オントロジーとは？
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2018年12月12日（日） 宇宙人クラブ・ミニセミナー ＠Wonder LAB Osaka
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オントロジーとは？
- 2. 講演の概要 自己紹介 諸々の活動紹介 宇宙との関わり Nasa Space Apps Challenge Osakaの成果 ミニレクチャー オントロジーについて 2018/12/2 2
- 3. 自己紹介 コミュニティ活動 研究成果として 公開中のソフト 古崎（こざき）晃司 @koujikozaki 本職： 大阪大学・准教授 専門： オントロジー工学（情報科学・人工知能） ＝“かしこい”コンピュータ（ソフトウェア）を作る →学問にとどまらず， 世の中で使われる技術を作りたい 32018/12/2 ２０１１より 毎年開催している コンテスト 関西を中心とした LODの普及活動 大阪をITの力でよくしよう と活動している団体です。 http://code4.osaka/about/
- 4. Code For OSAKA 2018/12/2 4 “ITで地域を「よく」する”ことを目指し た“シビックテック（※）”のコミュニティ ※Civic（市民）＋Tech（技術）の造語．市民が自ら持つ技術 を活用して，地域の課題を解決しようという活動． 活動内容 • 月1回の定例会 • ハッカソン，アイデアソン などのイベント開催 プロジェクト例 • フェリーハッカソン （大阪港150年記念イベント） • Re: FURO Osaka（銭湯×IT） • デジットハッカソン
- 6. 最近の活動：○○チャレンジ 最近は， LODチャレンジ，アーバンデータチャレンジ 以外にも，「〇〇チャレンジ」と名がつくコンテスト ・イベント等に，いろいろ関わっています． クイズ： 古崎が2018年度に関わっている 「〇〇チャレンジ」の数は？ 正解は，あわせて「５つ」です！ 2018/12/2 6
- 9. ⽉ ⽕星 ⽊星 ⼟星 天王星 海王星 冥王星 αケンタ ウリ Moon Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune Pluto α Centauri 距離 0.1 2 7 10 30 50 100 1000000 1 0.95 0.63 0.56 0.55 0.51 0.49 0.48 0.34 2 0.90 0.59 0.53 0.52 0.48 0.47 0.45 0.32 3 0.85 0.56 0.50 0.49 0.46 0.44 0.43 0.30 4 0.80 0.53 0.47 0.46 0.43 0.42 0.40 0.28 5 0.75 0.49 0.44 0.43 0.40 0.39 0.38 0.27 6 0.70 0.46 0.42 0.40 0.38 0.36 0.35 0.25 7 0.65 0.43 0.39 0.38 0.35 0.34 0.33 0.23 8 0.60 0.40 0.36 0.35 0.32 0.31 0.30 0.21 9 0.55 0.36 0.33 0.32 0.29 0.29 0.28 0.19 10 0.50 0.33 0.30 0.29 0.27 0.26 0.25 0.18 11 0.45 0.30 0.27 0.26 0.24 0.23 0.23 0.16 12 0.40 0.26 0.24 0.23 0.21 0.21 0.20 0.14 13 0.35 0.23 0.21 0.20 0.19 0.18 0.18 0.12 14 0.30 0.20 0.18 0.17 0.16 0.16 0.15 0.11 15 0.25 0.16 0.15 0.14 0.13 0.13 0.13 0.09 16 0.20 0.13 0.12 0.12 0.11 0.10 0.10 0.07 荷物の数 2018/12/2 9 目的地までの距離と荷物の数で「到達確率」を計算（by Akitoさん）
- 10. NASAのオープンデータ 2018/12/2 Space Apps Challenge OSAKA 10 https://open.nasa.gov/ ここから，必要に応じて， 適切なデータを“見つける” ことを助ける オントロジー・ツールを作り たい．
