is-a関係・part-of関係・動的is-a関係の取扱い · is-a関係・part-of関係・動的is-a関係の取扱い古崎晃司大阪大学産業科学研究所 [email protected]

is-a関係・part-of関係・動的is-a関係の取扱い

古崎晃司大阪大学産業科学研究所

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公開シンポジウム「臨床医学オントロジー研究開発」(2010/03/30 於：東京ステーションコンファレンス)

—オントロジー構築ツール「法造」での対応—

発表概要

  法造のオントロジー表現   オントロジー表現の概要   ロール概念定義の詳細

  臨床医学オントロジー構築のためのis-a関係，part-of関係の理論的拡張   疾患概念定義におけるis-a/part-of関係の同時成立問題

  p-is-a関係の導入

  人体構造定義におけるpart-of関係の多様性問題   ４種類のpart-of関係の導入（r-オペレーター含む）

  疾患概念定義におけるis-a階層の多様性問題   視点に基づくis-a階層の動的生成

  まとめ

2010/3/30 2 公開シンポジウム「臨床医学オントロジー研究開発」

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２０００（国内外）

  「法造」の特徴  ロール概念など，オントロジー理論の適切な扱い

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

3 2010/3/30 公開シンポジウム「臨床医学オントロジー研究開発」

「法造」のオントロジー表現

2010/3/30

ノード概念を表す

is-aリンク is-a（上位-下位）関係を表す

スロット p/o：part-of(全体- 　部分)関係を表す a/o：attribute-of

　関係(属性)を表す

ロール（概念）コンテキストに依存した概念を定義する ※厳密には，ロール概念とロールホルダーに分かれる

クラス制約ロールを担うことができる概念に関する制約 ※他の箇所で定義されている概念を参照する．

上位概念

下位概念継承・特殊化されたスロット（ロール概念）

ロール概念間のis-a関係

ロール概念のスロットコンテキストに依存した定義の追加が可能

4 公開シンポジウム「臨床医学オントロジー研究開発」

ロール概念・クラス制約・ロールホルダー

2010/3/30

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

2010/3/30

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


「法造」におけるロール概念の詳細定義

2010/3/30

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


発表概要（再掲）




  人体構造定義におけるpart-of関係の多様性問題   ４種類のpart-of関係およびr-オペレーターの導入


  まとめ


is-a/part-of関係の同時成立問題(1/3)

  スロットの継承・クラス制約の特殊化   元のスロットのクラス制約で参照している概念の下位概念である必要がある

2010/3/30

クラス制約の特殊化

クラス制約の特殊化

is-a階層の定義

is-a関係が成立している必要がある


part-ofに加えて， is-a関係が成立していないとおかしい？

  疾患定義における「対象部位」の継承・特殊化

2010/3/30

「手」や「心臓」という「全体物そのもの」ではなく，「手/心臓の部品のどれか」といった　　「全体物の部品となるもの（概念）」を一般化したものを指す

「手の部品となるもの」　←is-a‐「指（手の部品）」　



2010/3/30

  p-オペレータの導入   “全体物の部分となるもの（概念）”を一般化した概念　（“全体物自身”も部分の「部分」の1つと見なす）を「p-全体物」と表す

  p-心臓　→　心臓　or　心臓弁，心房，心室　…   基本概念ではなく，部分としてのロールホルダーを指す   part-of階層が多段に渡る場合，推移律が成立するpart-ofであれば，部分の部分もp-全体物に含まれる．

