[論文レビュー] The Myth of Modularity in Rule-Based Systems

David Heckerman, Eric Horvitz|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2013

Multi-Agent Systems and Negotiation参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、不確実性下での妥当な推論において、ルールベースシステムが本質的にモジュラーであるという広く信じられている信念に挑戦する。文法的モジュラリティ（ルールの構造的独立性）と意味的モジュラリティ（独立した推論の有効性）を区別し、ルールベースシステムが文法的モジュラリティを満たす一方で、MYCINの確信係数モデルでは意味的モジュラリティを達成する機会がほとんどないことを示す。これは、ルールの独立性に強い制約が課されるためである。本論文は、実用的な不確実性推論システムに適した実現可能性を高めるために、意味的モジュラリティを緩和する手法を提案する。

ABSTRACT

In this paper, we examine the concept of modularity, an often cited advantage of the ruled-based representation methodology. We argue that the notion of modularity consists of two distinct concepts which we call syntactic modularity and semantic modularity. We argue that when reasoning under certainty, it is reasonable to regard the rule-based approach as both syntactically and semantically modular. However, we argue that in the case of plausible reasoning, rules are syntactically modular but are rarely semantically modular. To illustrate this point, we examine a particular approach for managing uncertainty in rule-based systems called the MYCIN certainty factor model. We formally define the concept of semantic modularity with respect to the certainty factor model and discuss logical consequences of the definition. We show that the assumption of semantic modularity imposes strong restrictions on rules in a knowledge base. We argue that such restrictions are rarely valid in practical applications. Finally, we suggest how the concept of semantic modularity can be relaxed in a manner that makes it appropriate for plausible reasoning.

研究の動機と目的

• ルールベースシステムにおける不確実性推論におけるモジュラリティが、コアな利点として妥当かどうかを検証すること。
• 文法的モジュラリティ（構造的独立性）と意味的モジュラリティ（独立した推論の有効性）の違いを明確にすること。
• 妥当な推論において意味的モジュラリティが成立するか、特にMYCINの確信係数モデル内での検討。
• 意味的モジュラリティが課す強い制約を特定し、それが実際の状況ではほとんど満たされないことを主張すること。
• 実用的な不確実性推論アプリケーションに適した、意味的モジュラリティの緩和形を提案すること。

提案手法

• 確率的推論の原則を用いて、MYCINの確信係数モデルの文脈内で意味的モジュラリティを形式的に定義すること。
• 意味的モジュラリティがルールベースシステムで成立するための論理的および数学的制約を分析すること。
• 確信係数モデルを用いて、意味的モジュラリティがルールの独立性に強い仮定を課すことを示すこと。
• 実用的なルール相互作用を許容しつつも、有用な推論特性を保持する意味的モジュラリティの緩和を提案すること。
• 形式的分析とMYCINシステムからの例を通じて、理論的および実用的意味を説明すること。
• 不確実性推論システムにおけるモジュラリティ、表現力、正しさの間のトレードオフを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MYCINの確信係数モデル下で、ルールベースシステムにおける意味的モジュラリティはどの程度達成可能か？
• RQ2 妥当な推論において意味的モジュラリティを保証するため、ルールが満たすべき形式的制約は何か？
• RQ3 なぜ意味的モジュラリティの制約が現実世界の応用ではほとんど満たされないのか？
• RQ4 意味的モジュラリティを意味のある形で緩和するにはどうすればよいか？
• RQ5 文法的モジュラリティと意味的モジュラリティの違いが、不確実性推論システムの設計に与える影響は何か？

主な発見

• MYCINの確信係数モデル下でのルールベースシステムにおける意味的モジュラリティは、強い独立性仮定を要するが、これは実際にはほとんど満たされない。
• 意味的モジュラリティの仮定は、ルールの相互作用に数学的制約を課し、大多数の現実世界の知識ベースではあまりに制限的すぎる。
• 構造的に独立しているという文法的モジュラリティは達成可能で有用であるが、意味的独立性を保証するものではない。
• 確信係数における非線形的相互作用のため、意味的モジュラリティを保つ形でのルールの結合は、しばしば非現実的であることが本論文で示された。
• 実用的なルール相互作用を許容しつつも、妥当な推論行動を維持できる、意味的モジュラリティの緩和形が提案された。
• 本研究の結果から、不確実性推論の文脈では、ルールベースシステムの「モジュラリティ」としての認識が、しばしば幻想的であることが示唆された。これは、その使用の根拠となる主要な利点を損なうものである。