WO2004107210A1

WO2004107210A1 - パスウェイ情報表示装置

Info

Publication number: WO2004107210A1
Application number: PCT/JP2003/006676
Authority: WO
Inventors: Kiyoshi Nitta; Ichiro Suzuki
Original assignee: Celestar Lexico-Sciences, Inc.
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-09
Also published as: EP1628229A1; US20060235658A1

Abstract

パスウェイ情報表示装置（１００）と、遺伝子制御パスウェイや代謝パスウェイや情報伝達パスウェイ等を含むパスウェイ情報等に関する外部データベースやホモロジー検索用の外部プログラム等を提供する外部システム（２００）とを、ネットワーク（３００）を介して通信可能に接続して構成されている。

Description

パスウェイ情報表示装置

技術分野

本発明は、パスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、明

おび、記録媒体に関し、特に、 2項関係モデルを自動描画するパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体に関す食

る。

また、本発明は、有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、有向グラフのエッジの流れを顕示することができる有向グラフレイァゥト装置、有向グラフレイァゥト方法、プログラム、および、記録媒体に関する。

背景技術

(I) 従来より、バイオインフォマティクス分野において、代謝回路、信号伝達のパスウェイや、遺伝子制御パスウェイをグラフでモデル化する手法が行われていた。

例えば、 P. K a r p a n d S. M. P a l e y, "Au t oma t e d d r aw i n g o f me t a b o l i c p a t hwa y s 、 i n Th i r d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n B i o i n f o rma t i c s a n d Ge n ome Re s e a r c h (H. L i m、 C . C a n t o r、 a n d R. Ro b b i n s、 e d s . 19 94) において、代謝パスウェイをグラフでモデルィ匕し描画する技術が開示されている。

また、 Tom i h i r o Ko i k e a n d A n d r e y R z h e t s k y, "A g r a p h i c e d i t o r f o r a n a l y z i n g s i g n a l— t r a n s d u c t i o n p a t hwa y s" (GEN E 259， p p. 235-244, 2000 ) において、信号伝達パスゥエイをグラフでモデル化し、描画 ·編集する技術が開示されている。

まに、 Mo r i t z Y. B e c k e r a n d I s a b e l R o j a s. "A g r a p h l a y o u t a l g o r i t hm f o r d r aw i n g me t a b o l i c p a t hwa y s" (B i o i n f o r ma t i c s, Vo l . 17， No 5, p p. 461— 467， 2001) において、代パスウェイをグラフでモデル化し描画する技術が開示されている。

しかしながら、従来の代謝等のパスウェイをグラフでモデル化する手法は、比較的単純かつ小規模なパスゥイについては自動的に描画することはできる力複雑なパスウェイや中規模または大規模なパスウェイについては、計算時間が非常にかかるなどの理由により自動描画することができないという問題点を有していた。

また、従来手法により自動描画したパスウェイのグラフは、ノードやエッジ自体やそのラベルの記載領域が重なる場合が多く、非常に見づらい場合が多いという問題点を有していた。

また、利用者が手動でパスゥヱイ情報をグラフ描画するための各種のツールが開発されているが、複雑なパスウェイや中規模または大規模なパスウェイについて作成する際には、ノード間の関係などについて適切にクラスタリングを行いながら（すなわち、関連の深いノードは近くに描画する）、かつ、ノードが重ならないように均等に描画する必要があるため、ツールについて熟練された技術が必要とされ、ツールを用いても時間や手間が非常にかかるため作成が困難であるという問題点を有していた。

このように、従来のバイオインフォマティクス分野におけるパスウェイのグラフ描画システム等は数々の問題点を有しており、その結果、利用者おょぴ描画者のいずれにとっても、利便性が悪く、また、使用効率が悪いものであった。なお、これまで説明した従来の技術および発明が解決しようとする課題は、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスウェイ、信号伝達パスウェイなどのパスゥェィ情報についてグラフ描画を行うバイオインフォマティクスシステムに限られず、あらゆる分野のパスウェイ情報をグラフ描画する全てのシステムにおいて、同様に考えることができる。

従って、本発明は、複雑なパスウェイや中規模または大規模なパスウェイについてグラフを自動描画することのできる、パスウェイ情報表示装置、パスゥヱイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。

( Π ) また、情報処理の分野において、力指向法を用いたスプリングレイケゥト法や、有向グラフのエッジの向きを一方向に合わせることができるマグネテイツク ·スプリング法（特開平 8— 3 0 7 9 9号公報）を用いてグラフを自動描画する手法が知られている。

