インテリジェント・コンピューティング⑨ 本日のテーマ  プロダクションシステム   前向き推論後向き推論プロダクションシステム（復習）  プロダクションシステムとは   1973年，ニューウェル（Newell）によって提案される．人間の問題解決の行動にまねた機構を計算機で実現した．推論エンジン  プロダクションシステムの構造   記憶場所：長期メモリと短期メモリをもつ．推論場所：推論エンジンをもつ．知識ベース作業領域推論エンジン（復習）    作業領域の状態を満足するルールを知識ベースから獲得し，その中から一つのルールを選択して実行する．プロダクションシステムでは，前向き推論と後ろ向き推論がある．前向き推論   新しい事実が作業領域に加えられたとき，知識ベースのルールの条件部と照合し，照合したルールの実行部を結論として推論する方法である．後向き推論  証明したい結論から始めて，それを結論づけるルールと事実が存在するかを推論する方法である．前向き推論  求める結果を得るまで，または使用できるルールがなくなるまで，次の認識行動サイクルを繰り返す． Step 1：照合（matching）作業領域内の事実に適合する条件部をもつすべてのルールの集合（競合集合）を求める． Step 2：競合解消（conflict resolution）競合集合の中から一定の選択基準に従って特定のルールを選択する． Step 3：実行（action）選択されたルールの結論部を実行し，作業領域の内容を更新する．競合解消    作業領域の事実と条件部が合致するルールは複数個存在する．ルールの複数個の同時処理は不可能であるので，一つのルールを選択する必要がある．競合解消とは，事実と条件部が合致する複数個のルールから一つのルールを選択することを言う．競合解消の方法  ルールの重要度   ルール条件部の詳細度   なるべく同じルールを使用しない．差の小ささ   最近使用されたルールを優先する．差の大きさ   条件部の記述（条件文）が長いものを優先する．ルールの使用時刻   ルールの重要度の高いものを優先する．有益なルールを多く使用する．事実の生成時刻  作業領域に追加された事実の時刻が新しいものを優先する．複数の競合解消法の適合   複数の競合解消を実行し，ルールが一つになった時点で処理を終了する．また，競合集合が空になった時点で処理を終了する．一般的競合解消法・LEX戦略（Lexicographic Sort） 1. ルールの重要度の高いものを優先する． 2. 同じ重要度の中では，最近使用されたルールを優先する． 3. しかし，確率 p で，同じルールを使用しない． 4. あるいは，無作為に任意の組を選択する．ただし，この戦略では，既に実行した組を競合集合から削除しておく．前向き推論の動作  動物園の柵の前で，ある動物（名前：太郎）を観察する．作業領域 D1 D2 D3 D4 D5 （太郎は体毛をもつ）（太郎は鋭い歯をもつ）（太郎は鋭い爪をもつ）（太郎の体の色は黄褐色）（太郎は黒い斑点をもつ）推論エンジン前向き推論の動作知識ベース R1 R2 ￤ R9 If （Xは体毛をもつ） Then （Xは哺乳動物） If （Xは授乳する） Then （Xは哺乳動物）￤￤ If （Xは肉食動物）（Xは黒い斑点をもつ）（Xの体の色は黄褐色） Then （Xはチータ）推論エンジン知識ベース R1 R2 R3 R4 R5 If （Xは体毛をもつ） Then （Xは哺乳動物である）を追加する． If （Xは授乳する） Then （Xは哺乳動物である）を追加する． If （Xは飛ぶ）（Xは卵を産む） Then （Xは鳥類である）を追加する． If （Xは翼をもつ）（Xはペンギンでない） Then （Xは飛ぶ）を追加する． If （Xは哺乳動物である）（Xは肉を食べる） Then （Xは肉食動物である）を追加する．知識ベース R6 R7 R8 R9 If （Xは哺乳動物である）（Xは鋭い歯をもつ）（Xは鋭い爪をもつ） Then （Xは肉食動物である）を追加する． If （Xは哺乳動物である）（Xはひづめをもつ） Then （Xは有帝動物である）を追加する． If （Xは肉食動物である）（Xは黒い縞をもつ）（Xの体の色は黄褐色である） Then （Xは虎である）を追加する． If （Xは肉食動物である）（Xは黒い斑点をもつ）（Xの体の色は黄褐色である） Then （Xはチータである）を追加する．第1サイクル推論エンジン D1：（太郎は体毛をもつ） ①照合 ②競合解消 R1：If （Xは体毛をもつ） Then （Xは哺乳動物） ③実行太郎 ③実行 D6：太郎は哺乳動物 ③実行第2サイクル推論エンジン D2：太郎は鋭い歯をもつ D3：太郎は鋭い爪をもつ D6：太郎は哺乳動物 ①照合 ②競合解消 R6：If （Xは哺乳動物）（Xは鋭い歯をもつ）（Xは鋭い爪をもつ） Then （Xは肉食動物） ③実行 ③実行 ③実行太郎 D7：太郎は肉食動物第3サイクル推論エンジン D4：太郎の体の色は黄褐色 D5：太郎は黒い斑点をもつ D7：太郎は肉食動物 ①照合 ②競合解消 R9：If （Xは肉食動物）（Xは黒い斑点をもつ）（Xの体の色は黄褐色） Then （Xはチータ） ③実行 ③実行 ③実行太郎結論：太郎はチータ問題：前向き推論  循環型の知識ベースのルールを作成しなさい．     