- 12. LODチャレンジ関西支部とし て大阪ブロックの地域拠点に （古崎は拠点コーディネータ） Code for OSAKAも協力 2018/12/2 12 作品概要：12月22日（土）まで 作品締切：1月26日（土）まで
- 16. ミニレクチャー ：オントロジー入門 ねらい “オントロジー”についての概要を知り，興味を持って いただく レクチャー内容 オントロジーとは？ オントロジー構築の基本的な考え方 オントロジーの構築・利用例 2018/12/2 16 お願い： インタラクティブな形で進めたいので，質問・ギモン・ 突っ込み（・ボケ？）は，随時，お願いします！
- 18. 人工知能研究とオントロジー 人工知能研究における２つのアプローチ データ駆動型AI ：大量のデータから，数理モデルやアルゴリズム等 に基づいて，法則性や関係性を導出するアプローチ． 例）機械学習，深層学習，パターン認識， データマイニング，統計解析，… 知識型AI ：計算機上に表現された知識に基づいて，必要な 解答や知識を導出するアプローチ 例）知識表現，ルールベース，オントロジー， セマンティックウェブ，… 18 LOD（Linked Open Data）2018/12/2
- 19. 2018/12/2 19 オントロジー工学 オントロジー（Ontology） 哲学用語：「存在論」 人工知能分野：「概念化の明示的記述」 [Gruber 1993] An explicit specification of conceptualization オントロジー工学（1992-） “対象世界をどのように捉えるか？”を計算機と人間 が共有できる形で明確化・体系化する，理論・手法を 研究する分野 [オントロジー工学：溝口理一郎，2005] 対象世界 <item rdf:about="http://www.kanzaki.com/bass/"> <title>コントラバスの話</title> <link>http://www.kanzaki.com/bass/</link> <description> コントラバスに関する基礎知識、 エッセイなどを集めた 楽しくてためになるセクション </description> </item> <channel rdf:about="http://www.kanzaki.com/info/rss.rdf"> …省略… <items> <rdf:Seq> <rdf:li rdf:resource="http://www.kanzaki.com/bass/"/> …省略… </rdf:Seq></items> </channel> オントロジー 知識 知識記述 概念化
- 20. オントロジーの構成 対象世界を説明するのに必要な「概念」 概念間の「関係」 概念定義の内容 ラベル（，コメント） 上位概念／下位概念 部分概念 属性 公理 2018/12/2 20 自転車 サドル ハンドル 前輪 is-a関係 part-of関係 attribute-of関係 秋田犬 土佐犬 犬 ほ乳類 猫 動物 サイズ：26×2.3 色： 赤 変速：24段変速 ・前輪とハンドルは 連動している． ・前輪≠後輪 その他の関係 オントロジーの一般的な構成
- 21. オントロジーの使われ方① オントロジーの基本的な役割 知識（やデータ）を記述する際に用いる“語彙”や “規約”を提供する． 語彙：使用することができる「用語」とそれらの意味 →オントロジーにより，共通語彙を定義する 規約：知識やデータを記述するルール →知識やデータの記述のされ方を統一する オントロジーに基づき知識・データ を記述することにより， 知識・データの統合が可能に！ 2018/12/2 21 オントロジー 知識
- 22. 2018/12/2 22 オントロジーによる共通語彙 の提供(1/2) ※用語をドキュメントなどのキーワードとして利用する場合 を例として考えると… 共通語彙なし（キーワードの自由記述） 同じ用語でも表記法が異なると同じと分からない 例） 「原付」と「原動機付二輪車」，「スクーター」 「クエンチ」と「急冷」 →使用する用語の統一（＝共通語彙）が必要 語彙の統一のみ（単なる用語の列挙のみ） 用語間の関係性が分からない 例） 「マウンテンバイク」は「自転車」の一種である 「ドーピング」（半導体／スポーツ） →用語の関係性を明確にする必要がある 原付 原動機付 二輪車＝ ？ ⊇ ？ 自転車 マウンテン バイク ≠ ？ ドーピング ドーピング 半導体に おける スポーツに おける 必要な情報（知識）に正確にアクセスすること ができない→知識の共有・再利用の低下
