JPH0774995B2 - 定性推論システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、装置などの挙動や自然
現象などの因果関係を定性的に解析可能な定性推論シス
テムに係り、特に、挙動解析において生じる状態の遷移
の曖昧性を削減可能な定性推論システムの曖昧性削減方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】定性推論システムは、解析対象の変数
を、現在の値（または値の範囲）と、その値の変化の状
態で捕らえる。変化の状態とは、増加、減少、一定の３
状態である。そして、装置などの挙動は、アナログ的に
解析するのではなく、挙動の変化する点のみをディジタ
ル的に解析する。挙動の変化する点とは、例えば、氷を
熱する場合では、温度が０度の時と１００度の時であ
る。すなわち、氷が水、水が蒸気に変化する点であり、
この点を境界標（ランドマーク）と呼ぶ。このディジタ
ル的に解析される点を瞬間的な状態、ある瞬間的な状態
とつぎの瞬間的な状態との間を区間の状態と呼ぶ。１個
以上のランドマークにおいて、この瞬間的な状態が起こ
る。定性推論システムは、瞬間的な状態と区間の状態、
および、その状態遷移の順序を求める。

【０００３】さて、ここで、上記の氷を熱する場合の例
では、ランドマークを持つ変数が温度のみである。この
ため、初期状態として、例えば、温度が−１０度から値
が増加状態であると与えられれば、（１）温度が−１０
度のときの瞬間的な状態、（２）温度が−１０度から０
度のときの区間の状態、（３）ランドマークが０度のと
きの瞬間的な状態、（４）温度が０度から１００度のと
きの区間の状態、（５）ランドマークが１００度のとき
の瞬間的な状態と状態が遷移することが求められる。し
かし、ランドマークを持つ変数が複数ある場合は、どの
変数のランドマークが最初に遷移するものかをその値だ
けからでは判断できない。すなわち、曖昧性が生じるこ
とになる。

【０００４】従来の定性推論システムでは、この曖昧性
を生成−テスト法を中心として解消する。これは、可能
なすべての解を枚挙して、それらの組合せのうちで制約
を満たすもののみを得る方法である。可能な解とは、区
間から瞬間に移る場合は、ランドマークに達する場合と
達しない場合であり、瞬間から区間に移る場合は、ラン
ドマークに留まる場合と、移行する場合である。これら
については、例えば、「定性推論；知識情報処理シリー
ズ別巻１、共立出版」などにおいて、述べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の状態遷移の曖昧
性を解消する生成−テスト法は、区間から瞬間に移る毎
に可能なすべての解を枚挙して、その組合せの制約をテ
ストする必要があるため、処理量が増大してしまう問題
があった。

【０００６】本発明の目的は、状態遷移の曖昧性を処理
量を増やすことなく解消することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】解析対象であるオブジェ
クトの構造を記述する構造情報ファイルと、上記オブジ
ェクトの変数間の各種の関係式を少なくとも登録する知
識ベースと、上記オブジェクトの変数間の各種の関係式
のうち、推論に必要な関係式を登録するワーキングメモ
リと、上記ワーキングメモリに登録された上記オブジェ
クトの変数間の関係式に基づいて、上記オブジェクトの
変数の値または値の範囲求めるために制約問題を解く制
約ソルバーと、上記構造情報ファイル、上記知識ベー
ス、上記ワーキングメモリおよび上記制約ソルバーを用
いて、物理量に基づく上記オブジェクトの挙動を定性的
に推論する推論手段とを備えた定性推論システムにおい
て、上記構造情報ファイルに記述された上記オブジェク
トの構造と上記知識ベースに登録された上記オブジェク
トの変数の関係式に従って、所定の仮定に基いて上記制
約ソルバーにて上記仮定を解析し、各オブジェクトに矛
盾する状態が存在しないように各オブジェクトの変数の
現在の瞬間の値を求める瞬間状態内解析手段と、上記知
識ベースに登録された上記オブジェクトの変数の関係式
に従って、上記瞬間状態内解析手段で求めた各オブジェ
クトの変数の現在の瞬間の値から、次に挙動が変化する
各オブジェクトの変数のランドマークを推定するランド
マーク推定手段と、上記瞬間状態内解析手段で求めた各
オブジェクトの変数の現在の瞬間の値と、上記ランドマ
ーク推定手段で推定された次に挙動が変化する各オブジ
ェクトの変数のランドマークの値を制約条件として与
え、上記構造情報ファイルに記述された上記オブジェク
トの構造と上記知識ベースに登録された上記オブジェク
トの変数の関係式に従って、上記制約条件に基いて上記
制約ソルバーにて各オブジェクトの変数の現在の瞬間の
値から次に挙動が変化する各オブジェクトの変数のラン
ドマークまでの区間の状態を解析し、各オブジェクトの
変数の値の範囲を求める区間状態内解析手段と、上記知
識ベースに登録された上記オブジェクトの変数の関係式
に従って、上記ランドマーク推定手段にて推定されたラ
ンドマークのうち、上記区間状態内解析手段で求めた各
オブジェクトの変数の値の範囲に含まれるもののみを最
終的なランドマークと決定するランドマーク決定部とを
上記推論手段に備えたことにより、上記目的を達成す
る。

