A Rule-based Expert System for Geological Study and Education

情報地質 第5巻 第2号85‑92頁,1994年 Geoinformatics,Vol.5,No.2,p.85‑92,1994 シ ス テ ム ・ ソ フ トウ ェ ア 開 発 ル ール ベ ー ス を用 い た地 質 学 研 究 ・教 育 支援 エ キ スパ ー トシス テ ム ―火 山砕 屑 岩 の 堆 積 様 式 推 定 を例 と して 小 山 真 人* A Rule‑based Expert System for Geological Study and Education:APrototype for Estimating Emplacement Mechanisms Masato Abstract:This emplacement study aims mechanisms Developer(Hyperpress asystem to design a small, rule‑based, expert system, which Publishing Corp.)and prototype Volcaniclast was made. develop this system, a Macintosh computer(Apple Volcaniclast is composed interface module. has 11 facts.The interface module many KOYAMA* of volcaniclastic rocks. To afact base, and a man‑machine Although of VolcaniclasticRocks are proposed, helps a user to estimate expert shell Intelligent Computer Inc.)were used and of an inference engine, a rule base, The rule base has 76 IF..THEN.. enables friendly, graphical, dialog‑based unreal sub‑answers an rules and the fact base environment Volcaniclast gives a true answer for consultation. with the highest certainty factor, when a typical set of field data are inputted. For this reason, Volcaniclast can at least be used for undergraduate students to learn fundamental knowledge in fieldvolcanology. Key Words:Expert 1.は system, Rule‑base, Macintosh, じめ に Volcaniclastic rocks, Emplacement mechanism ぎ ない,作 業 そ の もの の 客 観 性 をた か め,さ ら に は未 熟 練 地 質 学 の 手 法 は,露 頭 観 察 に よ って 得 た 多種 多 様 の 情 報 の 専 門 家 や 学 生 の 教 育 に役 立 つ な どの 大 き な意 義 を もつ と か ら過 去 の 地 質 学 的 現 象 の 時 空 分 布 を描 きだ す 高 度 な帰 納 考 え られ る.し か し なが ら,こ れ まで 火 山学 分 野 にお い て 技 術 で あ る.地 質 学 の 一.分野 で あ る火 山地 質 学 にお け る野 エ キ ス パ ー トシス テ ム を開 発 した 例 はわ ず か で あ る(た と 外 調 査 とそ れ に も とづ く噴 火 史 ・噴 火 様 式 の 解 明 に は,経 えば,Pearce,1987). 験 豊 か な専 門家(エ キ ス パ ー ト)の 手 に よ る職 人 芸 的 な作 本研 究 で は,小 規模 か つ 試 験 的 な対 話型 システ ム と して, 業 が不 可 欠 と され て きた.し か し,火 山 地 質 学 の 専 門 家 に 火 山砕 屑 岩 の 成 因 推 定 を支 援 す る シス テ ム の 作 成 を こ こ ろ な る た め には 長期 間 の 野外 訓練 が 必 要 で あ る う え,作 業 結 み た の で 報 告 す る.こ の シス テ ム にお い て は,成 因推 定 に 果 に専 門家 の個 人 的 主観 が 入 りこみ や す い とい う弊 害 もあ か ん す る知 識 をル ー ル の 集 合(ル ー ル ベ ース)と りえ る.近 年,噴 火 の 長 期 的 予 測 の 観 点 か ら火 山 の 噴 火 史 す る プ ロ ダ ク シ ョン シス テ ム 型 の構 造 を採 用 し,グ ラ フ ィ 解 明 の 需 要 が ます 一 方 で,火 山 地 質 学 の エ キ ス パ ー トの 数 クス をふ ん だ ん に取 り入 れた親 しみ やす いユ ーザー イ ン ター は相 対 的 に減 少 して い る. フ ェー ス の構 築 に力 をそ そ い だ. して 格 納 近年 の 人工 知 能技 術 の発 展 に よ り,専 門家 の 職 人 芸 的 な 技 術 に た よ り きっ て い た仕 事 を計算 機 が肩 が わ りす る シ ス テ ム(エ キ スパ ー トシ ス テ ム)が 実現 され は じめ て い る. 2.