しかしながら、従来の代謝等のパスウェイを有向グラフ（エッジが向きをもつグラフ）でモデル化する場合には、例えば、シグナル伝達回路等のように主に一方向の向きで表せるグラフレイァゥトゃ、代謝回路のように主に順回路が存在するため円状の向きで表せるグラフレイァゥトが混在しているため、例えば、従来のマグネティック 'スプリング法のようにグラフレイアウトを一定の向きに揃えるという手法では、局所的に異なる向きとなるレイアウトを行うことができなかったという問題点を有していた。

すなわち、従来の手法において、順回路の存在するパスウェイと巡回路の存在しないパスウェイとが混在する有向グラフをレイァゥトする場合には、種々の手法を組み合わせてレイアウトを行ったり、また、人手を介して微調整を行つたりする必要があつたため、簡易な方法で効率的に有向グラフレイアウトを行うことのできるものは存在しなかった。

また、利用者が手動でパスウェイ情報をグラフ插画するだめの各種のツールが開発されているが、複雑なパスウェイや中規模または大規模なパスウェイについて作成する際には、ノード間の関係などについて適切にクラスタリングを行いながら（すなわち、関連の深いノードは近くに描画する）、かつ、ノードが重ならないように均等に描画する必要があるため、ツールについて熟練された技術が必要とされ、ツールを用いても時間や手間が非常にかかるため作成が困難であるという問題点を有していた。

このように、従来のバイオインフォマティクス分野におけるパスウェイのグラフ描画システム等は数々の問題点を有しており、その結果、利用者および描画者のいずれにとっても、利便性が悪く、また、使用効率が悪いものであった。なお、 .これまで説明した従来の技術おょぴ発明が解決しょうとする課題は、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスウェイ、信号伝達パスウェイなどのパスゥヱィ情報についてグラフ描画を行うバイオインフォマティクスシステムに限られず、あらゆる分野のパスウェイ情報をダラフ描画する全てのシステムにおいて、同様に考えることができる。

従って、本発明は、順回路の存在するパスウェイと巡回路の存在しないパスウェイとが混在する有向グラフの場合に簡易な方法で効率的に有向グラフレイアウトを行うことのできる、有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイァゥト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。発明の開示

( I ) このような目的を達成するため、本発明にかかるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムは、ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する 2項関係モデル作成手段（2項関係モデル作成ステップ）と、一定距離内にある上記ノード間に発生する斥力を計算する斥力計算手段（斥力計算ステップ）と、上記エッジにより接続された上記ノード間に発生する引力を計算する引力計算手段（引力計算ステップ）と、上記ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して上記斥力および上記引力を計算する反発場計算手段（反発場計算ステップ）と、上記斥力計算手段（斥力計算ステップ）により計算された上記斥力、上記引力計算手段（引力計算ステップ）により計算された上記引力、上記反発場計算手段（反発場計算ステップ）により計算された上記反発場の上記斥力および上記引力に基づいて上記ノ一ドの座標位置をスプリングレイアウトにより決定して、上記ノードと上記ェッジをダラフ描画するグラフ描画手段（ダラフ描画ステップ）とを備え（含み）、上記パスゥイ情報を上記 2項関係モデルでグラフ表示をすることを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する。ここで、パスゥヱイ情報は、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスウェイ、信号伝達パスウェイなどに関する情報を含み、主要情報を 2項関係に写像することにより、複雑なパスゥヱィ情報を単純化してモデルィヒして、総合的に表現することができるようになる。そして、一定距離内にあるノード間に発生する斥力を計算し、エッジにより接続されたノード間に発生する引力を計算し、斥力および引力に基づいてノードの座標位置をスプリングレイアウトにより決定して、ノードとエッジをグラフ描画することにより、中規模若しくは大規模なパスゥヱイ情報や複雑なパスゥエイ情報であっても、一定時間内に自動的にある程度可読なグラフを描画することができるようになる。ここで、ノード間の斥力おょぴ引力に基づく力のみによりレイアウトを行うと、ノード間が接近しすぎてノ一ドゃェッジ自体やそのラベルが見づらくなる場合がある。そのため、本発明では、各ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を定めて、ノード間が接近しすぎるのを防止している。すなわち、本発明は、ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して斥力および引力を計算し、計算された斥力、引力、反発場の斥力およぴ引力に基づいてノ一ドの座標位置をスプリングレイアウトにより決定して、ノードとエッジをダラフ描画し、パスウェイ情報を 2項関係モデルでグラフ表示をするので、ノードやエッジ自体やそれらのラベルの重なりが回避されてグラフの可読性がさらに向上するようになる。

