% 第３章　システム構成

\chapter{システム構成}
\label{システム構成}

\ref{システム構成}章では，
試作システムの全体構成を紹介したあと，
可視化の仕組みについて詳述
する．

\section{動作環境}

本システムは，利便性を考慮し，現在ウェブアプリケーションとして構築している．システム自体はLinux上で動作しており，開発言語はRuby，日本語の係り受け解析にはCaboCha~\cite{Kudo}を用いている．
またグラフの描画にはGraphviz\footnote{\url{http://www.graphviz.org/}}を使用する．

\section{システム概要}

本論文で提案する
「論文可視化機構」と，既に文献\cite{Tanaka}\cite{Masato}
で報告した「論文の基本事項チェック機構」「意図が伝わりにくい文の検出機構」とを統合し，「技術文書作成支援システム」として完成させた．
「論文可視化機構」は，以下の2つの機能を持つ．

\begin{list}{$\bullet$}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 「意図が伝わりにくい文の検出機構」において検出された文に対して，文単位の可視化を行う機能．
\item[(2)] 章または節単位の文集合全体を可視化し，一連の図を作成する機能．
\end{list}

(1) は文の簡潔性・一義性の観点から分かりやすい文に修正するための指針，
(2) は文集合全体の論理性を向上させるための指針を与えることを目的とする．

\section{入力から出力までの流れ}

技術文書作成支援システムを利用する際の流れは次のとおりである．
システム画面を図\ref{実行画面}に示す．
左側のテキストボックスは入力用，右側のテキストボックスは結果出力用となっている．

\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[1.] 基本ルールチェック
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 左のテキストボックスに文章を入力する．
\item[(2)] 「基本ルールチェック」ボタンを押す．
\item[(3)] 
科学技術論文を書くうえで順守すべきルールの違反チェックおよび意図が伝わりにくい文の検出が行われ，右のテキストボックスに結果が出力される．
\begin{list}{$\bullet$}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item ルール違反は該当する語が赤字で表示される．(4) へ
\item 意図が伝わりにくいと判定された文には「この文を可視化」ボタンが出現する．2. へ
\end{list}
\item[(4)] 赤字にカーソルを合わせると指摘内容がポップアップ表示される．
\item[(5)] 左のテキストボックス内の入力文章を修正したら再び (2) へ．
\end{list}
\item[2.] 文単位の可視化
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 「この文を可視化」ボタンを押す．
\item[(2)] 新しいタブ（タブブラウザ以外の場合はウィンドウ）が開き，文単位のグラフおよび
「意図が伝わりにくい」と判定された理由\footnote{「主語と述語の距離が離れています．」「修飾句・節が多すぎます．」など．}
が表示される．
\item[(3)] 左のテキストボックス内の入力文章を修正したら再び (1) へ．
\item[(4)] 「この文を可視化」ボタンが出現しなくなったら 3. へ．
\end{list}
\item[3.] 全体の可視化
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 「文書全体を可視化」ボタンを押す．
\item[(2)] 新しいタブ（タブブラウザ以外の場合はウィンドウ）が開き，入力文書全体のグラフが表示される．
\item[(3)] 左のテキストボックス内の入力文章を修正したら再び (1) へ．
\end{list}
\end{list}

なお，1. や 2. で指摘された問題点が未解決の状態でも 3. に進むことは可能である．

\begin{figure*}[tb]
\begin{center}
\includegraphics[width=14cm]{./graphics/Fig1.eps}
\caption{システム画面}
\label{実行画面}
\end{center}
\end{figure*}

\section{文単位の可視化}

\begin{figure*}[tb]
\begin{center}
\includegraphics[width=14cm]{./graphics/Fig2.eps}
\caption{文単位の可視化}
\label{文単位の可視化}
\end{center}
\end{figure*}
\begin{figure*}[tb]
\begin{center}
\includegraphics[width=14cm]{./graphics/Fig3.eps}
\caption{「金色の雨が五月の明るい太陽の下で輝く若葉に降りそそいだ．」を可視化}
\label{阿部1}
\end{center}
\end{figure*}
\begin{figure*}[tb]
\begin{center}
\includegraphics[width=14cm]{./graphics/Fig5.eps}
\caption{「五月の明るい太陽の下で輝く若葉に金色の雨が降りそそいだ．」を可視化}
\label{阿部2}
\end{center}
\end{figure*}