  P-手　→　手　or　親指，人差し指，…　親指の爪，…

  クラス制約に「p-全体物」を指定することで「全体物の部品となる概念」のis-a関係を表す   その概念の下位概念でクラス制約を特殊化する際に，

  クラス制約＝全体物　　→is-a関係の下位概念を辿って特殊化する   クラス制約＝p-全体物　→part-of関係の部分概念を辿って特殊化する　

→クラス制約を「全体物」とするか「p‐全体物」とするかで，　混同していた概念を明確に区別できる

心臓の病気　a/o対象：p‐心臓

心臓弁の病気　a/o対象：心臓弁

←is‐a― 手の骨折　a/o対象：p‐手

指の骨折　a/o対象：指

←is‐a―



2010/3/30

part-ofの部分概念（RH）を辿って特殊化可能

part-ofの部分概念（RH）を辿って特殊化可能

part-ofの定義

part-ofの定義

以下も同様

「法造」における p-オペレータの実装








  まとめ


人体構造の概念定義におけるpart-of関係の多様性問題①

  部分分割の捉え方の多様性   ある全体物が「どのような部分（部品）から構成されていると捉えるか」に複数の捉え方が存在する．

  例）胃は「１つの腔状構造物から成る」 vs.「胃体部，胃底部，噴門部，幽門部の４つの部分から成る」

  従来法では，いずれの捉え方を採用するかを１つに定める必要があった．

  問題提起：複数の部分分割の捉え方を同時に表現すると共に，それらの関係性を明確に記述したい．

2010/3/30

１つの腔状構造物

胃体部

胃底部噴門部

幽門部


人体構造の概念定義におけるpart-of関係の多様性問題②

  構造物の特定領域を指す概念   部品性（コンポーネント性）を有さない「特定の領域」を指した概念化がされている．

  例）胃壁の一部の領域を指して「大弯」，「小弯」などと呼ばれる．

2010/3/30

大弯

小弯


–  胃壁の一部の領域が小弯，大弯，胃角などと呼ばれる

part-of関係の拡張①・②

【別視点で全体物の部分構成を捉えた記述】

通常のpart-of関係で捉えた部分構造の記述

【 p/o-w】

【p/o】

【特定領域に付けられた部分名称が指す構造の記述】

※部分構造に重複を許さない

※他の部分構造との重複を許す

–  胃体部，噴門部，左心房，右心室などの部分・部品をさす通常のpartを表す

部品的なもの【part】

部品から構成される全体【whole】

–  胃には，胃全体を腔状構造物とした捉え方の他に，４つの部分（腔状構造物）から構成されるという別の捉え方がある

部品性を持たない領域の概念化【region】【p/o-r】

※クラス制約にr-オペレータ「コンポーネント性を持たない全体物（あるいは部品）の特定領域（部分）を表す」を導入


人体構造の概念定義におけるpart-of関係の多様性問題③

  コンテキスト依存で定義される部分の抽象概念   コンテキストに依存して定義された複数の部分構造に共通する性質を抽象化した概念を定義したい

（＝部分構造間のis-a関係を定義したい）   例）心臓（コンテキスト）において，心房を構成する壁状構　　　　造物（心房壁）と心室を構成する壁状構造物（心室壁）　　　　　　　　　　　　　　　　を抽象化した「心臓壁」を定義したい．

2010/3/30

心房の壁

心室の壁「心臓の壁」としての共通の構造を持つ


2010/3/30

–  心臓というコンテキストにおいて，心房を構成する壁状構造物（心房壁）と心室を構成する壁状構造物（心室壁）に共通する性質（構造など）を抽象化した「心臓壁」を定義

【コンテキスト依存の部分構造を抽象化した概念の記述】

【p/o-gc】

part-of関係の拡張③ コンテキスト依存の汎用的構造物

p/o-gcを用いて定義した「心臓壁」（ロールホルダー）をクラス制約として参照し，心臓壁を他のコンテキスト（心房，心室）で特殊化した「心房壁」，「心室壁」を定義する