If A Then B If B Then C If C Then A 事実の集合を用意し，前向き推論を実行しなさい．後向き推論   事実とルールから仮説が説明できるかを調べ，仮説が完全に説明できるまで，認識行動サイクルを繰り返す．ただし，同時に満たすべき仮説をAND関係とし，仮説を説明するための候補ルール間はOR関係とする．認識行動サイクル Step 1：照合（matching）検証されていない一つの仮説を決定する．仮説に適合する結論部をもつルール集合（競合集合）を求め，AND/OR木に付加する． AND/OR木の仮説に適合しない親ルールは削除する． Step 2：ルール選択（rule selection） AND/OR木の競合集合からルールを一つ選択する． Step 3：検証（verification）選択されたルールの条件部の条件と作業領域の事実とを照合し，条件が満足されているかを調べる．ルール内の全ての条件が満足されていれば，その選択されたルールの結論部は検証される．過去に遡って親ルールを検証を確認し，AND/OR木の根が検証されれば，推論は成功となる．後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ R9 太郎は肉食動物太郎は黒い斑点をもつ太郎の体の色は黄褐色後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ ② 太郎は肉食動物 R9 ① 太郎は黒い斑点をもつ D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ ② 太郎は肉食動物 ③ R5 太郎は哺乳動物太郎は肉を食べる R9 ① 太郎は黒い斑点をもつ D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ ② 太郎は肉食動物 ③ R5 太郎は哺乳動物 R1 太郎は肉を食べる ④ 太郎は体毛をもつ D1 R9 ① 太郎は黒い斑点をもつ D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ ② 太郎は肉食動物 ③ R5 太郎は哺乳動物 R1 太郎は肉を食べる検証できない ④ ⑤ 太郎は体毛をもつ D1 R9 ① 太郎は黒い斑点をもつ D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ ② ① R9 太郎は肉食動物 ⑥ 太郎は黒い斑点をもつ D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 ③ R5 太郎は哺乳動物 R1 太郎は肉を食べる検証できない ④ ⑤ 太郎は体毛をもつ D1 R6 太郎は哺乳動物太郎は鋭い歯をもつ D2 太郎は鋭い爪をもつ ⑦ D3 後向き推論におけるAND/OR木仮説：太郎はチータ ② ① R9 太郎は肉食動物 ⑥ 太郎は黒い斑点をもつ D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 ③ R5 太郎は哺乳動物 R1 太郎は肉を食べる検証できない ④ ⑤ 太郎は体毛をもつ D1 R6 太郎は鋭い歯をもつ太郎は哺乳動物 R1 D2 ⑧ 太郎は体毛をもつ D1 太郎は鋭い爪をもつ ⑦ D3 全てが検証できた！！故に，太郎はチータである．後向き推論におけるAND/OR木太郎はチータ R9 太郎は黒い斑点をもつ太郎は肉食動物 D5 太郎の体の色は黄褐色 D4 R6 太郎は哺乳動物太郎は鋭い歯をもつ D2 R1 太郎は体毛をもつ D1 太郎は鋭い爪をもつ D3 推論ネットワーク推論ネットワークを用いて，質問に回答できる．太郎はチータ R9 データの必要性太郎は肉食動物「なぜ（太郎は肉食動物）を調べる必要があるのか？」 R9 （太郎は黒い斑点をもつ）と（太郎の体の色は黄褐色）が検証され，（太郎は肉食動物）が検証されると，チータであることが判定できるから．太郎の体の色は黄褐色太郎は黒い斑点をもつ D5 D4 R6 太郎は哺乳動物太郎は鋭い歯をもつ太郎は鋭い爪をもつ D2 D3 R1 太郎は体毛をもつ D1 推論ネットワーク推論ネットワークを用いて，質問に回答できる．太郎はチータ R9 結論の導出太郎は肉食動物「どのようにして（太郎は肉食動物）を判定できたのか？」 R1，R6 太郎の体の色は黄褐色太郎は黒い斑点をもつ D5 D4 R6 太郎は哺乳動物事実（太郎は体毛をもつ）とルールR1 R1 から（太郎は哺乳動物）が検証され，（太郎は鋭い歯をもつ），（太郎は鋭太郎は体毛い爪をもつ）と，ルールR6から，（太をもつ郎は肉食動物）が検証されるから．太郎は鋭い歯をもつ太郎は鋭い爪をもつ D2 D3 D1 プロダクションシステムの特徴  作業領域の状況に適応したルールが選択できる．    プロダクションシステムは作業領域の状況に適応したルールを自動的に選択し，その競合集合から適切なルールを用いて推論する．ルールの順番や関係を考慮する必要がないので，整理されていない膨大な知識を取り扱うことができる．ルールは互いに独立である．   ルールは条件と結論の関係を表現しているだけであり，プログラムのような処理とデータとの関係を考慮する必要はない．ルールの追加，修正，削除が自由に行えるので，知識の追加，修正，削除に容易に対応できる．