科学技術文章の原則について
，若林は著書\cite{Wakabayashi}で
「
文の原則は3Cである．文は正確（Correct）に，明快（Clear）に，かつ簡潔（Concise）に書かなければならない．」と述べている．
若林の主張を抜粋・要約すると，以下のとおりである．

\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 正確な文を書くためには，主語と述語を意識すべきである．
主語・述語を欠かさないこと，主語と述語の照応（ねじれ）に留意することが必要である．
\item[(2)] 明快な文を書くためには，語順が重要である．
複数の意味に解釈できる文を避けるため，修飾語と被修飾語の間を離しすぎないようにし，
修飾−被修飾関係を明確化する．
また，1文中に長い修飾節・句が割り込んだ構造の文は，文意が取りにくくなるため避けなければならない．
\item[(3)] 簡潔な文を書くためには，1文1内容とすればよい．
長文は避け，意味的なまとまりで文を切ることを心がける．%より短い複数の文の連続として書くようにする．
\end{list}

そこで，
文単位の可視化では，以下の3つを執筆者に認識させ，適切な修正に導くことを目的とする．
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 語間の修飾−被修飾関係とその距離
\item[(2)] 一文を構成する句・節の数
\item[(3)] 主語と述語の関係
\end{list}

文単位の可視化で生成される図（図\ref{文単位の可視化}）は，文章の修飾−被修飾関係（係り受け関係）を表す．
自立語はノード，付属語はエッジ上に表し，
エッジの始点が修飾語，終点が被修飾語となる．
エッジの長さは，修飾−被修飾関係にある語が1文中においてどれだけ離れているかを表す．
%特に着目すべき「格関係」および「題述関係」はエッジを赤で，「接続助詞を介する関係」は黄色で表示する．
格助詞（「が」「を」「に」「で」など）・係（副）助詞（「は」など）によって
%述語\footnote{この場合の「述語」は主節に限らない．}
用言
を修飾する関係は，特に重要とみなし，
エッジを赤色にしている．
同様に，接続助詞は論理的関係を決定づけるため，注目しやすいよう黄色いエッジにしている．
一方，
ノードの色は，動詞が水色，接続詞が黄色で強調されている．
また，
四角いノードは，（文章から推定された）主節の主語と述語である．
なお，表\ref{表記ルール}に示した表記ルールは，文書全体の可視化においても共通である．

\begin{table}[bt]
\caption{表記ルール}
\label{表記ルール}
\begin{center}
\begin{tabular}{l|ll} \hline 
\multicolumn{3}{l}{自立語（ノード）} \\ \hline
動詞 & 水色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/n1.eps} \\
接続詞 & 黄色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/n2.eps} \\
その他の品詞 & 桃色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/n3.eps} \\ \hline
\multicolumn{3}{l}{付属語（エッジ）} \\ \hline
格助詞 & 赤色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/e1.eps} \\
係（副）助詞 & 赤色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/e2.eps} \\
接続助詞 & 黄色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/e3.eps} \\
その他の助詞・助動詞 & 黒色 & \includegraphics[width=1.5cm]{./graphics/e4.eps} \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}
\end{table}

\subsection{語間の修飾−被修飾関係とその距離}

執筆者は，可視化された図を見て，語間の関係が正しいか
（本システムの解釈と執筆者の意図とが同じになっているか）
否かを確認する．
システムに誤った解釈をされるようであれば，
複数の意味に解釈できる文になってしまっている
可能性が高い．
そのような
場合は，
執筆者の意図と
一致するよう書き変えるべきである．

また，
長いエッジのある文章，すなわち長い修飾節を間に挟んだ文章は「逆茂木型\cite{Kinosita}」と呼ばれ，読みにくい文の典型として知られている．
文節を入れ替えて短いエッジにできないかどうか，
あるいは文を切るといった対応を
検討すべきである．

図\ref{阿部1}は「金色の雨が五月の明るい太陽の下で輝く若葉に降りそそぐ．」（出典：文献\cite{Abe}）を本システムにより可視化した図である．
しかしながらこの図の係り受け関係は誤っている．
これは執筆者の意図どおりに構文解析が行われなかったことを意味する．
もしもこの文が意図どおりに解釈された場合は，
「雨」と「降りそそぐ」が非常に長いエッジで結ばれることになる．
そこで文を「五月の明るい太陽の下で輝く若葉に金色の雨が降りそそぐ．」と修正すると，
エッジの長さが総合的に短くなる（図\ref{阿部2}）．

\subsection{一文を構成する句・節の数}

1文を構成する句・節の数が多いほど文の構成は複雑になり，わかりにくさの要因となる．
そこで，動詞（水色のノード）の量を視覚的に見せて意識させ，多いと感じる場合には文を分割するように促す．

