離散構造の法則を発見する並列機械学習システムの開発

• 研究課題/領域番号: 11780279
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 知能情報学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 正代 隆義 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助教授 (50226304)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2000年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 2000年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 1999年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: データマイニング / 機械学習 / 多項式時間帰納推論 / グラフアルゴリズム / 並列アルゴリズム / 探索技法 / 近似アルゴリズム / ゲノム情報

研究概要

本課題では,離散構造の法則を発見する並列機械学習システムの開発に関する研究を行ない,平成12年度は次の2つの結果を得た.
1.木構造は多くの分野でデータを表現するために使われており,木構造を持つHTML/XMLファイルに代表される半構造データからの知識発見が注目を集めている.項木とは,木構造をしたデータのパターンを表現するための,変数を含むデータ構造であり,項グラフよりも表現力が小さいが,一階項よりも表現力が大きい.仮説としての項木が表すパターンと木の適合可能性を判定することは,仮説のチェックをする際に解くべき基本的な問題であり,その計算量を調べる必要がある.よって,入力である項木と木の構造的複雑さに注目してこの問題の計算量を考察し,この問題がどのような場合に効率よく解けるかどうかを調べて,そのアルゴリズムを提案した.
2.一般に,グラフは事象(頂点)とその関係を表すだけで,事象間の距離は考慮されない.しかし,地図や化学分子など,事象の位置が重要な画像データなどをグラフで表すとき,そのグラフを距離空間上で定義する必要がある.本研究課題では,距離空間上のグラフから効率良く知識を獲得するシステムを設計した.まず,この知識獲得システムの出力である仮説(知識)を表現するために,Layout Formal Graph System(LFGS)を定義した.これは,グラフを項として持つ論理プログラムであるFormal Graph System(FGS)に位置情報を加味した規則である.さらに,LFGSで用いるレイアウト項グラフでの多項式時間同型判定アルゴリズムを与えた.最後に,Brandenburgによって定義されたレイアウトグラフ文法とLFGSとの比較を行い,LFGSがレイアウトグラフ文法より表現力が大きいことを示した.
これら2つの理論的結果に基づいて,HTML/XMLといったような半構造を持ったデータを対象とした機械学習システムのプロトタイプを作成し,その有効性を確認した.

研究成果

• [文献書誌] T.Miyahara,T.Shoudai,T.Uchida,K.Takahashi,and H.Ueda: "Polynomial Time Matching Algorithms for Tree-like Structured Patterns in Knowledge Discovery"Proc.4th Pacific-Asia Conf.on Knowledge Discovery and Data Mining (PAKDD2000), Lecture Notes in Artificial Intelligence. 1805. 5-16 (2000)
• [文献書誌] K.Gouda,T.Shoudai,and K.Ushijima: "DASS : A Discovery Agent Supporting System"Proc.2nd ICSC Sympo.on Engineering of Intelligent Systems (EIS2000). 573-579 (2000)
• [文献書誌] T.Mine,A.Suganuma,and T.Shoudai: "The Design and Implementation of Automatic Exercise Generator with Tagged Documents based on the Intelligence of Students : AEGES"Proc.6th Int.Conf.on Computers in Education (IEICE2000). 1. 651-658 (2000)
• [文献書誌] T.Uchida,Y.Itokawa,T.Shoudai,T.Miyahara,and Y.Nakamura: "A New Framework for Discovering Knowledge from Two-Dimensional Structured Data Using Layout Formal Graph System"Proc.11th Int.Workshop on Algorithmic Learning Theory (ALT'00), Lecture Notes in Artificial Intelligence. 1968. 141-155 (2000)
• [文献書誌] T.Miyahara,T.Uchida,T.Shoudai,T.Kuboyama,K.Takahashi,and H.Ueda: "Discovering Knowledge from Graph Structured Data by Using Refutably Inductive Inference of Formal Graph Systems"IEICE Transactions on Information and Systems. E84-D. 48-56 (2001)
• [文献書誌] Tetsuhiro Miyahara: "Discovering New Knowledge from Graph Data Using Inductive Logic Programming"Proc.9th Int.Workshop on Inductive Logic Programming ILP'99,Lecture Notes in Artificial Intelligence. 1634. 222-233 (1999)
• [文献書誌] Takayoshi Shoudai: "Inductive Inference of Regular Term Tree Languages and Its Application to Knowledge Discovery"INFORMATION MODELLING AND KNOWLEDGE BASES XI,IOS Press/Ohmsha. 85-102 (2000)
• [文献書誌] Tetsuhiro Miyahara: "Polynomial Time Matching Algorithms for Tree-like Structured Patterns in Knowledge Discovery"Proc.PAKDD2000,to appear in Lecture Notes in Artificial Intelligence. (印刷中). (2000)