オントロジー工学に基づく知識の体系化と利用

オントロジー工学に基づく知識の体系化と利用
オントロジー工学に基づく知識の体系化と利用大阪大学産業科学研究所古崎晃司 kozaki@ei.sanken.osaka-u.ac.jp 2014/5/30 JASPIC研究員合宿於：ホテルピアザびわ湖
自己紹介  略歴  1996.4～大阪大学工学部/工学研究科（B4～D3）  2002.4～化学工学会嘱託研究員  2002.12～大阪大学産業科学・助手（助教）  2008.8～大阪大学産業科学研究所・准教授  主な参加学会  人工知能学会  セマンティックウェブとオントロジー研究会幹事  主に参加している国際会議：  ISWC：International Semantic Web Conference  JIST： Joint International Semantic Technology conference  EKAW: Inter… on Knowledge Engineering and Knowledge Management  ICBO: International Conference on Biomedical Ontologies  FOIS: International Conf… on Formal Ontology in Information Systems  コミュニティ  Linked Open Dataとオントロジー勉強会  Linked Open Dataチャレンジ実行委員会関西支部長 2014/05/30 2 指導教官：溝口理一郎教授
Linked Open Dataとオントロジー勉強会 2014/05/30 3
Linked Open Dataハッカソン関西 2014/05/30 4 大阪市都市計画局の共催で３回のイベントを開催大阪市が正式に「オープンデータ」の取り組みを開始！
現在の研究内容  オントロジー工学の基礎理論に関する考察に基づいた，オントロジー構築・利用ツール（「法造」）を開発し，その理論とツールを用いて各種オントロジーおよび応用システム開発する．  研究内容  オントロジー工学の基礎理論  基礎理論：ロール理論  構築方法論：オントロジー洗練支援  オントロジー構築・利用環境「法造」の開発  オントロジー構築ツール「法造」，オントロジー利用API（法造コア）  オントロジー探索ツール  Linked Open Data (LOD)関係ツール … etc.  各種オントロジーおよび応用システムの開発  臨床医学オントロジーの構築と利用  バイオミメティック（生物規範工学）オントロジー  情報リテラシーオントロジー，バイオインフォマティクスDB 2014/05/30 5
研究・オントロジー構築歴  学生時代（1997- 継続中）  オントロジー工学の基礎理論に基づくオントロジー構築環境（「法造」）の開発  オントロジーの構築  2002-2007 ナノテクノロジーオントロジーの構築  NEDO「材料技術の知識の構造化」  2006-継続中臨床医学オントロジーの構築  共同研究：東京大学医学研究科  2007-2009 サスティナビリティ・オントロジーの構築  共同研究：大阪大学サスティナビリティ・サイエンス研究機構（RISS）  2007-2010 文科省：統合データベース整備事業・統合医科学データベースの構築  共同研究：東京医科歯科大学・大阪大学大学院医学系研究科  2008-2012 蛋白実験プロトコールオントロジーの構築  共同研究：大阪大学蛋白質研究所（文科省：ターゲットタンパクプロジェクト）  2008-2010 バイオ燃料オントロジーの構築  環境省：Hc-082「アジア太平洋地域における地球温暖化の持続可能な発展のためのバイオ燃料利用戦略に関する研究」（研究代表者：東京大学・武内和彦教授）  2009-2011 災害リスクオントロジーの構築  共同研究：防災科学研究所  2012-継続中生物規範工学オントロジーの構築  科研新学術領域  2013-継続中情報リテラシーリスクオントロジーの構築  共同研究：山梨大学 2014/05/30 6
講演概要  講演のねらい  「オントロジー工学」の基本的な考え方，および，その利用方法（知識の体系化，応用システムの開発）の概要を紹介する．  講演内容  オントロジー工学入門  オントロジー利用方法の分類と研究動向  Linked Open Data（LOD）とオントロジー  LOD技術の概要  国内におけるLODとOpen Dataの動向  応用事例の紹介  臨床医学オントロジーの構築と利用  バイオミメティック・オントロジーに基づくDB開発  まとめ 2014/05/30 7
オントロジー工学入門  オントロジーの定義  オントロジー構築・利用環境「法造」  オントロジー構築の基本的な考え方  概念の本質的な性質，分類観点の明確化  簡単なオントロジーの構築例  オントロジー工学の基礎理論  ロール理論 2014/05/30 8
2014/05/30 9 オントロジーの定義  哲学用語：「存在論」  人工知能分野  「概念化の明示的記述」（An explicit specification of conceptualization） by T. Gruber  オントロジー工学  人間が対象世界をどのように見ているかという根源的な問題意識を持って物事をその成り立ちから解き明かし，それをコンピュータと人間が理解を共有できるように書き記したもの（『オントロジー工学』：溝口理一郎）
知識記述とオントロジー  知識記述（モデル化）  知識処理には，対象世界のモデル化（知識記述）が必要．  知識の共有・有効活用には，一貫性をもったモデル化が重要．  オントロジーの役割  「対象世界をどのように捉えたか（概念化したか）を明示し，一貫性を持って知識（インスタンスモデル）を記述するための共通概念や規約を提供するもの」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（インスタンスモデル）知識記述（モデル化）概念化 2014/05/30 10
2014/05/30 11 オントロジー構築・利用の意義知識をオントロジーに基づいて記述すると...  知識の記述が容易になる  どのような観点から対象を捉えるかが規定されている  用いる概念・語彙が事前に用意されている  制約違反を自動的にチェックできる  記述された知識の「質」が向上する  概念の統一や観点の一貫性が保てる  他人が記述した知識を理解する際に役立つ  知識を変換することができる  知識を共有・知識を再利用できるオントロジー知識（インスタンスモデル）あらゆる知識を扱う際に，その基盤として役立つものがオントロジー
 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 2014/05/30 12 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
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３,５００（国内外，2013年1月時点）  医療，バイオ，ナノテク，モバイルサービス，教育などのオントロジー開発のプロジェクトで使用中ほう【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。カテゴリー共同研究（開発協力）（株）エネゲート 2014/05/30 13
「法造」のオントロジー表現ノード：概念を表す is-aリンク：is-a関係を表す p/oスロット：part-of関係を表す a/oスロット：attribute-of 関係を表す関係リンク：スロット間の関係を表すロール概念クラス制約個数制約 2014/05/30 14