つぎの発明にかかるパスゥヱイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、おょぴ、プログラムは、上記に記載のパスゥヱイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムにおいて、上記反発場計算手段（反発場計算ステツプ）は、上記ノードの上記周辺領域に対して上記引力を弱めること、およびまたは、上記ノードの上記周辺領域の中に位置する上記ノードの間の斥力を強めることにより上記反発場の上記斥力および上記引力の計算を行うことを特徴とする。

これは反発場計算の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、ノードの上記周辺領域に対して引力を弱めること（引力を発生させないことを含む）、および zまたは、ノードの周辺領域の中に位置するノードの間の斥力を強めることにより反発場の計算を行い、これらの力に基づいてスプリングレイアウトにより全体の力（例えば、全エッジの合成べクトルの絶対値の総和であるエネルギー値など）が系の最小エネルギー状態を実現するように全ノードの座標位置を決定して、ノードとエッジをダラフ描画する。

つぎの発明にかかるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムは、上記に記載のパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムにおいて、上記ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動する境界判定手段（境界判定ステップ）をさらに備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動するので、常に描画領域内にパスゥェィ情報を描画することができる。

つぎの発明にかかるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムは、上記に記載のパスゥヱイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムにおいて、予め定めた時間内は上記ノードの上記反発場を狭め、かつ、上記ノード間の上記引力を強めるように制御し、上記時間が経過した後は上記ノードの上記反発場を広め、上記ノード間の引力を弱め、かつ、上記ノード間の斥力を強めるように制御することにより、上記時間内は関連のあるノードが接近させていき、上記時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御する動的パラメタ制御手段（動的パラメタ制御ステップ）をさらに備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、予め定めた時間内はノードの反発場を狭め、かつ、ノード間の引力を強めるように制御し、時間が経過した後はノードの反発場を広め、ノード間の引力を弱め、かつ、ノード間の斥力を強めるように制御することにより、時間内は関連のあるノードが接近させていき、時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御することができる。

つぎの発明にかかるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムは、上記に記載のパスウェイ情報表示装置、パスゥヱイ情報表示方法、および、プログラムにおいて、上記グラフ描画手段（グラフ描画ステツプ）にて描画された上記ノードと上記エッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算するエネルギー計算手段（ェネルギー計算ステップ）をさらに備え（含み）、上記エネルギー計算手段（ェネルギー計算ステップ）にて計算された上記エネルギーが予め定めた値より小さくなるまで、または、上記エネルギーが最小になるまで、上記動的パラメタ制御手段（動的パラメタ制御ステップ）を繰り返し行うことを特徴とする。この装置、方法、および、プログラムによれば、描画されたノードとエッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算し、計算されたエネルギーが予め定めた値より小さくなるまで、または、エネルギ一が最小になるまで、動的パラメタ制御を繰り返し行うことにより、ある程度小さなエネルギー状態または最小エネルギー状態である系を実現するような配置を求めることができる。

つぎの発明にかかるパスゥヱイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムは、上記に記載のパスゥヱイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、および、プログラムにおいて、上記ノードの上記エッジの接続先が別の上記エッジである場合には、当該別のエッジ上に仮ノードを設定する仮ノード設定手段（仮ノード設定ステップ）をさらに備え（含み）、上記グラフ描画手段（グラフ描画ステップ）は、上記仮ノード部分を折れ曲がりポイントとして描画することを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、ノードのエッジの接続先が別のエッジである場合には、当該別のエッジ上に仮ノードを設定し、仮ノード部分を折れ曲がりポイントとして描画するので、エッジが別のエッジに接続されている場合の可読性を向上させることができる。

また、本発明は記録媒体に関するものであり、本発明にかかる記録媒体は、上記に記載されたプログラムを記録したことを特徴とする。

この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンビユータに読み取らせて実行することによって、上記に記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各方法と同様の効果を得ることができる。

( Π ) また、上述した目的を達成するため、本発明にかかる有向グラフレイァゥト装置、有向グラフレイアウト方法、および、プログラムは、ノードと有向エッジとにより構成される有向グラフを自動レイァゥトする有向グラフレイァゥト装置、有向グラフレイアウト方法、および、有向グラフレイアウト方法をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、上記ノード毎に接続される上記有向エッジを単位べクトルとして全ての当該単位べクトルの合成べクトルを生成する合成ベクトル生成手段（合成ベクトル生成ステップ）と、上記有向ェッジの接続先の上記ノードに対して、上記合成べクトル生成手段（合成べクトル生成ステップ）にて生成された上記合成べクトルと上記単位べクトルとの角度を小さくする方向でかつ上記単位べクトルと垂直方向に角度補正力を発生させる角度補正力発生手段（角度補正力発生ステップ）と、全ての上記ノードの上記角度補正力を合計してエネルギーを計算するエネルギー計算手段（ェネルギー計算ステップ）と、上記エネルギー計算手段（エネルギー計算ステップ）にて計算された上記エネルギーを最適化するように上記ノードの座標位置を変更する最適化制御手段（最適化制御ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。 '