- 23. 2018/12/2 23 オントロジーによる共通語彙 の提供(2/2) 共通語彙や同義語辞書を用意すると… 用語の表記揺れを吸収 語彙（概念）階層を用意すると… ＜軽量（語彙レベル）オントロジー＞ 階層の上下を見ることで関連する情報が分 かる（検索範囲のハンドリング） 例） 「自転車」について検索する際に「マウンテン バイク」も同時に検索 「自転車」で検索して十分な結果を得られなか った際に，検索範囲を気相法まで広げる 所属する階層を見ることで，大まかな意味の 違いを区別することができる ⊇自転車 マウンテン バイク 車両 －自転車 －マウンテンバイク ≠ドーピング ドーピング 原付 原動機付 二輪車＝ 原付の同義語 ・原動機付自転車 ・スクーター 半導体プロセス －．．． －ドーピング ｽﾎﾟｰﾂ不正行為 －．．． －ドーピング しかし，これでは十分な意味の違いを捉える ことはできない．→より詳細な定義が必要
- 24. オントロジーの使われ方② 語彙・規約を提供するオントロジーの基本構造 語彙の分類を表すis-a階層 概念構造の定義 定義された語彙を用いて記述 規約を表すルール記述 →知識・データ記述のスキーマ，記述内容チェックに利用 オントロジーを“知識源”として利用 オントロジーそのものを， 体系化された知識源として 利用する 他の知識・データと連携して利用 2018/12/2 24 オントロジー 知識
- 26. オントロジー構築利用環境「法造」 オントロジー工学の基礎理論に基づいて開発された， オントロジー（=法）の構築（=造）および利用を支援す るソフトウェア 1996年より開発 http://www.hozo.jpにて フリーソフトウェアとして公開 登録ユーザ数：約5,000 ダウンロード数：約12,000 （共に，国内外含む） 研究室内外のオントロジー開発 プロジェクトでの多数の利用実績 2018/12/2 26 法造の画面例 ほう【法】（『広辞苑』より引用） ・物事の普遍的なあり方。物事をする仕方。 また、それがしきたりになったもの。 ・社会生活維持のための支配的な規範。 ・真理。道理。正しい理法。存在の法則性。 ・ものの性質。特性。属性。 ・存在するものの分類。カテゴリー
- 28. その他のオントロジー構築ツール Protégé by Stanford大学 2018/12/2 28 https://protege.stanford.edu/
- 29. オントロジー構築の基本的な考え方 オントロジー構築の基本姿勢 「何が本質か？」を追求する 例）人間 vs 教師，もの vs プロセス（川や滝はどちら？） この基本姿勢が，データスキーマやシソーラスなどとの違い 「対象世界をどのように捉えたか（概念化したか）を明らかに することにより，諸概念の共通性と相違点を明確にする」 具体的な構築指針 概念間の意味的相違点（分類視点）の明確化 概念の「違い」を理解する（分かる＝分ける） 概念間の違いを明確にすることが，is-a階層構築の基本指針 概念の共通性・本質属性 対象とする概念群に共通する性質や本質的な性質（本質属性）を捉 える 2018/12/2 29
- 30. 2018/12/2 30 例１）概念（分類）階層のみ 例２）概念の定義を追加 車両 －二輪車 －自動二輪 －自転車 －三輪車 － … 車両 －二輪車 →車輪の数 ＝２ －自動二輪 →動力源 ＝エンジン －自転車 →動力源 ＝人 －三輪車 →車輪の数 ＝３ － … 各概念の意味の 違いは暗黙的 各概念の意味の違い が明示化される 分類視点の明確化の例：車両
- 33. オントロジー構築のミニレッスン 例）「料理を作る」という行為 「お好み焼き」を作る手順 キャベツ，ちくわなどの材料を「切る」 切った材料に水，小麦粉，卵などを「混ぜる」 混ぜた材料（お好み焼きのもと）を「焼く」 「切る」，「混ぜる」，「焼く」といった概念に共通す る性質・本質的な捉え方は？ 使う道具，手の動かし方などは，全て異なる 料理を作る際に必要な基本動作（行為）という意味で は共通？．．． 対象物に「変化を与える」という点で共通 →行為の前後で「対象物がどのように変化するか」 で捉える（概念化する）ことができる． 2018/12/2 33
- 35. 中間のまとめ： オントロジーとは？ オントロジー 対象世界を“どのように捉えた（概念化した）か？” を（コンピュータ可読な形で）体系化したもの オントロジー構築の基本的な考え方 「何がその概念化にとって本質か？」を追求する オントロジー構築の具体的指針 概念の「共通性」と「相違点」を明確にする 2018/12/2 35