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（ロール），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 2014/05/30 16
2014/05/30 17  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
分類視点の明確化の例：料理（揚げ物） 2014/05/30 18 「衣」の違い「具」の違い
分類視点の明確化の例：光デバイス協力：東工大・伊原学先生発光機能整流機能・光電流発生機能← 機能による違い→ 機能の入力による違い機能の入力による違い機能を実現する材料による違い各概念の意味の違いが明示化される 192014/05/30 機能による違い
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． 2014/05/30 20
「行為」の定義例 2014/05/30 21 対象物の行為前の状態対象物の行為後の状態切る固まり ↓ 断片化された状態混ぜる複数の対象物 ↓ 混合物の状態焼く生 ↓ 焼けた状態この概念化は，料理に関わらず，あらゆる（他動詞）行為に適用可能
オントロジー工学の基礎理論  例）下記の概念のオントロジー的な違いは？  ほ乳類  人間  教師  歩行者  殺人者  母親 2014/05/30 23 基本概念（ロールでない普通の概念）＝コンテキストに依存せずに単独に定義できる概念ロール＝コンテキスト（他者）に依存する概念
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（他者）に依存する概念の理論  identity理論  インスタンスの生成・消滅・同一性の理論  オントロジー構築方法論  視点に応じたIs-a階層の動的生成  p-is-a階層（部分性の着目したis-a階層）  4種類のpart-of  オントロジーの洗練支援 2014/05/30 24 医療オントロジー構築過程で明らかになったニーズへの対応
ロール概念とは  夫婦関係  夫婦における夫（妻）の役割は人間が担っている  学校  学校における教師の役割は人間が担っている  自動車  自動車における前輪（後輪）の役割は車輪が担っている  鳥の唐揚げ  鳥の唐揚げにおける具の役割は鶏肉が担っているロール概念：ある“もの”や“人”が特定の状況で「果たす役割」を概念化したもの夫婦関係夫・妻ロール教師ロール前輪（後輪）ロール具ロール 2014/05/30 25 コンテキストロール概念プレイヤー
ロール概念の構成 26 ロール概念コンテキスト depend on プレイヤー playing 教員ロール_1 木村さん大阪高校ロールホルダー教員-1 大阪高校において、木村さんが教員の役割（教員ロール_１）を担ったとき教員（教員_１）と呼ばれる学校において、人間が教員ロールを担ったとき教員ロールホルダーと呼ばれるロール概念コンテキスト depend on playable 教員ロール人間学校ロールホルダー教員クラスの世界インスタンスの世界プレイヤー（クラス制約） 2014/05/30 26 コンテキストプレイヤーロール概念ロールホルダー
ロール概念・クラス制約・ロールホルダー 2014/05/30 27 ロール概念ある“もの”が特定のコンテクストのもとで果たす役割を捉えて概念化したものロールホルダーロール概念で定義した役割を担っている概念クラス制約（潜在的プレイヤー）ロール概念で定義した役割を担うことができる概念ロール概念が依存しているコンテキスト（概念や関係）学校において、人間が教員ロールを担ったとき教員ロールホルダーと呼ばれるコンテキストプレイヤーロール概念ロールホルダー
人間ロールホルダーロール概念基本概念（クラス制約）教師 R2-1)年齢(>22) R2-2)担当教科 B1 ,R1)名前 B1,R1) 年齢教師role R2-2)勤続年数 B2)身長 B2)体重ロール概念定義の詳細基本概念 :B1)ロール概念から参照される/ B2)ロール概念から参照されないロール概念:R1)基本概念の定義を参照 R2-1)参照している定義に制約追加/R2-2)ロール概念で新たに追加ロールホルダー:上記を合わせたもの 2014/05/30 28 ロール概念のみが持つスロット（ロール概念で追加された）クラス制約から継承されたスロットロール概念が参照しないスロット
例）ロール概念の定義・クラス制約からの継承 2014/05/30 29 ロール概念のみが持つスロットの追加クラス制約から継承されたスロット「▼印」で示されるロール概念が参照しないスロット
2014/05/30 30 千里高校太郎ロールホルダーロール概念「教師role」のインスタンス基本概念「人間」のインスタンス（千里高校の）教師role コンテクストを定める概念に依存（千里高校の）教師ロールを担うロール概念の性質  ロール概念のコンテキスト依存性１）ロール概念のインスタンスは，特定のコンテキストに依存して具体化される例）「教師role」のインスタンスは「学校」のインスタンスによって定まるコンテクストに依存して具体化される．２）コンテクストが無くなると，ロール概念のインスタンスも消滅する例）「学校」が廃校になると，それに伴い「教師role」のインスタンスも無くなる． × × １）２）
2014/05/30 31 太郎ロールホルダーロール概念「教師role」のインスタンス基本概念「人間」のインスタンス（千里高校の）教師role （千里高校の）教師ロールを担うロールホルダーの性質  ロールホルダーが消滅する３種類のパターン１）「太郎」が死ぬと（＝人間のインスタンスが消滅）  「教師」は消滅するが, 「教師role」は空きポストとして残る２）「太郎」が教師を辞めると（＝ロールを担うことを止める）  「教師」は消滅するが, 「教師role」は空きポストとして残る  「人間」のインスタンス（太郎）はそのまま存続３）「教師role」が無くなると（＝ロール概念のインスタンスの消滅）  「教師」は消滅するが,「人間」（太郎）はそのまま存続２）× １）×３）×
ロール概念を用いる意義  概念のコンテキスト依存性を明確にする  コンテキスト（他の概念）が無いと定義できない概念と，コンテキストに独立して定義できる概念を区別する．  例）教師，学生，夫vs.人間前輪，後輪，駆動輪vs.車輪  クラス制約が同じでも，コンテキスト（＝どの概念のスロットか）によってロール概念の定義が追加される．  コンテキストに独立して共通な性質は，基本概念の定義  コンテキストに依存して決まる性質は，ロール概念の定義）と，適切に使い分けることが重要 2014/05/30 32 人間は，コンテキストによって，教師，学生，夫…など別のロール（役割）を果たす．車輪は，コンテキストによって，前輪，後輪，駆動輪…など別のロール（役割）を果たす．
ロール概念の利用例クラス制約となるロールホルダー  ロールホルダーをクラス制約で参照し，別のロール概念を定義することができる．  例）学校の校長ロールを担うのは教師（ロールホルダー） 2014/05/30 33 教師ロールと教師（ロールホルダー）の定義クラス制約として，教師（ロールホルダー）を参照 ※クラス制約に“教師”と入れると[RH]という記号は自動的に追加される
まとめ：オントロジー工学入門  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  オントロジー工学基礎論  （主要な）概念の性質について議論する  「法造」の特徴  ロール理論をはじめとするオントロジー工学基礎理論に基づいたツールである 2014/05/30 34