開 発 環 境 これ まで 人工 知 能 関 連 の ソ フ トウ ェア は,ワ ー クス テ ー この技 術 を火 山学 に応 用 し,火 山 地 質学 の専 門家 の業 務 を シ ョ ン上 で 開発 され る の が 普 通 で あ っ た.し か し,ワ ー ク 支 援,あ ス テ ー シ ョ ンや そ の上 で働 く開発 用 ソ フ トは シス テ ム 管 理 る い は そ の一 部 を代 替 す る エ キ スパ ー トシ ス テ ム を 開発 す る こ とは,専 門家 の負 担 を軽 く して 人材 不 足 をお に専 門 的知 識 を必 要 とす る うえ価 格 も高 い た め,た と え良 い ソ フ トが ワ ー クス テ ー シ ョ ン上 で 開発 で きた と して も, *静 岡 大 学 教 育 学 部 地 学 教 室.Faculty University, 836 Oya,Shizuoka of 422, Education, Japan Shizuoka 普 及 の望 み は 薄 か っ た.一 般 ユ ー ザ ー の 立場 か らい えば, 誰 もが容 易 に入 手可 能 なパ ソ コ ン上 で使 用 で きる状 況 が 理 86 小山 真人 ベ ー ス に一 定 の 書 式 で デ ー タ を書 き込 む だ けで シス テ ム を 完 成 す る こ と が で き る.ル ー ル や フ ァ ク トの 入 力 ・編 集 は, 対 話 型 式 で お こ な わ れ る た め 容 易 で あ る. こ の ほ かIntelligent Developerは,前 き推 論 の 両 方 が 可 能,確 向 きお よ び後 向 信 度 計 算 機 能 を 内 蔵,シ ステム開 発 途 上 の 動 作 試 験 機 能 で あ る デ バ ッ ガ を 内 蔵,デ ー タベ ー ス や 外 部 フ ァ イ ル と の リ ン ク が 可 能,な え,す どの特徴 をそ な ぐ れ た コ ス トパ フ ォ ー マ ン ス を備 え て い る.ま Intelligent Developerに た, よ っ て 構 築 さ れ た シ ス テ ム は,単 独 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン と し て 独 立 させ る こ と も で き る し, Apple社 Cardの の 提 供 す る ハ イ パ ー テ キ ス ト型 ソ フ トで あ るHyper フ ァ イ ル(ス タ ッ ク)に 変 換 す る こ と も可 能 で あ る. 第1図Intelligent Developerの 構 造. 想 的 で あ る. 3.開 本 研 究 は,シ ス テ ム 開 発 ・運 用 の 母 体 と な る パ ソ コ ン と し て 米 国Apple社 のMacintoshを す ぐ れ た 点 は,ソ フ ト間 の デ ー タ 互 換 性 と 馴 じみ や す い 操 作 環 境 も さ る こ と な が ら,完 選 ん だ.Macintoshの 発 手順 本 研 究 で は エ キ ス パ ー トシ ス テ ム 開 発 の 例 題 と し て,火 山砕 屑 岩 の成 因 を推 論 す る小 規 模 シス テ ム の 開発 に焦 点 を 成 度 の 高 い 安価 な科 学研 究 ・ し ぼ っ た.具 体 的 な シス テ ム構 築 作 業 を手 順 に そ っ て説 明 す る.第1図 に 示 し た シ ス テ ム 全 体 の 構 造 の う ち,推 論エ 教 育 用 ソ フ ト ウ ェ ア が す で に 数 多 く流 通 して い る た め,そ ン ジ ン お よ び イ ン タ ー フ ェ ー ス 部 に つ い て はIntelligent の 中 か ら 自分 の 用 途 に あ っ た も の を 簡 単 に 入 手 で き る 点 で Developerに あ る.人 工 知 能 関 連 の ソ フ トに お い て も,Macintosh上 側 が 手 を く わ え る 必 要 が な い.開 で 動 く良 質 か つ 良 心 的 な 価 格 の 製 品 が 少 な くな い. 本 研 究 で は,米 国Hyperpress社 のIntelligent 使 用 し た.通 (1)知 識 整 理,(2)事 ス 内 容 の 入 力,(4)推 キ スパ ー よ る 実 行 フ ァ イ ル の 生 成,の5つ の 知識 を も 3.1知 ち い て 推 論 を お こ な う推 論 エ ン ジ ン を 核 とす る 構 造 を と る て,知 野,1985;大 須 賀,1986).こ 識 の 獲 得 や 更 新 が 容 易 に な り,従 の構 造 に よっ 来 「職 人 芸 」 と呼 ば れ て い た 複 雑 な 非 定 型 業 務 で す ら も,専 門 家 の 知 識 ・ノ ウ ハ ウ の ひ と つ ひ と つ を 項 目毎 に 分 解 し て 入 力 す る こ とが 原 理 的 に 可 能 で あ る. Intelligent ロ ダ ク シ ョ ンシ ス テ ム と い お こ な い,シ な い.