  まとめ


病名（疾患概念）の多様性

病名の由来   身体部位・臓器の機能に関する病名　　例）○○不全

  身体部位・臓器の状態に関する病名　　例）○○炎

  身体部位に起こった症候としての病名　

　　　　　　　　　例）偏頭痛、狭心症、高血圧、糖尿病

  障害の原因による病名例）心筋梗塞

  病理形態に基づく病名　例）悪性腫瘍、潰瘍

  病因論に基づく病名　　例）○○菌性肺炎、鉄欠乏性貧血

  発見者に基づく病名　　例）バセドー氏病

  特徴的環境・職業に基づく病名　例)高山病、潜水病、水俣病

  病状の推移に基づく病名　例）慢性○○、急性○○

  疾患群をまとめた病名　　例）成人病、シンドロームX

2010/3/30

資料提供：千葉大学・藤田伸輔　准教授


疾患概念のis-a階層構築の問題点

疾患のis-a階層疾患の捉え方の多様性のため，立場によって分類の仕方が異なる）

疾患

心臓病脳疾患

脳梗塞糖尿病心筋梗塞狭心症

血液疾患

異常箇所による分類

梗塞疾患狭窄疾患

狭心症糖尿病心筋梗塞脳梗塞

疾患

高血糖による疾患

症状による分類

疾患における病名の由来　  　主な症状に基づく病名

 　糖尿病，狭心症…  　異常箇所の状態に基づく病名

 　肺炎…  　障害の原因に基づく病名　

 　心筋梗塞，脳梗塞…  　特徴的環境・職業に基づく病名

 　高山病，潜水病，水俣病…　  　発見者に基づく病名

 　バセドー病… 脳梗塞心筋梗塞糖尿病狭心症

疾患

2010/3/30

疾患のような複雑な概念は，様々な観点から議論されるため，１つのis-a階層で統一的な定義を行うことは容易ではない

→対象世界における概念間の“本質的な”分類を表したis-a階層は，　１つの概念群に対して１つであるべきというオントロジーの原則に反する．


利用者の視点に基づいたis-a階層の動的生成

  概念間の本質的な分類を表した階層をあらかじめ構築しておく．

  視点の多様性が認められるようなis-a階層は，視点を定めることによって動的に生成できるようにする．

2010/3/30 公開シンポジウム「臨床医学オントロジー研究開発」 22

人体異常

梗塞狭窄高血糖

人体の部分

心臓脳血液

視点A 「症状に着目」

視点B 「異常箇所に着目」

異なる視点に基づくis-a階層（利用者の視点に応じて生成）

視点に応じて階層の見せ方を変えることによって，多様なis-a階層を表す

梗塞疾患狭窄疾患

狭心症糖尿病心筋梗塞脳梗塞

疾患

高血糖による疾患

症状による分類

疾患

心臓病脳疾患

脳梗塞糖尿病心筋梗塞狭心症

血液疾患

異常箇所による分類

脳梗塞心筋梗塞糖尿病狭心症

疾患

is-a階層（概念の本質的な分類）

最初に注目する概念

着目要素・中心病態　-原因　-結果　-異常対象・上流/下流連鎖　　…etc

疾患概念

基底階層の辿り方のバリエーション

異常状態

人体構造

疾患概念のis-a階層の動的生成

1.クラス制約のis-a階層

2.クラス制約のpart-of階層

法造の概念定義の基本形

最初に注目する概念のスロットに着目してクラス制約の概念階層を辿る

分類階層を生成

23

is-a階層の動的生成機能の実装　

2010/3/30 公開シンポジウム「臨床医学オントロジー研究開発」 24

視点を設定する画面

※法造のAPI（HozoCore）を用いて開発．法造の拡張機能としても利用可能．

is-a階層の動的生成の例①

2010/3/30

視点となるスロット  クラス制約として参照している概念（異常状態）のis-a階層を利用した動的分類階層生成

クラス制約のis-a階層主病態の原因からみた疾患分類階層


視点となるスロット

クラス制約のpart-of階層

 part-of階層を基に生成した動的分類階層生成

人体構造からみた疾患分類階層

is-a階層の動的生成の例②


まとめ   臨床医学オントロジー構築のためのis-a関係，part-of関係の理論的拡張   疾患概念定義におけるis-a/part-of関係の同時成立問題

  part-of関係に基づいて動的に生成されるp-is-a関係の導入   人体構造定義におけるpart-of関係の多様性問題

  p/o：通常のpart-of関係で捉えた部分構造の記述   p/o-w：別視点で全体物の部分構成を捉えた記述   p/o-r：特定領域に付けられた部分名称が指す構造の記述

  ※クラス制約にr-オペレータを導入

  p/o-gc：コンテキスト依存の部分構造を抽象化した概念の記述   疾患概念定義におけるis-a階層の多様性問題

  視点に基づくis-a階層の動的生成

  今後の課題   part-of関係の種類の利用ガイドラインの整備   is-a階層の動的生成の理論的な詳細化


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