講演概要  講演のねらい  「オントロジー工学」の基本的な考え方，および，その利用方法（知識の体系化，応用システムの開発）の概要を紹介する．  講演内容  オントロジー工学入門  オントロジー利用方法の分類と研究動向  Linked Open Data（LOD）とオントロジー  LOD技術の概要  国内におけるLODとOpen Dataの動向  応用事例の紹介  臨床医学オントロジーの構築と利用  バイオミメティック・オントロジーに基づくDB開発  まとめ 2014/05/30 35
オントロジーの利用 2014/05/30 36  オントロジー利用研究の分析  Semantic Webの国際会議（ISWC,ESWC,ASWC）（229件）  国内の論文（88件）  分析の観点（方針）オントロジーの使われ方を中心に分析する．  オントロジーの種類：どのようなオントロジーを利用するか？  オントロジーの利用タイプ：どのような目的でオントロジーを利用するか？  対象とするドメイン分析結果資料の入手先（http://www.hozo.jp からもリンクあり） http://www.ei.sanken.osaka-u.ac.jp/hozo/onto_apps/ 最新の情報については下記の書籍を参照『オントロジーの普及と応用』（人工知能学会：編集，來村徳信：編著），オーム社，2012 5章オントロジー利用研究の分類と傾向分析（古崎晃司）
オントロジーの種類 2014/05/30 37  意味的構成要素による分類  ０）統一された語彙集合／簡単なスキーマ  １）概念間のis-a関係に基づく階層  ２）is-a以外の関係を含む  ３）意味制約の公理的記述を含む  ４）その他の強い公理を含む  哲学的な考察の深さによる分類  情報論的な利用効率を重視  哲学的な考察に基づき対象世界を適切に捉えることを重視  その他の分類基準  オントロジーの規模  対象とする領域  オントロジーの構築手法これら分類基準の組合せにより，「ライトウェイトオントロジー」 vs. 「ヘビーウェイトオントロジー」と区別されることがある．オントロジーの種類によって処理できる内容が異なる
オントロジーの種類意味的構成要素による分類  意味的構成要素による分類  ０）統一された語彙集合／簡単なスキーマ  rdfs:Classやowl:Classによる概念定義の列挙  １）概念間のis-a関係に基づく階層  rdfs:subClassOf によるクラス階層の記述  ２）is-a以外の関係を含む  プロパティの記述  制約（Restriction）の記述  ３）意味制約の公理的記述を含む  transitiveProperty，inverseOfといった関係の性質に関する制約  disjointWith，oneOfといった制約  ４）その他の強い公理を含む  ルール記述言語（KIF,SWRLなど）による強い公理（推論規則など）をとして記述 RDF(S) OWL OWL ＋ SWRL 382014/05/30 RSS, FOAF Webディレクトリシソーラス＋α（概念構造）より詳細な制約を含むもの厳密な推論規則を含むもの
オントロジー利用タイプの分類  ９種の利用タイプで分類  (1)共通語彙  (2)検索  (3)インデックス  (4)データスキーマ  (5)知識共有の媒体  (6)分析  (7)抽出  (8)知識モデルの規約  (9)知識の体系化  分類の方針  １つのシステムを複数の利用タイプに分類してもよい  そのシステムの主目的を中心に分類する 2014/05/30 39 浅い利用高度な利用
(1) 共通語彙としての利用  知識の相互性を高めるために，知識を記述する際に用いる共通語彙としてオントロジーを利用する．  それらの共通語彙は，検索のキーワードや，統計的手法を用いた処理の対象など，様々な用途で用いられる．オントロジーで定義された語彙を用いて知識を記述用いられた語彙に対する検索・解析など (共通語彙としての利用) オントロジードキュメント・データなど例）・ブログなどに用いられるキーワードの解析・メタデータを用いた検索サービス …など 402014/05/30
(2)検索・(6)分析・(7)抽出  (2)検索  適切なメタデータを付与することで，単なるキーワードマッチによる全文検索などでは実現できない，意味処理を含む検索が可能となる．  (6)分析  オントロジーに基づく推論・意味処理の技術などを用いて，メタデータが指す内容を分析することができる．  (7)抽出  分析結果に基づいて利用者に取って意味のある情報を抽出する．（情報推薦なども含む） 2014/05/30 41 検索結果をそのまま提示する検索結果に何らかの分析結果を併せて提示する検索結果を絞り込んで意味のある情報を抽出する
(3)インデックスとしての利用  適切な情報へアクセスのためのインデックスとしてオントロジーを利用する．  体系の中における語彙の位置づけを明示的に利用する点が1)の共通語彙としての利用と異なる．例）・Webディレクトリ・リファレンスサービス・コンテンツ管理システム・Webサービス検索オントロジーで定義された語彙を用いて知識を記述用いられた語彙に対する検索・解析など (共通語彙としての利用) オントロジードキュメント・データなど語彙体系をインデックスとして利用 422014/05/30
(4)データスキーマとしての利用  DBなどに格納するデータの構造や値を規定する標準化されたデータスキーマとしてオントロジーを利用する．  オントロジーをデータスキーマとして利用するメリットは，その相互運用性や意味構造を用いた知的処理にある．オントロジーに基づいてデータや識を記述・同一オントロジーを用いることによる相互運用・意味構造を用いた知的処理オントロジーデータベース・知識モデルなどデータやインスタンスモデルに対する規約を与える 432014/05/30
(5)知識共有の媒体としての利用  システム間，人間とシステム，あるいは人間同士の間で知識の相互運用性を高め知識共有を実現する．  複数の知識を同一の参照オントロジーに対応付ける  複数のオントロジーを直接比較する (1)参照オントロジーで定義された概念と対応付け (2)参照オントロジーとの対応関係に基づく知識のマッピング・変換参照オントロジー知識Ａ知識Ｂ (a) 参照オントロジーを利用した知識変換オントロジーA 知識ＡオントロジーB 知識Ｂ (1)各オントロジーの概念間の対応付け (2)各オントロジーの対応関係に基づく知識のマッピング・変換 (b)複数オントロジーを利用した知識変換 442014/05/30
(8)知識モデルの規約  オントロジーが提供する概念定義に基づいて構築されたインスタンスモデルは，対象世界のオブジェクトを表した知識モデルとして用いることができる．  オントロジーは知識モデルに対する規約を与えるメタモデルとして利用できる．  知識モデルには単なるデータに比べて柔軟な知識の意味記述が求められる．例）・ソフトウェア開発支援・ゲノム分野におけるパスウェイの統一的記述・eラーニングにおけるオーサリングシステムオントロジーに基づいてデータや識を記述・同一オントロジーを用いることによる相互運用・意味構造を用いた知的処理オントロジーデータベース・知識モデルなどデータやインスタンスモデルに対する規約を与える 452014/05/30