【０００８】

【作用】各変数に現在の瞬間の状態の値と推定された次
のランドマークの値の範囲を制約条件として与える。こ
れにより、式の制約問題を解く制約ソルバーは、与えら
れた値の範囲が広すぎて、他の変数と矛盾する場合は、
その値の範囲を制限することにより、互いに矛盾のない
状態を作り出す特徴がある。また、現在の瞬間の状態の
次は、求められたいずれかのランドマークの瞬間の状態
となり、そのランドマークの変数の制約（値の範囲）は
制約ソルバーの計算においても制限されない。このた
め、値の範囲が制限された変数のランドマークは次の瞬
間の状態のランドマークとはならないため、外してもよ
い。また、次のランドマークとなる変数や、他の変数と
の関係が明確に記載されていない変数の制約（値の範
囲）は制限されないため、必要なランドマークが失われ
ることはない。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。図
１において、知識ベース１には、オブジェクトや物理法
則の知識が登録される。電子回路におけるトランジスタ
のオブジェクトの例を図２に示す。ここでは、トランジ
スタは、ベース、コレクタ、エミッタの各端子毎の電
圧、電流、抵抗や電流増幅率（ｂｅｔａ）などを変数と
して持つことが記述される。さらに、トランジスタは、
ベース−エミッタ間電圧（ｖｂｅ＠Ｔｒ）を条件とし
て、ｏｎとｏｆｆの２状態を持つことが定義される。す
なわち、ベース−エミッタ間電圧が０．７Ｖ以上のとき
がｏｎで、０．７Ｖ未満の場合がｏｆｆとなる。そし
て、各状態において成り立つ変数間の関係式が定義され
る。例えば、ｏｎ状態では、コレクタ電流（ｉｒ＠ｃ！
Ｔｒ）は、ベース電流に電流増幅率を乗じたものという
関係（ｂｅｔａ＠Ｔｒ＊ｉｒ＠ｂ！Ｔｒ）が定義され
る。すなわち、ベース−エミッタ間電圧が０．７Ｖ以上
のとき、トランジスタはｏｎ状態の変数間の関係式のモ
デルで構成される。

【００１０】次に、本発明を図３に示すシュミットトリ
ガ回路の挙動の解析に応用した場合を例に説明する。シ
ュミットトリガ回路の構造の記述の一例を図４に示す。
これは図１の構造情報ファイル２に登録する。ここで
は、シュミットトリガ回路は、２つのトランジスタ（Ｔ
ｒ１，Ｔｒ２）と５つの抵抗（ＲＬ１など）から構成さ
れ、それぞれがどう接続されているかが記述されている
（ｃｏｎｎｅｃｔ（・・・））。また、挙動解析時の初
期条件（図４の入力電圧ｖｒ＠Ｉｎｐ＝１０Ｖなど）も
ここに登録する。

