知識表現

知識をどんな形で書き表すかという問題

コンピュータに推論をさせるには、まず世界についての知識をコンピュータの中に置く必要があります。たとえば「スズメは鳥の一種である」「鳥は空を飛ぶ」という知識があれば、コンピュータは「スズメは空を飛ぶ」という結論を導けます。しかし、同じ知識でも書き表し方は何通りもあり、どの形を選ぶかによって、導ける結論も、計算の手間も、人が読んだときの分かりやすさも変わります。知識表現は、この「知識をどんな形で書き表すか」を扱う考え方と、その結果として作られた表現そのものを指します。

では、知識表現とはそもそも何なのでしょうか。この問いに正面から答えた論文として、ランドール・デイビス(Randall Davis)、ハワード・シュローブ(Howard Shrobe)、ピーター・ソロヴィッツ(Peter Szolovits)が1993年に学術誌AI Magazineに発表した「What Is a Knowledge Representation?」があります。この論文は、知識表現を1つの定義で言い切るのではなく、知識表現が同時に果たしている5つの役割として説明しました。

5つの役割で捉える知識表現

世界の物事の代わりとしての役割

1つ目の役割は、世界にある物事の代理物(surrogate)であることです。コンピュータは本物のスズメや本物の病気を中に入れることはできません。そこで、それらを指す記号を代わりに置き、記号の上で推論することで、世界について考える代わりとします。

代理物である以上、本物と完全に同じにはなりません。論文は、完全な忠実性は不可能であり、表現は必ず不完全さや単純化を含むと述べています。先の例でいえば「鳥は空を飛ぶ」と書いた時点で、飛べない鳥やけがをしたスズメのことは表現から抜け落ちています。この抜け落ちがある限り、どれだけ正しく推論しても、世界と食い違う結論が出る可能性は残ります。

世界のどこを見るかを決める役割

2つ目の役割は、本体論的コミットメント(ontological commitments)の集合であることです。本体論的コミットメントとは、世界の中に何が在ると見なし、何に注目するかについての取り決めです。論文は、表現を選ぶことは世界の見方についての決定を下すことだと論じています。

たとえば、動物の知識を「種類」と「種類どうしの上下関係」で書き表すと決めた時点で、その表現は世界を種類の階層として見ています。個々の動物の行動の時間的な変化は、その見方からは見えにくくなります。1つ目の役割で表現が必ず何かを省くのなら、何を残し何を省くかを決めているのがこの2つ目の役割だと言えます。

なお、ここでいう「本体論」は英語のontologyの訳で、G検定シラバスに並ぶオントロジーと同じ語です(オントロジーは概念化を明示的に書き出した仕様そのものを指す語で、知識表現の方式の1つという位置づけではありません)。

推論の考え方を組み込む役割

3つ目の役割は、知的推論についての断片的な理論(fragmentary theory of intelligent reasoning)であることです。表現には、推論とは何かという基本の考え方、その表現の上でどの推論が認められるか、そしてどの推論を行うのがよいとされるかについての考えが組み込まれています。

スズメの例では、「鳥について言えることは、鳥の一種であるスズメについても言える」という推論を認める表現を選べば、「スズメは空を飛ぶ」が導けます。どの推論を認め、どれを優先するかは、表現を作る人がデータとは別に決めていることであり、表現の形がそれを運んでいます。論文が「断片的」と呼ぶのは、1つの表現が推論についての完全な理論ではなく、その一部分だけを含むからです。

計算の媒体としての役割

4つ目の役割は、効率的な計算の媒体(medium for efficient computation)であることです。知識表現は、書き表しただけでは役に立たず、コンピュータがその上で実際に推論の計算を進められる形になっている必要があります。理屈の上では正しい結論が導けても、計算に現実的でない時間がかかる表現では使えません。

人が世界を語る言語としての役割

5つ目の役割は、人間的表現の媒体(medium of human expression)であることです。知識表現は、人間が世界について知っていることをコンピュータに伝え、コンピュータが何を知っているかを人間が読み取るための言語でもあります。知識を書き込む人や、書かれた知識を確かめて直す人にとって、その言語で言いたいことが言えるかどうか、読んで意味が分かるかどうかが問われます。

1つの役割だけで評価しない

論文は、5つの役割のどれか1つだけでは知識表現の全体像は説明できず、5つすべてに注意を払う必要があると論じています。

たとえば、計算の速さだけで表現を比べると、その表現が世界のどこを省いているか(1つ目と2つ目の役割)や、人が読んで直せるか(5つ目の役割)が見落とされます。反対に、人にとって自然に書けることだけを重んじると、その上でどの推論が認められるのか(3つ目の役割)が曖昧なまま残ることがあります。知識表現を選ぶ、あるいは比べるときには、5つの役割それぞれについて何を得て何を手放しているかを見ることになります。

G検定で知識表現の項目に並ぶ語

G検定のシラバスでは、知識表現の項目に、意味ネットワーク、オントロジー、セマンティックWeb、is-aの関係、has-aの関係、part-ofの関係、Cycプロジェクトなどの語が並んでいます。これらは、知識をどんな形で書き表すかという問題に関連する代表的な語です。それぞれの仕組みは各語のページで説明しています。個々の方式を学ぶときも、その方式が世界のどこに注目し(2つ目の役割)、どんな推論を認めるか(3つ目の役割)という目で見ると、方式どうしの違いが整理しやすくなります。