(9)知識の体系化への利用  オントロジーの意味的構成要素は，知識の体系化・組織化の核となる概念構造を提供する．  それらを用いることで，対象世界の知識を構成している概念をオントロジーとして体系化し，その規約に基づいて知識管理・運用を実現することができる．  (1)～(8)で述べてきたオントロジーの利用目的を総合的に用いたもの． 462014/05/30 トップレベル・オントロジーデバイス・オントロジー部品ライブラリ物理原理・法則知識機能概念オントロジー各機能の達成方式知識汎用機能分解木方式特性木対象の機能モデル対象固有層一般知識層基盤概念層一般概念層結合視点依存構造化選択・具体化機能概念の具体化装置中心の観点からの特殊化達成関係の記述参照例）オントロジーに基づく機能的知識体系化 [来村02]
オントロジーの種類と利用法の分布（Semantic Web研究）オントロジーの利用法 (A)語彙集合/ 簡易スキーマ (B)概念階層 (C)その他の　関係を含む（D)意味制約　を含む (E)強い公理　を含む (1)共通語彙の提供 1 4 12 1 0 18 (2)意味検索 2 2 49 5 1 59 (3)インデックス 1 3 28 5 0 37 (4)データスキーマ 1 0 35 5 0 41 (5)知識共有の媒体 3 0 39 4 0 46 (6)情報分析 4 1 30 5 0 40 (7)情報抽出 1 2 25 4 1 33 (8)知識モデルの規約 0 1 51 12 10 74 (9)知識の体系化 0 2 8 1 0 11 合計 13 15 277 42 12 359 オントロジーの種類合計 2014/05/30 47
オントロジーの種類と利用法の分布（国内研究） 2014/05/30 48 オントロジーの利用法 (A)語彙集合/ 簡易スキーマ (B)概念階層 (C)その他の　関係を含む（D)意味制約　を含む (E)強い公理　を含む (1)共通語彙の提供 2 2 11 1 3 19 (2)意味検索 2 1 14 0 0 17 (3)インデックス 2 0 1 2 0 5 (4)データスキーマ 4 0 4 0 0 8 (5)知識共有の媒体 2 0 18 3 0 23 (6)情報分析 5 1 14 1 1 22 (7)情報抽出 1 1 25 4 3 34 (8)知識モデルの規約 1 1 46 7 4 59 (9)知識の体系化 0 0 1 2 0 3 合計 19 6 134 20 11 190 オントロジーの種類合計
オントロジー利用法の分布 5% 19% 10% 13% 13% 11% 9% 20% 3% (1)共通語彙 (2)検索 (3)インデックス (4)データスキーマ (5)知識共有の媒体 (6)情報分析 (7)情報抽出 (8)知識モデルの規約 (9)知識の体系化 2014/05/30 49 10% 19% 3% 4% 12% 12%18% 31% 2% (1)共通語彙 (2)検索 (3)インデックス (4)データスキーマ (5)知識共有の媒体 (6)情報分析 (7)情報抽出 (8)知識モデルの規約 (9)知識の体系化 Semantic Web研究国内のオントロジー利用研究
まとめ：オントロジーの利用  オントロジーの利用  検索から知識の体系化まで，様々な利用のされ方がある  どのようなオントロジーが必要になるかは，その利用目的，対象領域などに依存する 2014/05/30 50
講演概要  講演のねらい  「オントロジー工学」の基本的な考え方，および，その利用方法（知識の体系化，応用システムの開発）の概要を紹介する．  講演内容  オントロジー工学入門  オントロジー利用方法の分類と研究動向  Linked Open Data（LOD）とオントロジー  LOD技術の概要  国内におけるLODとOpen Dataの動向  応用事例の紹介  臨床医学オントロジーの構築と利用  バイオミメティック・オントロジーに基づくDB開発  まとめ 2014/05/30 51 (2)検索 (3)インデックス (4)データスキーマ (5)知識共有の媒体
Linked Open Data（LOD）とオントロジー  Semantic Web技術の概要  従来のWebからSemantic Webへ  オントロジーの位置づけ  Semantic WebからLODへ  国内におけるLODとOpen Dataの動向  LODに関わるコミュニティ  日本政府によるOpen Dataの取り組み  Open Dataに関するコンテスト 2014/05/30 52
（従来の）Webの基本的仕組み  Weｂを構成する基本的な技術  URL（Uniform Resource Locator）  Web（インターネット）上の文書の置き場所を表す  HTML（HyperText Markup Language）  Webページを記述するためのマークアップ言語．  ハイパーリンク（hyperlink）により，他のWebページとの関連（リンク）を記述することができる．  （従来の）Webの本質  URLで示された文書をハイパーリンクを用いて関連づけることにより，リンクを辿って，世界中の（インターネットに接続された）コンピュータで公開された文章を，自由に閲覧（ブラウジング）できる．  誰でも，自由に情報を発信できる． 2014/05/30 53
HTMLの例 2014/05/30 54 閲覧中のWebページのURL <h3><a href=“http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20130528-00000501-fsi- bus_all”>デジタル家電価格に底入れの兆し「数から質へ」競争も変化</a> </h3> デジタル家電の価格下落に底入れの兆しが出てきた。「値段が張っても機能性を重視する消費者が増えてきた」（アナリスト）ことが要因だ。価格競争に苦しんできた電機メーカーにとっては吉報といえそうだ。夏商戦で各社はフルハイビジョンの約４倍の解像度の「４Ｋ」に対応した次世代テレビなどを投入予定で、需要の掘り起こしに躍起になっている。 (SankeiBiz) <br> <a href="http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20130528-00000501-fsi- bus_all">[記事全文]</a><br> <br> ◇価格低下から転換？<br> ・ <a href="http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20130429-00000005-san- bus_all">電機大手どうなる「通信簿」脱デジタル家電で明暗</a> - 産経新聞 (4月29日) <br> ・ <a href="http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20130416-00000004-rbb- sci">デジタル家電が値上がり傾向、背景に“アベノミクス”と“円安”あり？カカクコム調べ</a> - RBB TODAY(4月16日) <br> ソースファイル（HTML）では，文書に「タグ」を付与することで様々な情報を付与ハイパーリンクを表すタグ文字サイズを表すタグ改行を表すタグ
従来のWebからセマンティック（Semantic Web）へ  従来のWebの基本思想  文書を効率的に公開するための仕様．  文書の内容については「人が読んで理解する」ことが前提． →HTMLに用いられるタグは，文書を読みやすく見せるための「レイアウト」を指定するためのもの（が中心）．  Webに対するあらたなニーズ  膨大に公開されたWeb文書（＝情報）を，コンピュータを用いて効果的に活用したい．  Webページの「意味」を，コンピュータに理解させたい．  例）“藤沢”，“野田” →「人名」 or 「地名」？  （病院のページの）“土曜日”という記載 → 「休診日」 or 「開業日」？ ※人が読めば，前後のコンテキストで理解できるが，コンピュータには理解が難しい（自然言語処理などで理解しようという研究もある）． →Webページ上の「情報（データ）の意味」を表すメタデータをタグ付けすることで，「データのWeb」を実現する．＝セマンティックウェブ（Semantic Web）の基本思想 2014/05/30 55