こ ス テ ム に入 力 で きる 型 式 に整 え なけ れ ば な ら こ で は,Cas and う.Intelligent 識 ベ ー ス)に Developerに トシ ス テ ム は,専 エ ン ジ ン,ユ ト)ベ ー ス,開 比 の 高 い 角 礫 岩),(4)Breccia‑open 論 動 作 をお こ な う推 論 ー ザ ー か ら 得 た 知 識 を 格 納 す る 事 実(フ ァク 発 者 お よび ユ ー ザ ー との 対 話 をお こ な う イ ン タ ー フ ェ ー ス 部 の4つ か ら構 成 さ れ る(第1図).こ ち,イ の う ン タ ー フ ェ ー ス 部 と推 論 エ ン ジ ン は シ ス テ ム 側 で す で に 用 意 さ れ て い る た め,ユ framework(礫/基 礫 の 多 い 礫 岩),(3)Breccia‑closed の形 の ル ー ー ザ ー は ル ー ル ベ ー ス と事 実 framework(礫/ 磨 さ れ た 礫 の 多 い 礫 岩),(2)Conglom‑ もとつ い た 推 論 をお こ な 門 家 の 知 識 を 「IF...THEN...」 も とつ く知 径 と組 織 の 特 徴 か ら 火 山 砕 屑 岩 を(1)Conglomerate‑closed の知 識 よ って 開 発 され たエ キス パ ー ル と し て 格 納 す る ル ー ル ベ ー ス,推 Wright(1987)に Wright(1987)は,粒 erate‑open 集 合 と して 記 述 ・格 納 し,そ and 識 整 理 を お こ な っ た. ト シ ェ ル で あ る.プ ロ ダ ク シ ョ ン シ ス テ ム に お い て は,知 ず 火 山砕 屑 岩 の 岩 相 と 噴 出 ・移 動 ・堆 積 様 式 と の 間 の 関 係 に つ い て の 知 識 整 理 を 基 質 比 が 高 く,円 の デ ー タ ベ ー ス(知 で あ る. シ ス テ ム の 構 築 に あ た っ て は,ま Cas Developerは,プ ー ル)の ンパ イ ル に 識整理 う 型 の エ キ ス パ ー トシ ス テ ム を 開 発 す る た め の エ キ ス パ ー 識 を 法 則(ル 論 動 作 の 環 境 設 定,(5)コ ー ルベ ー 常 エ キ ス パ ー トシ ス テ ム は,専 門 家 と 同 等 の 知 識 を 格 納 す る 知 識 ベ ー ス と,そ (た と え ば,上 発者 発 者 が お こ な う作 業 は, 実 ベ ー ス の 構 造 の 定 義,(3)ル Deuelop‑ erと い うエ キ ス パ ー トシ ス テ ム 開 発 用 ソ フ ト(エ トシ ェ ル)を 付 属 す る もの を そ の ま ま 用 い る た め,開 質 比 が 低 く,円 framwork(礫/基 もの)の6種 質 framework(礫/基 質 比 の 低 い 角 礫 岩),(5)Sandstone(砂 越 す る もの),(6)Mudstone(泥 磨 され た サ イズ の粒子 が卓 サ イズ の 粒 子 が 卓 越 す る のGrainsize‑textural classに 大 別 し た 上 で, さ ら に 成 因 名 を 冠 し た41種 類 に 全 体 を 細 分 し て い る(Cas and Wright,1987のAppendixII,第1表).あ る火 山 砕 屑 岩 が こ の41種 類 の い ず れ に 属 す る か が わ か れ ば,そ を 知 る こ と が で き る.し か し,実 の成 因 際 の 野 外 調 査 に お い て は, 露 出 や 風 化 ・変 質 の 状 況 に よ っ て デ ー タ が 不 足 し た り,デ ル ー ル ベ ー ス を用 い た 地 質 学研 究 ・教 育 支 援 エ キ ス パ ー トシス テ ム 第1表 エ キ ス パ.̲ト シ ス テ ムVolcaniclastの のApPendix IIに も とつ く.Originが 大 区 分 を あ ら わ し て い る.各 87 基 礎 と な っ て い る 火 山 砕 屑 岩 の 成 因 に よ る 分 類.Cas 成 因 に よ る 分 類,Class(Grainsize‑textural 細 分 項 目 に 付 さ れ て い る 番 号 は,Cas and class)が Wright(1987)に and Wright(1987) 粒 径 と組 織 に よ る 用い られて い る分類 番 号 を 踏 襲 し た も の. ータの 質 が 高 め られ な い場 合 が あ るた め,確 定 的 な 答 が 得 し,そ の 条 件 の 存 在 を野 外 デ ー タ中 に捜 す とい う フ ィ ー ド られ な い場 合 が 多 い.よ っ て,開 発 す るエ キ ス パ ー トシス バ ッ ク(つ ま り後 向 き推 論)を テ ム に お い て は,ひ とつ の解 答 を確 定 的 に出 力 す るの で な 判 定 結 果 を得 る上 で この よ う な推 論 プ ロセ ス は重 要 で あ る く,最 終 判 定結 果 と して これ ら41種 類 の そ れ ぞ れ に対 す る が,本 研 究 で は シ ン プル な プ ロ トタ イ プの 試 作 と評 価 に主 確 信 度(後 述)の 眼 をお い た た め,現 段 階 で は 後 向 き推 論 を組 み 入 れ ない こ リス トを出 力 す る よ うな 推 論 をお こな わ せ る こ とに した. 