【００１１】さて、推論部３では、まず瞬間状態内解析
部３１が起動し、初期設定を行なう。すなわち、構造情
報ファイル２から初期条件などを取り込みワーキングメ
モリ４に登録する。つぎに、構造情報ファイル２に記述
された構造を構築する。構造情報ファイル２には、図４
に示すように、回路は２つのトランジスタと５つの抵抗
から構成されていると書かれているので、知識ベース１
から２つのトランジスタと５つの抵抗のオブジェクトを
コピィーして、ワーキングメモリ４に登録する。具体的
には、知識ベース１に記述された図２のオブジェクトの
変数間の関係式が登録される。ここで、トランジスタの
場合、回路の全ての素子が登録されるまで、ベース−エ
ミッタ間電圧が決定されない場合が多い。このため、ト
ランジスタを登録する場合、ｏｎ状態の変数間の関係式
を登録していいのか、ｏｆｆ状態の変数間の関係式を登
録していいのが決められない。このような場合は、図４
のトランジスタＴｒ１とＴｒ２のそれぞれのベース−エ
ミッタ間電圧が０．７Ｖ以上のときと、０．７Ｖ未満の
場合の４通りの組合せの仮定に基づいて解析を行なう。
トランジスタＴｒ１とＴｒ２のどちらのベース−エミッ
タ間電圧も０．７Ｖ以上の仮定を行なうと、トランジス
タＴｒ１とＴｒ２は共にｏｎ状態の変数間の関係式がワ
ーキングメモリ４に登録される。制約ソルバー５は、ワ
ーキングメモリ４に登録される式を計算し、変数の値、
あるいは値の範囲を求める。この制約ソルバー５は、例
えば、線形計画法などで実現できる。図４のシュミット
トリガ回路の初期状態の場合は、トランジスタＴｒ１が
ｏｎで、Ｔｒ２がｏｆｆのときのみ、矛盾することなく
解析できる。それ以外は、矛盾する在りえない状態であ
る。そして、トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間
電圧は、０．７０５Ｖで減少状態、トランジスタＴｒ２
のベース−エミッタ間電圧は、−４．６１３Ｖで増加状
態であることが求まる。また、抵抗１の電圧は、５．５
３７Ｖで減少状態であることが求まる。

【００１２】つぎに、ランドマーク推定部３２は、瞬間
状態内解析部３１の結果に基づいて各変数のランドマー
クを求める。ランドマークとしては、オブジェクトの条
件などから求める。これは、オブジェクトの条件は、オ
ブジェクトの状態を変化させる点を示すためであり、ト
ランジスタＴｒ１、Ｔｒ２とも、ベース−エミッタ間電
圧＝０．７Ｖが候補となる。ここで、トランジスタＴｒ
１のベース−エミッタ間電圧は、０．７０５Ｖで減少状
態、トランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間電圧は、
−４．６１３Ｖで増加状態であるため、どちらもベース
−エミッタ間電圧＝０．７Ｖがランドマークとして得ら
れる。

【００１３】区間状態内解析部３３は、ワーキングメモ
リ４をクリアした後、初期条件として、各変数に瞬間状
態内解析部３１で求められた現在の瞬間の状態の値と、
推定された次のランドマークの値の範囲を制約条件とし
て与えた後、瞬間状態内解析部３１と同様に構造情報フ
ァイル２に記述された構造を構築する。すなわち、トラ
ンジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧は、０．７０
５Ｖ〜０．７Ｖ、トランジスタＴｒ２のベース−エミッ
タ間電圧は、０．７Ｖ〜−４．６１３Ｖ、抵抗１の電圧
は、５．５３７Ｖで減少状態であるがランドマークは検
出されなかったため、５．５３７Ｖ以下が初期条件とし
てワーキングメモリ４に登録される。以上に基づいて構
造を構築すると、トランジスタＴｒ１のベース−エミッ
タ間電圧は、０．７０５Ｖ〜０．７０３Ｖに、トランジ
スタＴｒ２のベース−エミッタ間電圧は、０．７Ｖ〜−
４．６１３Ｖとそのまま、抵抗１の電圧は、５．５３７
Ｖ〜３．７４５Ｖの値の範囲が計算される。以上の処理
の課程を図５に示す。