Semantic Webの概要  Semantic Webとは  従来の「人が読む（理解する）ためのWeb」から，「コンピュータが理解（意味処理）可能なWeb」へ  技術的には，  Web上のドキュメントにコンピュータによる意味処理に用いる「メタデータ」を付与する（タグを付ける）」  その際に用いるフォーマットが「RDF」  メタデータに用いる語彙を定義するのが「オントロジー」（ RDFSやOWLで書かれる）  RDFで書かれたメタデータを検索するためのクエリー言語が「SPARQL」  ．．． 2014/05/30 56
Layer Cake  Semantic Webに必要な要素技術を階層状に表したもの 2014/05/30 57 http://www.w3.org/2001/09/06-ecdl/slide17-0.html http://www.dajobe.org/talks/200905-redland/
RDF（Resource Description Framework）  Web上の情報（リソースと呼ぶ）を記述するための統一的枠組み  RDFのデータモデル  主語（subject），述語（predicate），目的語（object）の3つ組み（トリプル）の組み合わせで，リソースに関する情報を表現する．  計算機表現上はXML形式をはじめ，いくつかの表現が用意されている．  リソースはURI（Uniform Resource Identifier：Web上の情報資源（リソース）の場所を示すための記述方式．URLはURIの一種）を用いて表される． 2014/05/30 58 知識工学論古崎担当教員主語述語目的語所属知識システム研究分野述語目的語主語來村担当教員所属授業コード 280598
RDF（Resource Description Framework）  Web上の情報（リソースと呼ぶ）を記述するための統一的枠組み  RDFのデータモデル  主語（subject），述語（predicate），目的語（object）の3つ組み（トリプル）の組み合わせで，リソースに関する情報を表現する．  計算機表現上はXML形式をはじめ，いくつかの表現が用意されている．  リソースはURI（Uniform Resource Identifier：Web上の情報資源（リソース）の場所を示すための記述方式．URLはURIの一種）を用いて表される．  目的語には「リテラル」（文字列）を用いることができる． 2014/05/30 59 https://koan.osaka-u.ac.jp/ koan/lecture#280598 http://www.ei.sanken. osaka-u.ac.jp/~kozaki/ 担当教員主語述語目的語所属 http://www.ei.sanken. osaka-u.ac.jp/main 述語目的語主語 http://www.ei.sanken. osaka-u.ac.jp/~kita/ 担当教員所属授業コード 280598 リソースリテラルプロパティ：リソース間の関係
RDF（Resource Description Framework）  Web上の情報（リソースと呼ぶ）を記述するための統一的枠組み  RDFのデータモデル  主語（subject），述語（predicate），目的語（object）の3つ組み（トリプル）の組み合わせで，リソースに関する情報を表現する．  計算機表現上はXML形式をはじめ，いくつかの表現が用意されている．  リソースはURI（Uniform Resource Identifier：Web上の情報資源（リソース）の場所を示すための記述方式．URLはURIの一種）を用いて表される． 2014/05/30 60 koan:lecture#280598 ei:kozaki/ 担当教員主語述語目的語所属 ei:main 述語目的語主語 ei:kita/ 担当教員所属授業コード 280598 ネームスペース（namespace)を用いると… koan:＝https://koan.osaka-u.ac.jp/koan/ ei：＝http://www.ei.sanken.osaka-u.ac.jp/
セマンティックウェブにおけるオントロジー  RDFで表されたメタデータの意味を明確にし，Web上で共有するには，メタデータ記述に用いる「語彙」を統一する必要がある．  →用いる「語彙」をオントロジーとして定義する．  セマンティックウェブにおけるオントロジーの役割  メタデータを記述する際に用いることが出来る「語彙」（＝リソースとプロパティの種類）を規定する． 2014/05/30 61 koan:lecture#280598 ei:kozaki/ 担当教員所属 ei:main ei:kita/ 担当教員所属授業コード 280598 koan:＝https://koan.osaka-u.ac.jp/koan/ ei：＝http://www.ei.sanken.osaka-u.ac.jp/ 講義 Class Property 教員人間担当教員所属 rdfs:subClassOf rdfs:subClassOf rdfs:subClassOf rdfs:subPropertyOfrdfs:subPropertyOf rdfs:type rdfs:type rdfs:type rdfs:type rdfs:type rdfs:type rdfs:type インスタンスクラス
RDFSとOWL  セマンティックウェブにおいてオントロジー記述に用いられる言語  RDFS（RDF Schema）  クラスおよびプロパティのis-a階層  プロパティの定義域（domain）/値域（range）：主語/目的語となれるリソースの種類  OWL（Web Ontology Language）  あるクラスの持つプロパティの値域に関する制約 →述語論理における全称記号（∀），存在記号（∃）に相当する表現  あるクラスが持つプロパティの数に関する制約  プロパティの推移律（例：「子孫の子孫」は「子孫」）  ．．など，より詳細なオントロジーの記述が可能 2014/05/30 62
SPARQL  SPARQL  RDFデータに対するクエリ言語  「指定したグラフ構造」に一致するトリプルを検索する  例  select distinct * where { ?s ?p ?o . } LIMIT 100  select distinct * where { <http://ja.dbpedia.org/resource/東京都> ?p ?o . } LIMIT 100  select distinct ?s where { ?s <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#label> ?o FILTER(regex(str(?o), “Osaka", "m")) . } 2014/05/30 63 日本語DBPediaでのクエリ検索例 http://ja.dbpedia.org/ で指定したパターンに一致するトリプルを検索する． ←取得する数 ↑同じパターンは除外する ↓返す要素（*は全て）全トリプルの組み合わせ東京都を主語（Subject）に含むトリプルラベルに“Osaka”を含むトリプル