通常 我 々 は,火 山砕 屑 岩 の 成 因 を推 定 す る 場 合 に,多 種 しば しば お こ な う.正 しい と に した. 野 外 観 察 デ ー タか らの帰納 的推 論 に は,さ ま ざまな岩相 ・ 多 様 の 野外 観 察 デ ー タか らの 帰 納 に よ って 判 定 結 果(推 論 岩 質 上 の 特徴 をデ ー タ と して 用 い る こ と に な る.こ の 種 の の ゴー ル)を め ざす前 向 き推 論 をお こな う.し か し,場 合 デ ー タ を計 算 機 シス テ ム 中 に入 力 す るた め に は,ま ず 火 山 に よっ て は,帰 納 的推 論 に よっ て 暫 定 解 を得 た 後,そ の 暫 砕 屑 岩 の 岩 相 上 の 特徴 には どの よ うな もの が あ るか(変 数 定 解 が 成 り立 つ場 合 の 必 要 条件 や 十 分 条 件 を演 繹 的 に思 考 の 種 類),そ し て そ れ ら の 取 り得 る 値 が 何 と何 で あ る か 小山 88 第2表 エ キ ス パ ー トシ ス テ ムVolcaniclastが 真人 用 い て い る フ ァ ク トの リ ス ト.フ ァ ク ト名 と そ の 意 味,各 フ ァ ク トの 取 り得 る 値 と そ れ ら の 意 味 を記 し た. (変 数 の 取 り得 る 解 の 範 囲)を あ ら か じめ リ ス ト ア ッ プ し, デ ー タ を 受 け 入 れ る 枠 組 み を 設 計 し て お く必 要 が あ る. 上 述 し たCas and Wright(1987)の 分 類 表 に は,成 因 こ な う.こ の 入 力 ウ ィ ン ド ウ を使 っ て,(A)フ (B)フ ァ ク ト値 の フ ォ ー マ ッ ト の 設 定(文 間/整 数/小 数 点 を も つ 数/金 ァ ク ト名, 字/日 額/Yes・Noの 付/時 別),(C) 学 的 分 類41種 そ れ ぞ れ に つ い て 岩 相 上 の 細 か な 特 徴 が 文 章 ユ ー ザ ー に フ ァ ク ト値 を 得 る た め の 質 問 を す る か 否 か, と して ま と め ら れ て い る.筆 (D)こ (A)粒 径,(B)礫 様/非 一.様性,(D)淘 形,(G)特 (1)地 汰 度,(E)礫 徴 的 な 構 造 ・組 織,(H)層 目 に 分 類 し,そ た(第2表).そ の 岩 相 上 の 特 徴 を, の フ レ ー ム ワ ー ク,(C)礫 層 と し て の 形 態,(J)し の10項 者 は,こ の岩 質の一 の 岩 質,(F)礫 の外 理 の 有 無 と 種 類, ば し ば 伴 う別 種 の 堆 積 物, れ ら の 取 り得 る 値 を リ ス トア ッ プ し し て,こ れ ら10項 目 を 事 実 ベ ー ス の 基 本 構 造 と な る フ ァ ク ト と し て 定 義 す る こ と に し た. の フ ァ ク トを 推 論 ゴ ー ル とす る か 否 か,(E)フ ク トの 取 り得 る 値 の 範 囲 設 定(2つ 否 か,値 は 数 値 か 文 字 か,値 実(フ ァ ク ト)ベ の 入 力 ウ ィ ン ド ウ(第2図)を 順 に 入 力 す る こ と に よ っ て, 第2表 に 示 した す べ て の フ ァ ク トを 定 義 し た. フ ァ ク トの 定 義 に お い て ユ ー ザ ー へ の 質 問 を 有 と し た 場 合 は,第2図 の画面左下の 「Open'?'」 問 内 容 の 編 集 ウ ィ ン ド ウ を 呼 び だ し,そ ース の構 造 の定 義 事 実 ベ ー ス の 基 本 構 造 と な る フ ァ ク トの 定 義 は,定 が 数 値 の 場 合 は そ の 範 囲,値 が 文 字 の 場 合 は 答 の 文 字 列)を す る 質 問 を 書 き こ む(質 3.2事 が で き る).ま 義用 メ ニ ュ ー か ら呼 び 出 し て お ァ 以 上 の 値 を 取 り得 る か た,ユ ボ タ ン を押 し て 質 こ に ユ ー ザ ー に対 問 に グ ラ フ ィ ク ス を貼 り こ む こ と ーザ ーが 質 問 の 意 味 を た ず ね た 場 合 の 答 を あ らか じめ 用 意 す る こ と がで き る.こ の 答 は,「Open'?'」 ボ タ ン の 隣 に あ る 「Explain」 ボ タ ン を押 して 別 の 編 集 ウ ィ ル ー ルベ ース を用 い た地 質 学 研 究 ・教 育 支 援 エ キ スパ ー トシス テ ム (B)ル ー ル 属 性(ル う ち のIF部(条 ま た,ユ ー ル の 分 類 名),(C)IF...THEN...の 件)お き の 動 作 内 容)を 89 よ びTHEN部(条 件 が 合 致 した と そ れ ぞ れ 入 力 す る こ とに よ っ て お こ な う. ー ザ ー が 推 論 の 根 拠 を た ず ね た 場 合 の 答 と し て, ル ー ル に 対 す る 注 釈 を あ ら か じめ 用 意 す る こ と が で き る. こ の 注 釈 は,第3図 左 下 の 「Explain」 ボ タンに よ って 呼 び だ さ れ る 編 集 ウ ィ ン ド ウ に 書 き こ む.