモリを備えていてもよく、このメモリには、前記取得処理と、前記生成処理と、前記構築処理と、前記探索処理と、前記判定処理と、前記出力処理とを前記プロセッサに実行させるためのプログラムが記憶されていてもよい。また、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録されていてもよい。

【符号の説明】

【0090】

１、１Ａ 仮説推論装置
１１、１１Ａ 取得部（取得手段）
１２、１２Ａ 生成部（生成手段）
１３、１３Ａ 構築部（構築手段）
１４、１４Ａ 探索部（探索手段）
１５、１５Ａ 判定部（判定手段）
１６、１６Ａ 出力部（出力手段）
Ｓ１、Ｓ１０Ａ 仮説推論方法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】