Semantic Webの研究動向の変遷  研究動向（流行トピック）の変遷  語彙（オントロジー）に基づいたメタデータによる意味処理の実現  誰がメタデータを？→Web2.0的共同構築  データ（インスタンス）のLinkの重視：Linked Data 2014/05/30 リッチな意味記述スケーラビリティ（大量データ） Semantic Web (の理想) すぐに使えるタグを（RSS,FOAF） SNS利用・Web2.0 DBPedia × Linked Data 2004-2006 2007 2008- 64
TED Talk by Tim Berrners Lee (1) 2009/2 ～Raw Data Now!～ 2014/05/30 http://www.ted.com/talks/tim_berners_lee_on_the_next_web.html データを抱え込むのでは無く，誰もが使えるように（オープンに）することを呼びかける＝Raw Data Now！（生データをすぐに！） 65
TED Talk by Tim Berrners Lee (1) 2010/2 ～LODの活用事例～ 2014/05/30 http://www.ted.com/talks/tim_berners_lee_the_year_open_data_went_worldwide.html オープンデータの活用事例を紹介・白人/黒人の住む家と水道管の整備状況の相関を見える化→裁判で勝利へ・Where does my money go? （税金はどこへ行った？）（英国） http://wheredoesmymoneygo.org/ （横浜市） http://spending.jp/ 66
Linked Dataが目指すこと  WWW(World Wide Web)  文書を公開し，相互に接続（ハイパーリンクでつなぐ）ための革命的な仕組みを提供したことで，今日のWebの発展につながった．  Linked Data  データを共有（公開）し，相互につなぐ仕組みを提供する．  Linked Dataの原理  データの構造化  構造化されたデータはより洗練された処理を可能にする  分散したデータをつなぐハイパーリンク  文書単位では無く，データ単位のリンクを可能にする．  データの島々から一つのグローバルデータ空間へ  分散されたデータ群を１つのグローバルなデータ空間へ統合する参考：『Linked Data－Webをグローバルなデータ空間にする仕組み（Tom Heath, Christian Bizer（武田英明監訳），丸善，2013）』 1章．はじめに 2013/8/5 第2回LODとオントロジー勉強会 67
既に公開・リンクされているLOD ～LODクラウド～ 2014/05/30 2007/5/1 2007/10/8 2008/9/182009/7/14 2010/9/22 http://lod-cloud.net/ 2011/9/19時点１つの丸が個別に公開されたDBを表す．参考：「Linked Data－Webをグローバルなデータ空間にする仕組み」 3章．データのWeb マスメディア地理情報図書館・教育ユーザ作成データ政府情報クロス・ドメインライフサイエンス DBPedia open.gov open.gov.uk 68
DBPedia 2014/05/30 Wikipediaの各記事のインフォボックスの情報を抽出して自動生成されるLOD 様々なデータをつなぐLODのハブ的な存在となっている． http://dbpedia.org/ 日本語版のDBPediaは http://jp.dbpedia.org/ インフォボックスの例 69
Linked Open Data（LOD）とオントロジー  Semantic Web技術の概要  従来のWebからSemantic Webへ  オントロジーの位置づけ  Semantic WebからLODへ  国内におけるLODとOpen Dataの動向  LODに関わるコミュニティ  日本政府によるOpen Dataの取り組み  Open Dataに関するコンテスト 2014/05/30 70
国内でのLODに関する活動  学術的な取り組み  国立情報学研究所（NII）：博物館情報，文献DB，科研費DB，など  JSTバイオサイエンスデータベースセンター（NBDC）：生命科学情報  理化学研究所：生命科学情報  オープンガバメント  電子行政オープンデータ戦略（2012/7/4）  経済産業省  オープンガバメントラボ，ＩＴ融合フォーラム公共データワーキンググループ，  Open Data METI（経産省のオープンデータ公開サイト）  総務省  オープンデータ流通推進コンソーシアム  地方自治体：地域情報のオープンデータ化  鯖江市，横浜市LOD，会津若松市，流山市，千葉市，．．．  世界先端IT国家宣言（案）：2013/05/24  その他：オープンデータを推進している団体  Linked Open Data Initiative  Open Knowledge Foundation Japan  Linked Open Data チャレンジ Japan 2011- 2014/05/30 日本ではLODに関する学術的取り組みが先行東日本大震災以降，政府のオープンデータへの取り組みが活発化 71
2014/05/30 http://www.kantei.go.jp/jp/singi/it2/pdf/120704_siryou2.pdf 72
2014/05/30 73
2014/05/30 http://www.openlabs.go.jp/ 74
2014/05/30 http://www.opendata.gr.jp/ オープンデータの流通を推進する環境を整備するために，産官学の共同で取り組む活動母体として設立されたコンソーシアム(2012年7月) 75
2014/05/30 http://datameti.go.jp/ 経済産業省が保有するデータをオープンデータとして公開することを実践するための試験サイト LODチャレンジJapan2012「オープンデータ推進賞」 76
2014/05/30 77 http://www.kantei.go.jp/jp/singi/it2/dai61/siryou2-1.pdf より ○公共データの民間開放（オープンデータ）の推進、ビッグデータの利活用促進（パーソナルデータの流通・促進等） 2013/05/24
2014/05/30 78 http://www3.nhk.or.jp/news/html/20130524/k10014805311000.html （現在は非公開） 2013/05/24 交通や地理などについての各府省の公共データを一括検索できるサイトを立ち上げて来年から運用を開始
統計情報の一括検索サイト 2014/05/30 79 http://statdb.nstac.go.jp/
G8サミット・首脳宣言で「オープンデータ憲章」に合意 2014/05/30 80 http://www.mofa.go.jp/mofaj/gaiko/page23_000044.html 2013/06/18 我々は，オープンデータが，イノベーションと繁栄を可能にし，また，市民のニーズに合致した，強固かつ相互に繋がった社会を構築していくための大きな可能性をもった未開発の資源であることに合意する。そのため，我々は，以下の原則に合意する。 • 原則としてのオープンデータ • 質と量 • すべての者が利用できる • 改善したガバナンスのためのデータの公表 • イノベーションのためのデータの公表 G8各国が，「オープンデータを推進する」ことに合意
日本政府の「オープンデータポータル」サイト 2014/05/30 81 http://www.data.go.jp/