\subsection{主語と述語の関係}

文章を書くうえで，主語と述語の関係を意識することは非常に重要である．
そこで，以下の4点についてチェックさせ，修正を促す．

\begin{list}{$\bullet$}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item 主語があるか \\
日本語は主語を省略することができる．
しかし，
論文中の文は，新聞や文学における文よりも平均的に長いうえ，重要なキーワードを多数含んでいる場合が多いため，主語がないと不明確になりやすい．
したがって，理科系の論文においては，主語を省略しない方がよい
\cite{Takagi}
．
ただし，動作の主体が著者であることが明らかである場合や直前の文と主語が同一の場合には，この限りではない．
しかし，本システムでは判断できないため，省略可能なケースかどうかは利用者が判断する必要がある．
\item 主語に対し述語の表現は適切か \\
主語と述語がねじれていないか確認する．
\item 主語や述語は意図した語が選ばれ関係づけられているか \\
意図通りでなければ，図が正しくなるように文章の構成を修正する．
\item 主語と述語の距離が離れすぎていないか \\
離れすぎている場合は，文節の入れ替えなどを検討し，エッジが短くなるように修正する．
\end{list}

\section{全体の可視化}

全体の可視化の目的は，
論理的な飛躍がある場合，それを執筆者に認識させ，適切な修正に導くことである．
論理展開に飛躍があると，読者にとって執筆者の意図が分かりにくくなるため，できる限り避けるべきである．
しかし通常，執筆者自身がこれに気が付くことは困難である．

そこで，
「余計な修飾表現は無い方が，話の流れに集中し易く，文と文の関係を見直す作業の支援につながる」という
我々の仮説に基づき，
文書全体のあらすじを可視化することにより，
論理展開のチェックを支援する．
そのために，まず，各文から以下に該当する語を抽出する．
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(a)] 主節の述語
\item[(b)] (a)に格助詞・係助詞を介して係る語
\item[(c)] (a)に接続助詞を介して係る用言%述語？
\item[(d)] 接続詞
\end{list}
文の骨組みと論理チェックに必要な接続詞・接続助詞を残し，
余計な修飾語・句や連体修飾節がそぎ落とされることに
より，文書全体の筋を読み取ることが容易になる．

次に，抽出された (a)〜(d) の語とその関係から図を生成する．
処理の流れは次のとおりである．
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] 文ごとに上述の (a)〜(d) に該当する語を抽出する．
\item[(2)] (1) で抽出した語間の係り受け関係を1文ずつグラフにする．
ただし，文と文をつなぐ接続詞は文と文の間に置く．
\item[(3)] グラフを上から順に並べ，ひとつの図\footnote{全体の可視化では，章または節ごとにグラフを作成することを推奨している．}にする．
\end{list}

なお，
全体の可視化においては，文単位の可視化のときとは図に以下の違いがある．
\begin{list}{}{%
	\setlength{\topsep}{0pt}%
	\setlength{\partopsep}{0pt}%
	\setlength{\itemsep}{0pt}%
	\setlength{\parsep}{0pt}}
\item[(1)] エッジの長さは意味を持たない（長さはすべて均一）
\item[(2)] 主語・述語に対しノードの形による区別を行わない
\end{list}
(1) の理由は，全体の可視化の目的が文集合全体の論理性を向上させることであるため，
1文中の修飾−被修飾語間の距離を意識させる必要はないからである．
(2) の理由は，流れを読み取り易くする目的で必要最小限の語しか残していないため，
あえて主語と述語を強調する必要がないからである．

一方，論理性が求められる文書では，
筋がとおる順序でアイディアを示すことが重要である．
順序が不自然であったり接続詞が省略されたりすると論旨が理解しにくくなる~\cite{Weston}．
利用者は，表示された図を見て，
筋がとおっているかどうか，確認を行う．特に，
黄色で示された接続詞・接続助詞
に着目する．
論理の飛躍はないか，文の順序は適切か，接続詞の不足はないか，などに
注意しながらチェックを行っていく．