- 36. オントロジーの構築・利用事例 • NASAのオントロジー • 取り組んでいるオントロジー研究 • 生物規範工学オントロジー • 臨床医学オントロジー 2018/12/2 36
- 37. NASAのオントロジー SWEET Ontologies Semantic Web for Earth and Environmental Terminology (SWEET) Ontologies. https://github.com/ESIPFed/sweet The NASA Air Traffic Management Ontology (atmonto) https://data.nasa.gov/ontologies/atmonto/ NAS 2018/12/2 37
- 38. 企業におけるオントロジー利用 システム間や組織間のデータ統合・連携にオントロジーが活 用されることが多い 参考資料 第42回セマンティックウェブとオントロジー（SWO）研究会 テーマ：「情報大洪水時代のデータ連携とセマンティクス」 http://www.sigswo.org/papers/42program 招待講演セッション（※スライド公開） BIMによる建築・インフラ分野のデジタライゼーションの可能性 一般社団法人 buildingSMART Japan 技術統合委員会委員長 足達 嘉信 氏 標準ドメイン・オントロジーの構築と産業界向けの活用について IEC/SC 3D 国際議長/株式会社東芝 主任研究員 山下 蘭 氏 データサイエンティストからみた統合されたデータ分析基盤の恩恵 Cloudera Field Data Scientist有賀 康顕 氏 2018/12/2 38
- 39. 現在，取り組んでいる研究 研究テーマ 情報の意味を適切に扱い「知識」として体系化する オントロジー工学を基盤技術とした，セマンティック （意味処理）技術に基づく実践的AIシステムの開発 研究内容 ①オントロジー工学の基礎理論 ②オントロジー理論とLOD（Linked Open Data）技術 に基づく知的ソフトウェア開発基盤ツールの開発 ③オントロジー理論/LOD技術と基盤ツールを利用した 応用研究の実践 2018/12/2 39 「理論」・「ツール」・「応用」を3本柱とした研究
- 40. オントロジー工学の基礎理論 オントロジー基礎理論 ロール理論 コンテキスト（状況・文脈）に依存する概念の扱いに関する理論 identity理論 インスタンス（もの・事象）の生成・消滅・同一性に関する理論 オントロジー構築方法論 オントロジー構築の基本的な考え方 分類観点の明確化＝概念定義の違いを明示する 具体的な構築方法論 視点に応じたis-a（分類）階層の動的生成 複雑な構造物を適切に概念化する構造化手法 Is-a（分類）階層の対称性を利用した，オントロジー洗練支援 既存データ・文書等を用いた，オントロジーの半自動構築支援 2018/12/2 40 研究内容① コンテキストに応じ た知識処理手法 コンテキストに応じた 知識処理理論
- 41. オントロジー構築利用環境「法造」 オントロジー工学の基礎理論に基づいて開発された， オントロジー（=法）の構築（=造）および利用を支援す るソフトウェア 1996年より開発 http://www.hozo.jpにて フリーソフトウェアとして公開 登録ユーザ数：約5,000 ダウンロード数：約12,000 （共に，国内外含む） 研究室内外のオントロジー開発プロジェクトでの 多数の利用実績あり 2018/12/2 41 法造の画面例 研究内容②
- 42. これまで実施した主な応用研究 2018/12/2 42 2002 201720122007 ナノテクノロジー （2002~2007） 生物規範工学 （2012~2017） 臨床医学オントロジー （2006～継続中） サスティナビリティ学（環境分野） （2007年～継続中） 生命科学・バイオインフォマティクス （2007年～継続中） 防災 （2009～2011） （行政）オープンデータ （2011年～継続中） 工 学 生 命 社 会 課 題 「法造」公開 2004 LOD研究 2011 概念俯瞰 2009 研究内容③ さまざまな領域で オントロジー/LOD の応用研究を実践
- 43. 生物規範工学オントロジー バイオミメティクス（biomimetics）研究 「自然に学ぶものつくり」＝bio＋mimetic（模倣） 研究事例 蓮の葉の撥水性（ロータス効果）を模倣した，塗装や セルフクリーニングに関する研究 ヤモリの指の粘着性に着目した接着剤の開発 蝶や玉虫の「構造色」 流体抵抗の低いサメ肌の構造を模した高速水着 バイオミメティクス・データベースの開発 生物の知識の無い工学者が，「新製品開発の際に模倣でき そうな“生物”」を見つけたい 工学，生物学の知識をオントロジーとして体系化し，製品で 実現したいこと（ゴール）から，関連する生物を探索する 2018/12/2 43 研究事例