さ 「Annotate」 に,ル Developerに よ る 事 実(フ ァ ク ト)の ー ル の 補 助 的 な 注 釈 を 書 き こ む こ と が で き る. す る ル ー ル(「Startup」 (多 くの 場 合,ユ ス テ ム 立 ち 上 げ 時 に最初 に動 作 と 呼 ば れ る 特 別 ル ー ル)の も お こ な う.「Startup」 定 義 作 業 中 の 画 面. の ボ タ ンに よ っ て呼 び だ さ れ る編 集 ウ ィ ン ドウ ル ー ル 定 義 の 際 に は,シ 第2図Intelligent ら に,隣 ル ー ル は,推 入 力 論 開 始 時 の 動作 ーザ ー に対 す る最 初 の 質問 をお こな うフ ァ ク トま た は ル ー ル を 動 作 させ る)を 指 定 す る た め の 特 別 ル ー ル で あ る.本 シ ス テ ム に お け る 「Startup」 ス テ ム の 名 前 を 表 示 し た 後,「Grain」 の3つ の フ ァ ク ト(第2表 参 照)を の フ ァ ク トの 動 作 に よ っ て,ユ ル ー ル は,シ 「Frame」 「Compo」 次 々 に 動 作 さ せ る.こ ーザ ーに対 しそれぞ れ の フ ァ ク ト値 を た ず ね る 質 問 が 発 せ ら れ る. 以上の入力作業のの ち 容 を 保 存 し,ひ 例 を 第3表 「Save」 ボ タ ンに よって定 義 内 と つ の ル ー ル の 記 載 を 完 了 す る.ル ー ルの に示 す. 本 研 究 で 作 成 し た シ ス テ ム の ル ー ル 総 数 は76で あ る.現 第3図Intelligent Developerに の 画 面.ル よる ル ー ル の定 義 作 業 中 段 階 に お い て,「StartUp」 で 書 か れ て い る.こ ン ド ウ を 呼 び だ し,そ こ に 質 問 の 意 味 を書 き こ む こ と に よ っ て 設 定 す る. な う.こ 論 の ゴ ー ル と して 働 く フ ァ と呼 ば れ る 特 別 フ ァ ク ト)の 設 定 もお こ の フ ァ ク ト に対 して は,「 そ の フ ァ ク トを推 論 ゴー ル と す る か 否 か 」 を 「Yes」 に 設 定 す る. 以 上 の 入 力 ・設 定 作 業 の 後,「Save」 義 内 容 を 保 存 し,ひ と つ の フ ァ ク トの 定 義 を 完 了 す る.フ ァ ク トの 一 例 を 第2図 に 示 す.こ の 名 前 は 「Geometry」 で は 文 字 列)の 層 と して の 形 態 の 種 類 の フ ァ ク トの 取 り得 る 値(こ リス トが 第2図 に 示 さ れ て お り,mb(mantle こ の 「Range of List」 bedding:下 位 層 表面 の 凹 凸 を カ ー ペ ッ ト状 に 覆 う),vp(valley の 形 態 を も つ),1ens(lensoidal:レ ponding:谷 ン ズ 状)の3種 来においては第 きで あ る が,現 段 階 にお い て は筆 者 個 人 の火 山地 質学 者 と し て の 経 験 ・ノ ウ ハ ウ を ベ ー ス に し た あ る 種 の 「心 証 」 を 数 字 化 した もの に な っ て い る. の よ う な ル ー ルの 集 合 か ら な る本 シ ス テ ム に お い て は,た と え ば,あ る 火 山 砕 屑 岩 に 対 し て 「プ リ ニ ー 〜 準 プ リニ ー 式 降 下 火 砕 堆 積 物 」 で あ る こ と を 裏 づ け る 証 拠 こ に例 示 され た フ ァ ク ト で あ り,地 を 値 とす る(第2表).こ の 確 信 度 は,将 ー ル に対 す る で 示 す よ う な 確 率 論 に も とづ く 値 が 与 え ら れ る べ 第3表 ボ タ ンによ って定 の 例 に示 す よ う な 形 こ で 問 題 と な る の が,ル 確 信 度 の 与 え 方 で あ る.こ 4.2節 フ ァ ク トの 定 義 の 際 に は,推 ク ト(「Judge」 な ど の 特 別 ル ー ル を 除 く本 シ ス テ ム 中 の す べ て の ル ー ル は,第3表 ー ル の 一 例 が 示 さ れ て い る. の欄 が 多 く集 ま る ほ ど,推 subplinian fallout」 て い く こ と に な る.こ 4.2節 論 ゴール 「Judge」 中の の 確 信 度 は 加 算 さ れ て100%に 「Plinian‑ 近づい の確信 度 の加 算方 法 につ いて は第 で 議 論 す る. 埋 め 3.4推 であ ル ー ル入 力 の後,推 論 動 作 に お け る環 境 の 設 定 をお こな る こ と が わ か る. 論 動 作 の環 境 設 定 う.メ ニ ュ ーか ら環 境 設 定 用 の ウ ィ ン ドウ を呼 び だ し,後 向 き推 論/前 向 き推 論 の 有 無,推 論 に確 信 度 を使 用 す る か 3.3ル ールベース内容の入力 ル ー ル ベ ー ス へ の ル ー ル の 入 力 は,ル ドウ(第3図)を 否 か,確 信 度 を表 示 す る場 合 の下 限値,推 論 の最 終 ゴー ル ール編集用 ウィン メ ニ ュ ー か ら 呼 び 出 し,(A)ル ー ル 名, と して め ざす フ ァ ク トの 指 定,な どの 設 定 をお こ な う. 