実行例として，
文献\cite{Nakajima}の中で，
「論理的に飛躍がある文書（図\ref{論理飛躍あり文書}）」と「それを修正した文書（図\ref{論理飛躍解消文書}）」として取り上げられている事例について，それぞれ可視化した図を示す（図\ref{論理飛躍あり図}，図\ref{論理飛躍解消図}）．

\begin{figure}%[tbh]
\begin{center}
\vspace{2pt}
{\setlength{\fboxsep}{0pt}\fbox{
\begin{tabular}{p{30zw}}
A氏はX法を提案し，物質Cの合成を行った．
一般に，T＞100℃では，Cを高い収率で合成するのは困難とされている．
著者は，Y法とZ法を提案した．
Z法はT＝200°でY法より高い収率を示した．
今後，X法の改良を行いたい．
\end{tabular}
} 
\vspace{2pt}
\caption{論理的飛躍がある文書}
\label{論理飛躍あり文書}
}
\end{center}
\end{figure}

\begin{figure}%[tbh]
\begin{center}
\vspace{2pt}
{\setlength{\fboxsep}{0pt}\fbox{
\begin{tabular}{p{30zw}}
一般に，Tが高いほど反応速度が速いので，Tを高めることが望まれる．
A氏はX法を提案し，物質Cの合成を行った．
しかし，T＞100℃では，Cを高い収率で合成するのは困難とされ，X法でも収率が低下する．
著者は，T〜200°では，P反応が生ずるため，収率が高まる可能性があるので，P反応を引き起こしやすいY法とZ法を提案した．
T＝200°で実験し，両者を比較したところ，Z法はY法より高い収率を示した．
しかし，P反応を生じた形跡はなく，収率0.1\%は実用可能水準とされる3\%には遠く及ばなかった．
したがって，Y法とZ法の実用化は困難と判断した．
今後，X法の高温化の可能性を探りたい．
\end{tabular}
} 
\vspace{2pt}
\caption{論理的飛躍を解消した文書}
\label{論理飛躍解消文書}
}
\end{center}
\end{figure}


\begin{figure}%[tbh]
\begin{center}
\includegraphics[width=4.6cm]{./graphics/before.eps}
\caption{論理的飛躍がある文書の全体可視化例}
\label{論理飛躍あり図}
\end{center}
\end{figure}

\begin{figure}%[tbh]
\begin{center}
\includegraphics[width=4.6cm]{./graphics/after.eps}
\caption{論理的飛躍を解消した文書の全体可視化例}
\label{論理飛躍解消図}
\end{center}
\end{figure}

図\ref{論理飛躍あり図}を見ると，
接続詞がまったくなく，文と文の関係があいまいであることに気づく．
特に，2文目は，1文目や3文目とどうつながっているのか，不明瞭である．
一方，図\ref{論理飛躍解消図}は図\ref{論理飛躍あり図}と比べ，話の筋が読み取りやすい．


本節の最後に，
上述の仮説を検証するために行った予備実験について述べる．
文章中の空欄に接続詞を埋めさせる
2種類の問題を用意する．
問題Aは原文のまま，問題Bは問題Aから筋を読み取るのに不必要な修飾表現を取り除いた文で構成されている．
まずは問題Aを被験者の学生に提示し，解答・回収後に問題Bを提示して改めて解答させる．
その場合の問題Aと問題Bの正答率を比較する．
被験者は理工系大学生57名である．
問題Aの3問のうちの1問を以下に示す．

\begin{quote}
「人類を含むすべての生命が住む生物圏は，地球全体の大きさに比べたら，取るに足らない存在かもしれない。
（　　　），
地上4500 メートルの大気中で糸に乗って漂っていたところを捕獲された蜘蛛や，大海原や緑の大陸を経て，6000 メートル上空の熱帯ストームを横切って渡るコンドルのような鳥，
あるいは，
バクテリアが住むという地下数千メートルの地殻を考えたとき，われわれは生物圏の幅の大きさに気づく。
」
（出典：S.C.モリス『カンブリア紀の怪物たち』講談社現代新書）
\end{quote}
続いて，この問題Aの対になる問題Bを以下に示す．

\begin{quote}
「
生物圏は，取るに足らない存在かもしれない。
（　　　），
われわれは生物圏の幅の大きさに気づく。
」
\end{quote}
逆接の接続詞（原文は「それでも」）を解答できれば正答とする．
実験の結果，この
問題Aの正答率は33.3\%であったのに対し，
問題Bは63.2\%に上昇した．
他の2問においては，ここまで顕著な結果にならなかったものの，正答率が下降することはなかった．
ゆえに，実験によって仮説が裏付けられたと考える．
なお，本システムで可視化を行うと，さらに「取るに足らない」「生物圏の幅の」の部分は削除される．
しかし，本システムは執筆者自身による推敲のための使用が前提であり，内容は把握できている状況での利用となるため問題ないと考えられる．