- 44. 生物規範工学オントロジー 科学研究費補助金 新学術領域研究 （研究領域提案型） 「生物多様性を規範とする 革新的材料技術」 （H24～H29年度）において開発 （略称：生物規範工学） 442018/12/2 ISO/TC 266 Biomimetics ・WG4 Knowledge infrastructure of biomimeticsにおいて 「Ontology-Enhanced Thesaurus (OET) for Biomimetics」 をTR(Technical Report)として提案中
- 46. オントロジーを用いることで，キーワードの連想的 な検索（キーワード探索）が行える． 汚れない 汚れても 落ちる 洗い流す 水で覆う 撥水性 親水性 バラの花 凹凸構造 蓮の葉泥の中 に住む ミミズ 生物種 構造 生物種 生物種 性質 性質 生息環境 機能 機能 機能 機能 論文 著者 画像DB 画像 文献DB オントロジーから 得られる情報 外部DBからの情報2018/12/2 46
- 51. 我が国初の本格的医療オントロジーの開発 オントロジーの概要 51 臨床医学オントロジーの開発 平成19～28年度 医療情報システム開発普及等委託費（厚生労働省） 「医療情報システムのための医療知識基盤データベース研究開発事業」 （代表者：東京大学医学部・大江和彦） 2018/12/2 研究内容③：オントロジー構築・利用の事例 もの 独立実在物 オブジェクト 生起物 従属的実在物 人体 状態プロセス 特性 属性 従属的 因果構造物 因果 構造物 疾患 オント ロジー 対象依存 異常状態 汎用 異常状態 参照 特性木 属性木 参照 分解 同時 並行型 プロセス 解剖 オント ロジー 汎用 構造物 参照 イベント
- 52. 我が国初の本格的医療オントロジーの開発 オントロジーの概要 52 臨床医学オントロジーの開発 平成19～28年度 医療情報システム開発普及等委託費（厚生労働省） 「医療情報システムのための医療知識基盤データベース研究開発事業」 （代表者：東京大学医学部・大江和彦） 2018/12/2 研究内容③：オントロジー構築・利用の事例 もの 独立実在物 オブジェクト 生起物 従属的実在物 人体 状態プロセス 特性 属性 従属的 因果構造物 因果 構造物 疾患 オント ロジー 対象依存 異常状態 汎用 異常状態 参照 特性木 属性木 参照 分解 同時 並行型 プロセス 解剖 オント ロジー 汎用 構造物 参照 イベント 疾患オントロジー 12診療科約6000の疾患を 対象に主な病態や症状の 因果連鎖を記述 解剖学オントロジー 主な血管,神経,骨の接続 関係（数万），および，人体 の全な臓器・器官を記述 オントロジー構築の基本方針 医療以外の領域にも適用可能 な汎用的な枠組みの導入
- 54. 疾患コンパスのシステム構成 疾患オントロジーをLinked Dataに変換した「疾患連鎖LD」を中心 に，既存サービスやDB（LOD）を連携させることで実装． 2018/12/2 54 DBpedia http://lifesciencedb.jp/bp3d/ 疾患連鎖LD BodyParts3D http://dbpedia.org/ ICD MeSH … 解剖学構造 の３D画像 一般知識 疾患オントロジー convert 疾患コンパス … 他の LOD SPARQL SPARQL SPARQL mapping mapping link link 関連情報 他のWeb サービス API API 関連情報 臨床医が構築 API：サービス間を連携させるための仕組み．システム毎に構築が必要． SPARQL：Linked Dataの検索用に標準化されたクエリ言語．汎用のAPIとして利用可．
- 55. まとめ オントロジーとは？ 対象世界を“どのように捉えた（概念化した）か？” を（コンピュータ可読な形で）体系化したもの オントロジーの役割 知識・データ記述に用いる語彙や規約を提供 →知識・データの共有と統合化 体系化した知識源としての利用 →知識システム/AIの基盤知識 オントロジー構築・利用の動向 様々な領域での，オントロジー構築が進んでいる 企業システムでの利用事例も増えている 2018/12/2 55