先 に述 べ た よ う に,本 シス テ ムで は後 向 き推 論 だ け を お 小山 真人 90 第3表 エ キ ス パ ー トシ ス テ ムVolcaniclastの ス に 格 納 さ れ て い るIF...THEN...ル 最 上 段 の ル ー ル の 意 味 は,も 良 好(good)で あ れ ば,推 ル ールベ ー ー ル の 例. し淘 汰(Sorting)が 論 ゴ ー ル で あ る 「Judge」 中 の 「プ リ ニ ー 式 〜 準 プ リ ニ ー 式 降 下 火 砕 堆 積 物 (17:Plinian‑subplinian F)に30%,「 fallout)」 の 確 信 度(C ス トロ ン ボ リ 式 〜 ハ ワ イ 式 降 下 火 砕 堆 積 物(18:Strombolian‑hawaiian の 確 信 度 に30%,「 Air‑fall ash)」 fallout) 砂 サ イ ズ の 降 下 火 山 灰(35: の 確 信 度 に40%,「 下 火 山 灰(40:Air‑fall ash)」 そ れ ぞ れ 加 算 せ よ,で あ る.そ ら れ て い る 番 号 は,Cas and 用 い ら れ て い る 分 類 番 号.他 ら わ れ る 略 号 の 意 味 は,第2表 泥 サ イズ の降 の 確 信 度 に20%を れ ぞ れ の解 に冠 せ Wright(1987)に の2つ の ル ー ル にあ 第4図 ユ ー ザ ー が エ キ ス パ ー ト シ ス テ ムVolcaniclast を 参 照. を 使 用 す る 際 の 画 面 の 一 例. 盾 の 発 見 ・修 正 を お こ な っ た 後,再 度 コ ンパ イ ル を や り 直 す こ と に な る. 4.シ ス テ ム の 動作 と問 題 点 4.1シ ス テ ム の動 作 コ ンパ イ ル を 終 了 し た シ ス テ ム(Volcaniclastと を 立 ち 上 げ る と,ま ず 「Startup」 ル ー ル が 動 作 し,入 し て お い た ス タ ー ト画 面 が 現 わ れ る.こ ン を 押 す こ と に よ っ て,推 Intelligent 推 論 は,次 (1)ル こで の よ う な サ イ ク ル に し た が っ て 実 行 さ れ る. ー ル ベ ー ス 内 の 各 ル ー ル のIF部 が,事 合 ル ー ル セ ッ トの 中 か ら,推 し,ま タ ー ン マ ッ チ). 論 動 作 中 も っ と も最 ル と して 「Judge」 を指 定 した.ま た,開 発 途 中 の プ ロ ト タ イ プ で あ る た め,確 信 度 表示 の 下 限値 は設定 しなか った. 以 上 の設 定 作 業 の の ち,「OK」 ボ タ ンを押 す こ とに よ っ て推 論 動 作 の環 境 設 定 を完 了 す る. 合 の 解 消).も だ 実 行 され て い ない ル ー ルが 複 数 取 り出 さ れ た 場 合 は,そ 設 定 し,推 論 ゴ ー 実 ベ ース の 件 をみ た した ル ー ルが 取 り出 され 近 実 行 さ れ た ル ー ル が 選 択 さ れ る(競 推論」 「 確 信 度 使 用 」 をそ れ ぞ れONに の 中 か ら1つ の ル ー ルが ラ ンダ ム に選 択 さ れ る. (3)選 択 さ れ た ルー ル のTHEN部 が 実 行 さ れ,事 実 ベ ー ス 内 の フ ァ ク ト値 が 更 新 さ れ る. Volcaniclastの 動 作 は 対 話 型 式 で あ り,ユ 地 質 調 査 で 得 た 火 山 砕 屑 岩 の 特 徴 を,シ に 答 え る 形 で 入 力 して ゆ く.実 ーザ ー は野 外 ステムの出す質問 際 に は,フ ァ ク トの 定 義 時 に 入 力 した 質 問 が 次 々 と 現 わ れ る(第4図).質 3.5コ は 取 り得 る 答 の リ ス トが あ ら わ わ れ,ボ ンパ イ ル 以 上 の入 力 ・設 定作 業 を終 えた 後,シ ス テ ム全 体 の コ ン ボ タ よ っ て 開発 さ れ た シ ス テ ム の て 競 合 ル ー ル セ ッ トが 作 ら れ る(パ こ ない,か つ 確 信 度 を使 用 す る こ とに し た の で,「 後 向 き 「OK」 力 論 動 作 が 開 始 す る. Developerに 内 容 と照 合 さ れ,条 (2)競 名 づ け た) よ っ て 答 を 選 択 す る.答 問 の下 に タ ンを押 す こ とに を 入 力 し た 後,右 下 の 「OK」 ボ パ イ ル(実 行 フ ァ イル の 生 成)を お こ な う.コ ンパ イル は, タ ン を 押 す こ と に よ っ て 次 の 推 論 が 開 始 さ れ,次 メ ニ ュ ー か ら 「Compile」 コマ ン ドを実 行 す る こ と に よ っ 表 示 さ れ る.答 が 不 明 の 場 合 は 「Unkown」 て 自動 的 に お こな わ れ る.ル ー ルや フ ァ ク ト中 に入 力 ミス こ の 場 合 は,答 が な い も の と し て 推 論 が 続 行 す る.質 や論 理 の 自己 矛 盾 が ない 場 合,コ 意 味 を 問 い た い 場 合 に は 「Info」 ボ タ ン を押 す こ と に よ っ ンパ イ ル は成 功 し,シ ス テ ム の構 築 が 完 了 す る.