【００１４】ランドマーク決定部３４は、ランドマーク
推定部３２で求められたランドマークのうち、区間状態
内解析部３３で求められた変数の値の範囲に含まれるも
ののみを最終的なランドマークとする。ここでは、ラン
ドマーク推定部３２で求められたトランジスタＴｒ１と
Ｔｒ２のベース−エミッタ間電圧＝０．７Ｖという２つ
のランドマークのうち、トランジスタＴｒ１のベース−
エミッタ間電圧は、区間状態内解析部３３の結果、値の
範囲が０．７０５Ｖ〜０．７０３Ｖとなり、トランジス
タＴｒ１のランドマーク（ベース−エミッタ間電圧＝
０．７Ｖ）は、これに含まれないため、ランドマークか
ら外される。このため、つぎの瞬間状態内解析部３１の
処理では、トランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間電
圧＝０．７Ｖで、トランジスタＴｒ１のベース−エミッ
タ間電圧＞０．７Ｖの場合のみを解けばよいことにな
り、状態の遷移の曖昧性を１／３に減らすことができ
る。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、区間の状態解析からつ
ぎの瞬間的な状態の曖昧性を減らすことができるため、
推論の処理量を削減でき、高速な推論を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】本発明のオブジェクトの知識表現を、トランジ
スタを例として示した図である。

【図３】シュミットトリガ回路の回路図である。

【図４】本発明をシュミットトリガ回路の挙動解析に応
用したときの、回路の構造の記述例を示した図である。

【図５】本発明をシュミットトリガ回路の挙動解析に応
用したときの、各変数の計算結果の推移を示した図であ
る。

【符号の説明】

１‥知識ベース、２‥構造情報ファイル、３‥推論部、
４‥ワーキングメモリ、５‥制約ソルバー、３１‥状態
内解析部、３２‥ランドマーク推定部、３３‥区間解析
部、３４‥ランドマーク決定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 ＩＣＯＴ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰ ＯＲＴ ＴＲ−738（1992−２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】解析対象であるオブジェクトの構造を記述
   する構造情報ファイルと、 上記オブジェクトの変数間の各種の関係式を少なくとも
   登録する知識ベースと、 上記オブジェクトの変数間の各種の関係式のうち、推論
   に必要な関係式を登録するワーキングメモリと、 上記ワーキングメモリに登録された上記オブジェクトの
   変数間の関係式に基づいて、上記オブジェクトの変数の
   値または値の範囲求めるために制約問題を解く制約ソル
   バーと、 上記構造情報ファイル、上記知識ベース、上記ワーキン
   グメモリおよび上記制約ソルバーを用いて、物理量に基
   づく上記オブジェクトの挙動を定性的に推論する推論手
   段とを備えた定性推論システムにおいて、 上記構造情報ファイルに記述された上記オブジェクトの
   構造と上記知識ベースに登録された上記オブジェクトの
   変数の関係式に従って、所定の仮定に基いて上記制約ソ
   ルバーにて上記仮定を解析し、各オブジェクトに矛盾す
   る状態が存在しないように各オブジェクトの変数の現在
   の瞬間の値を求める瞬間状態内解析手段と、 上記知識ベースに登録された上記オブジェクトの変数の
   関係式に従って、上記瞬間状態内解析手段で求めた各オ
   ブジェクトの変数の現在の瞬間の値から、次に挙動が変
   化する各オブジェクトの変数のランドマークを推定する
   ランドマーク推定手段と、 上記瞬間状態内解析手段で求めた各オブジェクトの変数
   の現在の瞬間の値と、上記ランドマーク推定手段で推定
   された次に挙動が変化する各オブジェクトの変数のラン
   ドマークの値を制約条件として与え、上記構造情報ファ
   イルに記述された上記オブジェクトの構造と上記知識ベ
   ースに登録された上記オブジェクトの変数の関係式に従
   って、上記制約条件に基いて上記制約ソルバーにて各オ
   ブジェクトの変数の現在の瞬間の値から次に挙動が変化
   する各オブジェクトの変数のランドマークまでの区間の
   状態を解析し、各オブジェクトの変数の値の範囲を求め
   る 区間状態内解析手段と、 上記知識ベースに登録された上記オブジェクトの変数の
   関係式に従って、上記ランドマーク推定手段にて推定さ
   れたランドマークのうち、上記区間状態内解析手段で求
   めた各オブジェクトの変数の値の範囲に含まれるものの
   みを最終的なランドマークと決定するランドマーク決定
   部とを上記推論手段に備えたことを特徴とする定性推論
   システム。