この装置、方法、および、プログラムによれば、ノード毎に接続される有向エッジを単位べクトルとして全ての当該単位べクトルの合成べクトルを生成し、有向エッジの接続先のノードに対して、生成された合成べクトルと単位べクトルとの角度を小さくする方向でかつ単位べクトルと垂直方向に角度補正力を発生させ、全てのノードの角度補正力を合計してエネルギーを計算し、計算されたエネルギーを最適化するようにノードの座標位置を変更するので、有向ダラフのエッジの流れを顕示したグラフを自動描画することができるようになる。すなわち、順回路の存在するパスウェイと巡回路の存在しないパスウェイとが混在する有向グラフの場合に、順回路の部分はその順路が円に近くなるように、順回路ではない部分はエッジの方向を一致させるように自動レイァゥトを行うことができ、簡易な方法で効率的に有向グラフレイアウトを行うことができるようになる。

また、本発明は、マグネティック 'スプリング法を用いてグラフ描画するときに比べて、一般的に描画領域を有効利用することができるようになる。

つぎの発明にかかる有向グラフレイァゥト装置、有向グラフレイァゥト方法、および、プログラムは、上記に記載の有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、および、プログラムにおいて、上記有向エッジの種類に応じた係数を当該有向エッジの単位べクトルに積算する単位べクトル積算手段（単位ベクトル積算ステップ）をさらに備え（含み）、上記合成ベクトル生成手段 (合成べクトル生成ステップ）は、上記単位べクトル積算手段（単位べクトル積算ステップ）にて上記係数が積算された上記単位べクトルを用いて合成べクトルを生成することを特徴とする。

これは単位べクトルの合成の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、有向エッジの種類に応じた係数を当該有向エッジの単位べクトルに積算し、係数が積算された単位べクトルを用いて合成べクトルを生成するので、有向エッジの種類により方向性に重み付けを行うことができるようになる。例えば、エッジに正常系（定常状態）で流れるルートゃ、異常系（特異な条件下で発現するルート）で流れるルート等の種類を設け、正常系のルートに重みを付けることにより、方向性を正常系に沿うようにグラフレイァゥトを行うことが可能になる。

つぎの発明にかかる有向グラフレイァゥト装置、有向グラフレイァゥト方法、および、プログラムは、上記に記載の有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、および、プログラムにおいて、上記角度補正力は予め定めた定数値であることを特徴とする。

これは角度補正力の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、角度補正力は予め定めた定数値であるので、複雑な計算を行うことなく計算時間や計算量をかけずに角度補正力を求めることができる。

つぎの発明にかかる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、および、プログラムは、上記に記載の有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、および、プログラムにおいて、上記角度補正力は、上記角度に従って変化することを特徴とする。

これは角度補正力の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、角度補正力は、角度に従って変化するので、初期状態から最適化を効率的に実行することが可能になる。

つぎの発明にかかる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイァゥト方法、および、プログラムは、上記に記載の有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、および、プログラムにおいて、上記エッジにより接続された上記ノード間に発生する引力を計算する引力計算手段（引力計算ステップ）と、一定距離内にある上記ノード間に発生する斥力を計算する斥力計算手段（斥力計算ステップ）とをさらに備え（含み）、上記エネルギー計算手段（エネルギ一計算ステップ）は、全ての上記ノードの上記引力、上記斥力、および、上記角度補正力を合計してエネルギーを計算することを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、エッジにより接続されたノード間に発生する引力を計算し、一定距離内にあるノード間に発生する斥力を計算し、全てのノードの引力、斥力、および、角度補正力を合計してエネルギ一を計算するので、角度調節を行うと有向エッジは全てある直線上（合成べクトル上）に重なろうとすることになるが、例えば、スプリングレイアウトなどの力指向レイァゥト法と本発明とを併用することにより、ある程度近づいたノードは斥力が強くなりお互いに反発することになるため異なるエッジが完全に重なることを防止することができるようになる。