コ ンパ イ ルが 失 敗 した場 合 は,専 用 の デ バ ッ ガ(動 作 試 験 機 能)を 用 い て入 力 ミスや 自 己矛 て,フ の質問が ボ タ ン を押 す. 問の ァ ク ト定 義 時 に 入 力 し た 質 問 の 意 味 が 表 示 さ れ る. Volcaniclastが 発 す る 質 問 の 例 を 第5図 に 示 し た.出 さ ル ー ルベ ース を用 い た地 質学 研 究 ・教 育 支 援 エ キ スパ ー トシ ス テ ム 第6図 91 エ キ ス パ ー ト シ ス テ ムVolcaniclastの 出す 判 定 結 果 の 一 例. も大 き い 確 信 度 で 正 し い 解 答 を 得 る こ とが で き た.し な が ら,正 しい 解 答 以 外 に,実 に 入 っ て く る 場 合 が 多 い.た か し 際 に は あ りえ な い答 が 上 位 と え ば,第6図 は典 型 的 な 降 下 軽 石 の 野 外 デ ー タ を 入 力 した 最 終 結 果 で あ る.93%と い う高 い 確 信 度 を も っ て 正 しい 解 答 「Plinian‑subplinian fallout」 が 得 ら れ て は い る が,「Block lava」 や 「Aa lava」 の よ う な 首 を か し げ た く な る 答 が,か な りの 確 信 度 で 上 位 に 入 っ て い る. こ の 点 に か ん し て は,Intelligent Developer内 部 に最 初 か ら組 み 入 れ ら れ て い る 確 信 度 加 算 の 計 算 式 に 問 題 が あ る よ う で あ る.Intelligent Developerに お い て は,Aと い う 条 件 が 成 り立 つ と き の 事 象Cの 確 信 度 がP(C￨A)(%),B と い う 条 件 が 成 り立 つ と き の 事 象Cの (%)で あ る 場 合,AとB両 確 信 度 がP(C￨B) 方 の 条 件 が 成 り立 つ 時 の 事 象C の 確 信 度P(C￨A∩B)(%)を P(C￨AnB)=P(C￨A)十P(C￨B)一P(C￨A)P(CIB)/100(1) と い う 式 で 計 算 して い る.し 第5図 エ キ ス パ ー ト シ ス テ ムVolcaniclastが に対 し て 出 す 質 問 の 例.(上)堆 た ず ね て い る.(中)礫 (下)特 ユ ーザ ー 積 構 造 の種類 を の 外 形 を た ず ね て い る. 徴 的 な 構 造 ・組 織 の 有 無 と 種 類 を た ず ね て い る. 的 な 意 味 は 説 明 さ れ て い な い.(1)式 operの る(第6図). (1)式 を 適 用 し た 場 合,成 本 シス テ ム の推 論 の妥 当性 を確 か め る た め に,実 際 の野 Devel‑ り立 つ 条 件 の 数 が 増 え る ほ ど 近 づ い て ゆ く こ と に な る.し か し な が ら, 一 方 で 成 り立 た な い 条 件 が い く ら増 え て も,成 (た と え ばXと ス テ ム の 問題 点 は,Intelligent 易 に 変 更 で き な い よ う に な っ て い る. 度 はXが 4.2シ の式の確率論 内 部 関 数 と し て あ ら か じ め 組 み こ ま れ て お り,容 確 信 度 は100%に れ たす べ て の 質 問 に答 え た後,最 終 的 な推 論 結 果 が示 され か し な が ら,こ す る)が ひ と つ あ っ た 場 合,最 成 り 立 つ と き の 事 象Cの な ら な い.よ っ て,成 り立 つ 条 件 終的 な確 信 確 信 度P(C￨X)以 下には り立 た な い 条 件 が 数 多 くあ り,常 識 的 に は と て も あ り得 な い と考 え ら れ る よ う な 事 象 の 確 信 度 外 地 質 デ ー タ を入 力 して推 論 動 作 をお こ な わせ てみ た.そ が,た の 結 果,典 型 的 な野 外 地 質 デ ー タ を入 力 した場 合 に は,最 高 い 値 に な っ て し ま う こ とが あ る. ま た ま 成 り立 つ 条 件 が ひ とつ あ る が た め に,か な り 小 92 厳 密 に はP(C￨A∩B)は 山 以 下 の式 で計算 され るのが妥 当 真 人 合 に は 正 しい 解 答 が 最 大 の 確 信 度 を も っ て 得 ら れ る こ と, で あ る と考 え られ る.す な わ ち,事 象Cの 出現確 率 をP(C), シス テ ムの 発 す る質 問 の意 味 が 成 因論 上 の基 礎 知 識 と と も 事 象Cが 出現 しな い確 率 をP(〓),事 に 対 話 形 式 で 示 さ れ る こ と か ら,現 AとBの 象Cが 出 現 す る と き に 条件 が と も に成 り立 つ確 率 をP(A∩B￨C),事 が 出現 しな い と きにAとBの P(A∩B￨C)と 象C 条 件 が と も に 成 り立 つ 確 率 を 在 の 状 態 で もVolcani‑ clastは 学 部 レベ ル の 学 生 教 育 用 と し て 十 分 な 利 用 価 値 が あ る.