2011～ Linked Open Dataチャレンジ 2014/05/30 82 http://lod.sfc.keio.ac.jp/2014年も開催します！
アーバンデータチャレンジ東京 2013 2014/05/30 83 2014年も開催予定
経済産業省・総務省オープンデータ・ユースケースコンテスト 2014/05/30 84
オープンデータ流通コンソーシアム，総務省オープンデータ・アプリコンテスト 2014/05/30 85
講演概要  講演のねらい  「オントロジー工学」の基本的な考え方，および，その利用方法（知識の体系化，応用システムの開発）の概要を紹介する．  講演内容  オントロジー工学入門  オントロジー利用方法の分類と研究動向  Linked Open Data（LOD）とオントロジー  LOD技術の概要  国内におけるLODとOpen Dataの動向  応用事例の紹介  臨床医学オントロジーの構築と利用  バイオミメティック・オントロジーに基づくDB開発  まとめ 2014/05/30 86 （２）検索（３）インデックス（７）抽出 (8)知識モデルの規約 (9)知識の体系化
オントロジーを利用したアプリケーションの事例紹介臨床医学オントロジーの構築と利用医療オントロジーの開発疾患，人体，診療データ等に関するオントロジー（知識を計算機で意味処理可能な形で体系化したもの）を開発する．医療行為支援システムの開発開発したオントロジーに基づいて医療行為支援（診断，検査・測定，看護など）等の応用システムを開発する．開発済みの医療オントロジー（一部）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連鎖を記述．解剖学（接続構造）オントロジー：主な血管，神経，骨の接続関係（約1万）を記述．平成19～21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・大江和彦分担者：大阪大学・溝口理一郎，他）想定される応用システム ‐医療知識の体系的なナビゲーション ‐起こりうる病態・症状の連鎖の推論 ‐血流による物質伝搬のシミュレーターオントロジー構築ツール「法造」医療オントロジー医療オントロジー医療オントロジーの想定応用範囲医療知識ナビゲーター病態/症状連鎖の推論システム 872014/05/30
疾患概念の捉え方  基本方針  疾患概念を「その原因と途中経過を含めた一連の状態変化の連鎖と，それにより引き起こされている結果状態との総体」として捉える．  疾患概念定義で扱うべき連鎖の種類  汎用連鎖：人体で起こりうると思われる全連鎖．すべての疾患から共通して参照される．  注目疾患連鎖：疾患定義に必要な連鎖．その疾患を発症した患者には共通して見られる．  派生疾患連鎖：ある注目疾患連鎖を含む連鎖．その疾患を発症した患者に起こりうる．  注目対象疾患連鎖：下位となる全疾患概念の注目疾患連鎖の総和．  派生対象疾患連鎖：下位となる全疾患概念の派生疾患連鎖の総和． 2014/05/30 88 汎用連鎖 … … … … … … 派生疾患連鎖注目対象疾患連鎖注目する連鎖の範囲を広げることで疾患の下位概念を定義注目疾患連鎖注目する病態（中心病態）
疾患定義の例（糖尿病とその下位疾患）インスリン作用不足受容体異常失明 β細胞の破壊高血糖血中インスリン量の絶対的低下ステロイド投与１型糖尿病失明を伴った糖尿病ステロイド糖尿病糖尿病注目する連鎖の範囲（疾患定義連鎖）の違いで各疾患を定義する上流疾患連鎖原因系となる異常状態の連鎖結果系となる異常状態の連鎖 … … … … 下流疾患連鎖 2014/05/30 89
アレルギーリウマチ内科：37 眼科：561 血液内科：415 呼吸器内科：788 耳鼻科：470 循環器内科：610 小児科：879 神経内科：418 腎臓内分泌内科：142 整形外科：139 糖尿病代謝内科：506 皮膚科：1086 -------------------------- 合計：6051 9 0 疾患オントロジー異常状態因果関係 12診療科・6000疾患から抽出された数万の異常状態間の因果連鎖の可視化・推論処理が可能に！異常状態オントロジーに基づき，各疾患の異常状態・因果関係を一般化することで，診療科を横断した汎用的な因果連鎖を抽出 2014/05/30 12診療科の臨床医が疾患定義（異常状態間の因果連鎖）を記述
異常状態オントロジー構造形状材質位相変形線の変形面の変形立体の変形縮小拡大狭窄血管狭窄ｘｘ狭窄ｘｘｘ狭窄冠状動脈狭窄ｘｘ動脈狭窄ｘｘｘｘ狭窄各診療科共通で，再利用できる概念各診療科毎に疾患定義（因果連鎖）において異常状態を記述レベル１：人体非依存の異常状態レベル２：複数疾患に汎用的に現れる異常状態レベル３：各疾患に現れる異常状態属性⇔特性変換異常状態（知識）を定量表現（rawデータ）に変換 912014/05/30
92 異常状態オントロジーに基づく臨床データの統合利用異常状態の is-a（上位-下位）階層臨床医による疾患定義（因果連鎖）垂直方向（異常状態のis-a階層）と水平方向（因果連鎖）を組み合わせた柔軟な推論が可能垂直方向（異常状態のis-a階層）と水平方向（因果連鎖）を組み合わせた柔軟な推論が可能知識臨床データベース定量データを定性化を介して特性（異常状態）に変換することで，臨床データベースをオントロジーベースの知識と統合利用が可能定量データを定性化を介して特性（異常状態）に変換することで，臨床データベースをオントロジーベースの知識と統合利用が可能データ属性⇔特性変換 2014/05/30
疾患コンパス「疾患連鎖LOD」（LODチャレンジ2013「ライフサイエンス賞」）を，他のデータセットと“つなげる”ことで，「疾患に関する様々な情報を統合的に閲覧」できるサービスです．古崎晃司，山縣友紀，加藤敦丈（大阪大学）今井健，大江和彦（東京大学）溝口理一郎（北陸先端科学技術大学院大学） ※本システムは「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（2010‐2012，2013‐2015年度，厚生労働省委託事業）」の助成を受け開発されたものです． →詳細 http://www.med‐ontology.jp/ LODチャレンジJapan 2013：a105 DBpedia（日/英） http://lifesciencedb.jp/bp3d/ 疾患が「どのような原因/メカニズムで起こるか？」疾患が「どのような症状を引き起こすか？」といった疾患知識（オントロジー）をLOD化したもの．（※各診療科の臨床医が記述）疾患連鎖LOD BodyParts3D （DBCLSにて公開） http://ja.dbpedia.org/ http://dbpedia.org/ … 他の関連情報へ臓器，器官等の３D画像疾患の概要 2014/05/30 93
「疾患コンパス」の利用方法公開ページ http://lodc.med‐ontology.jp/ 表示する疾患の「選択」or「検索」（疾患名or含まれる症状などで検索可能）疾患連鎖（≒「原因」から「主な病態」「症状」に至る「因果連鎖」）を表示（疾患連鎖LODから生成）疾患の主な影響範囲を３D画像で可視化（BodyParts３Dを利用）疾患の概要を表示（DBｐｅｄｉａを利用）疾患定義異常状態（病態，症状など） 2014/05/30 94
「疾患コンパス」の利用方法公開ページ http://lodc.med‐ontology.jp/ 表示する疾患の「選択」or「検索」（疾患名or含まれる症状などで検索可能）疾患連鎖（≒「原因」から「主な病態」「症状」に至る「因果連鎖」）を表示（疾患連鎖LODから生成）疾患の主な影響範囲を３D画像で可視化（BodyParts３Dを利用）疾患の概要を表示（DBｐｅｄｉａを利用）疾患連鎖上で「選択」した異常状態（病態，症状など）に対象箇所がハイライトされる関連するDB へのリンク LODチャレンジ2013 アプリケーション部門「優秀賞」2014/05/30 95
ドメイン俯瞰のためのオントロジー探索ツールオントロジーを利用したアプリケーションの事例紹介 2014/05/30 96 環境省：Hc-082 「アジｚア太平洋地域における地球温暖化の持続可能な発展のためのバイオ燃料利用戦略に関する研究」（H20-22年度，研究代表者：東京大学・武内和彦教授）サブテーマ（１）オントロジーを用いた問題の構造化と政策立案支援ツールの開発共同研究大阪大学サステイナビリティ・サイエンス研究機構（RISS） [熊澤輝一特任助教]
環境省：Hc-082 「アジｚア太平洋地域における地球温暖化の持続可能な発展のためのバイオ燃料利用戦略に関する研究」（H20-22年度，研究代表者：東京大学・武内和彦教授）サブテーマ（１）オントロジーを用いた問題の構造化と政策立案支援ツールの開発オントロジーによるドメイン俯瞰  研究背景  複雑化・巨大化された問題を適切に理解にするには，従来の個別ドメインからだけでは困難であり，様々な視点から領域を俯瞰し統合的に理解することが必要．  特にトレードオフ問題の理解には，領域を横断した俯瞰が重要．  研究目的  任意の視点からドメインを俯瞰できるオントロジー探索ツールの開発規定できる効果－暗黙的であった利用者の知りたい知識の理解支援－思いがけない内容の掲示による利用者の発想刺激 2014/05/30 97
オントロジー探索ツールの概要  利用者の視点に応じてオントロジーを探索（Explore）し，その結果を「概念マップ」として可視化する． 1.オントロジーの探索着目する概念（Focal point）を法造上で指定した後，注目する関係性（aspect）を繰り返し選択法造 – オントロジーエディタ概念マップ 2.概念マップ表示探索の結果を利用者が把握しやすいように概念マップとして可視化多視点概念鎖 (Multi- perspective conceptual chains) 利用者の興味のある視点に応じてオントロジーから概念連鎖を抽出他ツール（コンテンツ管理システム）連携 2014/05/30 98
オントロジーの探索・可視化着目する概念（Focal point）任意の関係性を指定した視点（aspect）にそって辿る概念マップ関係性を辿った結果（多視点概念鎖）を概念マップとして可視化バイオ燃料生産からバイオエタノールを経て，トウモロコシ，サトウキビの関連概念やバイオマスと食料の競合問題，水を介して貧困国の女性問題や生態系破壊問題，作付けに関わる土地競合問題などが同時に浮き彫りにされ，問題を俯瞰的に見ることができる概念マップが生成された． 2014/05/30 99
バイオミメティク・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）  欧米を中心に注目されている  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 2014/05/30 100
生物規範工学 2014/05/30 101 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（領域代表：東北大・下村政嗣，略称：生物規範工学）
2014/05/30 102 生物規範工学:A01 生物規範基盤
バイオミメティックDBに求められる特徴  多種多様なデータや知識の相互運用性  工学・化学～生物学という異分野連携  多数の異なる機関から提供されるデータの統合  テキスト（文献情報），画像，実験データ，…など異なるデータ形式の統合  発想支援・連想型の検索機構  機能，構造，プロセス，生態系など多様な観点からの検索  “想定外の（思いがけない）”つながりの発見  オープンなプラットフォームとしての公開  誰もが自由に利用できる仕組みを作ることで，プラットフォームを自己成長させる． 2014/05/30 103 オントロジーの利用 →Linked Open Data (LOD)の利用
バイオメティック・オントロジー上位オントロジー自然物機能共通語彙・データスキーマの提供分野の境界を越えた自由な検索を実現データの蓄積・共有バイオミメティックDBの全体像 2014/05/30 104 生物イベントリー画像データ文献情報．．． LODとして公開データをOpenに公開し，相互連携（Link）する仕組みデータベースの意味処理基盤を与える概念体系
バイオミメティックデータベースに求められる想定検索事例  「（材料としての）機能」からの検索材料研究者が求める「機能」その機能を実現している生物（の部位）画像一覧類似画像の検索（北大グループ）標本所蔵先の一覧関連文献その機能が必要とされる状況生物の生態環境近い種の生物に検索範囲を拡大機能オントロジー生物種オントロジー生態環境オントロジー例）クリーニング機能 →汚れやすい環境で必要例）泥の中で生活発想支援・連想型の検索機構 • 機能，構造，プロセス，生態系など多様な観点からの検索 • “想定外の（思いがけない）”つながりの発見 1052014/05/30
バイオミメティック・オントロジーの探索例：ゴール→生物（SearcPath） 2014/05/30 106 ゴール機能生態環境生態環境構造，行動構造，行動探索が到達した生物種・機能 → 生物種 → 構造・機能 → 生態環境 → 生物種 → 構造・機能 → 生物の行動 → 生物種 → 構造・機能 → 構造 → 生物種といった，様々な観点からのつながりが見える
オントロジーに基づくDB検索システム公開ページ http://biomimetics.hozo.jp/ontology_db.html ①目標とするゴールを選択し，機能→構造/生態環境…→生物種などの関連をオントロジーから検索 ②検索結果をマップとして可視化 ③マップ上で選択した概念（用語）の概要を表示（外部DB（Dbpedia）の情報を利用） ④外部DBと連携した検索 ※画像DBや他のDBとも同様の連携を予定 ⑤論文DB（CiNii）の検索結果例 ※連携するDBを増やすことも可能 2014/05/30 107
防汚，抗菌塗料からの探索例 2014/05/30 108 ゴール機能生態環境生物
まとめ  研究方針：オントロジー構築・利用の理論・ツール・実践  オントロジー工学の「理論」・理論に基づいて実装された「ツール」・それらを各種領域のオントロジー構築・利用に適用するという「実践」を３本柱として研究を進めている．  ３本柱のそれぞれが，オントロジーの「構築」と「利用」を対象とする．  覚えて頂きたいキーワード  オントロジー工学  対象世界を“どのように捉えたか？”を適切に計算機上で表すための技術を提供する  法造  オントロジー工学の基礎理論に基づいた構築・利用ツール  LOD（Linked Open Data）  Web上に公開されたデータを相互につなぐ（リンクする）ことにより，新たな価値をもつグローバルなデータとするための技術を提供する 2014/05/30 109
ご清聴有り難うございました  「法造」のWebサイト  http://www.hozo.jp/  LOD関係のツール公開サイト  http://sourceforge.jp/projects/easylod/ 2014/05/30 110

オントロジー工学に基づく知識の体系化と利用

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