今 後,こ の プ ロ トタイ プ を改 良 す る こ と に よ っ て 専 門 家 支 援 の 用 途 に も耐 え ら れ る レ ベ ル を め ざ し,さ す る と,ベ イズ の 定 理 に よ り, らに複 雑 な知 識 を あつ か うシ ス テ ム 開発 の基 礎 と した い と (2) P(C|A•¿B)=P(C)P(AfB|C)/ P(C)P(A•¿B|C) こ こ で,さ ら にAとBが 考 え て い る. +P(•¬)P(A•¿B|•¬) なお,本 互 い に 独 立 で あ る と す れ ば,(2) 論 で 使 用 した 機 器 ・ソ フ トウ ェ ア の う ち,Macin‑ toshとHyperCardはApPleComputer社 DeveloperはHyperpress 式は Publishing社 telligent Developerの P(C)P(A|C)P(B|C)/ の,Intelligent の 製 品 で あ る.In‑ 日本 語 版 は,(株)テ ス コ ム(〒586河 内 長 野 市 荘 園 町2‑16.TelO721‑56‑1562)が P(C|A•¿B)= 扱 っ て い る. P(C)P(A|C)P(B|C)+P(•¬)P(A|•¬)P(B|•¬) の よ う に 変 形 で き る.た る と き 条 件Aが だ し,P(A￨C):事 象Cが 成 立 す る 確 率,P(B￨C):事 象Cが 謝 出現す 出現 す る 本 シ ス テ ム の 開 発 に あ た って は,御 子 柴 彰,渋 谷 秀 敏, と き 条 件Bが 成 立 す る 確 率,P(A￨〓):事 象Cが 出現 しない 河 田雅 圭,早 と き条 件Aが 象Cが 出現 しない い た だ い た.こ 成 立 す る 確 率,P(B￨〓):事 と き条 件Bが 成 立 す る 確 率,で あ る.将 し,こ 川 由 紀 夫 の 各 氏 か ら様 々 な形 の 助 力 と助 言 を こ に深 い 感 謝 の 意 を表 す る.な お,本 研 究 に文 部 省科 学研 究 費 補 助 金(課 題 番 号02559007)を 来 的 に は(3)式 に よ る 確 信 度 計 算 を シ ス テ ム に 組 み 込 む べ き で あ る.た 辞 だ 使用 し た. の 場 合 に は,P(C),P(A￨〓),P(A￨C),P(B￨〓), P(B￨C)の 値 をあ らか じめ ル ー ル と して 与 え て お く必 要 が 文 Cas,R.A.F.,and あ る. 献 Wright,J.V.(1987)Volcanic Succes‑ sions.Allen&Unwin,London,479‑485. 5.お わりに 大 須 賀 節 雄(1986)知 本 研 究 で は,地 質 学 の 専 門 家 の 「職 人 芸 」 を代 替 す る シ Pearce,J.A.(1987)An ス テ ム 開 発 の 第 一 歩 と して,火 山 砕 屑 岩 の 成 因推 定 に問 題 characterization を限 定 し た 小 規 模 な エ キ ス パ ー トシ ス テ ムVolcaniclast Geotherm. を試 作 ・試 用 した.典 型 的 な野 外 地 質 デ ー タ を入 力 した場 要 識 ベ ー ス 入 門.オ expert of ancient ー ム 社,206p. system volcanic for the tectonic rocks.J.Volcanol. Res.,32,51‑65. 上 野 晴 樹(1985)知 識 工 学 入 門.オ ー ム 社,231p. 旨:ル ー ル ベ ー ス を用 い た 地 質 学研 究 ・教 育 支 援 エ キ スパ ー トシ ステ ム ―火 山 砕 屑 岩 の 堆 積 様 式 推 定 を例 と して:小 山真 人 地 質 学 の専 門 家 の 「職 人 芸 」 を 代 替 す る シ ス テ ム 開 発 の 第 一 歩 と し て,火 た 小 規 模 な 研 究 ・教 育 支 援 シ ス テ ムVolcaniclastを タMacintoshと,そ 発 に はApple社 の 上 で 動 くエ キ ス パ ー トシ ス テ ム 開 発 環 境 で あ るHyperpress社 ち い た.Volcaniclastは,ル ェ ー ス の4部 試 作 ・試 用 し た.開 山砕 屑 岩 の 成 因 推 定 に 問 題 を 限 定 し ー ル ベ ー ス,事 実(フ ァ ク ト)ベ 分 か ら な る ルー ル ベ ー ス シ ス テ ム で あ り,火 の フ ァ ク ト に 格 納 し て い る.典 ら れ る こ と を 確 認 で き た.こ ー ス,推 のIntelligent 論 エ ン ジ ン,対 Developerを く な く と もVolcaniclastは も 話 型ユ ーザ ーイ ンター フ 山 砕 屑 岩 の 成 因 推 定 に か ん す る 知 識 を76の 型 的 な 野 外 地 質 デ ー タ を 入 力 し た 場 合 に,正 の こ と か ら,す のパ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー ル ー ル と11 しい 解 答 が 最 大 の 確 信 度 を も っ て 得 学 部 レベ ル の 学 生 教 育 用 と して 十 分 な 利 用 価 値 が あ る. キ ー ワ ー ド:エ キ ス パ ー トシ ス テ ム,ル ー ル ベ ー ス,マ ッ キ ン ト ッ シ ュ,火 山 砕 屑 岩,堆 (1994年2月28日 積様式 受 付,1994年6月15日 受 理)