この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンビユータに読み取らせて実行することによって、上記に記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各方法と同様の効果を得ることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の基本原理の概要を示す概念図であり、第 2図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、第 3図は、 2 項関係モデルの概念図であり、第 4図は、 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aに格納される情報の一例を示す図であり、第 5図は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートであり、第 6図は、本実施形態における本システムのスプリングレイァゥト処理の一例を示すフローチヤートであり、第 7図は、本発明の本実施形態における動的パラメタ制御処理の —例を示すフローチャートであり、第 8図は、本実施形態における本システムの仮ノード処理の一例を示すフローチャートであり、第 9図は、パスゥヱイ情報表示装置 1 0 0の出力装置 1 1 4に表示される 2項関係モデル作成用画面の一例を示す図であり、第 1 0図は、本発明の基本原理を示す原理構成図であり、第 1 1図は、本発明による角度補正力を用いた角度調節の概念を示す図であり、第 1 2図は、順回路の存在する代謝経路パスウェイ等の有向グラフの一例を示す図であり、第 1 3図は、巡回路の存在しない信号伝達パスウェイ等の有向グラフの一例を示す図であり、第 1 4図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、第 1 5図は、 2項関係モデルの概念図であり、第 1 6図は、 2項関係モデルデータベース 1 1 0 6 aに格納される情報の一例を示す図であり、第 1 7図は、本実施の形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートであり、第 1 8図は、本実施の形態における本システムの有向グラフレイァゥト処理の一例を示すフローチヤ一トであり、第 1 9図は、角度調節部 1 1 0 2 dによる角度補正力計算処理の一例を示すフローチャートであり、第 2 0図は、有向グラフレイァゥト装置 1 1 0 0の出力装置 1 1 1 4に表示される有向グラフ出力画面の一例を示す図であり、第 2 1 図は、有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0の出力装置 1 1 1 4に表示される 2 項関係モデル作成用画面の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

( I ) 以下に、本発明にかかるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。特に、以下の実施の形態においては、本発明を、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスゥヱイ、信号伝達パスゥヱイなどのパスウェイ情報についてグラフ描画を行うバイオインフォマティクスシステムに適用した例について説明するが、この場合に限られず、あらゆる分野のパスウェイ情報をグラフ描画するシステムにおいて、同様に適用することができる。

[本発明の概要]

以下、本発明の基本原理の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図 1は本発明の基本原理の概要を示す概念図である。

本発明は、まず、ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成して 2項関係モデルデータベースを構築する。ここで、「ノード」は、物質や現象を表現するものである。また、「エッジ」はノード間の様々な関係を表現し、始点となるノードと終点となるノードまたはエッジとを持ち、始点から終点への 2項関係を表現する。例えば、ノードは、遺伝子、蛋白質、アミノ酸、酵素、補酵素等の物質や、酵素反応や代謝反応などの現象を表現し，エッジは、生成、抑制、結合など始点と終点との関係を表現する。通常、ノードゃェッジは種類に応じて異なる形状で表現される。

ついで、 2項関係モデルデータベースで定義された各ノード（図 1における Aから U) およびエッジ（e から e ₁₅) に対して、スプリングレイアウトを実行してグラフ描画を行う。ここで、「スプリングレイアウト」は、一般無向グラフの描画法のうち力指向配置と呼ばれるものであり、ノードをリングに、エッジをパネに置き換えて、リングにかかるパネの力（斥力および引力）が系の最小エネルギー状態を実現するような配置を求めるものである。すなわち、本発明は、ノード間の距離に応じてノード間の斥力おょぴ引力を計算し、その力に基づいてノードの座標位置を決定して、ノードとエッジをグラフ描画する。ここで、「斥力」は一定距離内に存在する全ノード組間に発生する力であり、斥力によりノードは分散されて重なりが除去される。また、「引力」は、エツジで接続されたノード間に働く力であり、引力によりエツジ接続されたノードは接近するので、関係のあるノードは接近させることができ、関係のないノードと区別しやすくなる。

ここで、ノード間の斥力および引力に基づく力のみによりスプリングレイァゥトを行うと、ノード間が接近しすぎてノードやエッジ自体やそのラベルが見づらくなる場合がある。そのため、本発明では、各ノードの予め定めた周辺領域に対して「反発場」を定めて、ノード間が接近しすぎるのを防止している。すなわち、本発明は、ノードの周辺領域に対して引力を弱めること（引力を発生させないことを含む）、および/または、ノードの周辺領域の中に位置するノードの間の斥力を強めることにより反発場の計算を行い、これらの力に基づいてスプリングレイァゥトにより全体の力 (例えば、全エッジの合成べクトルの絶対値の総和であるエネルギー値など）が系の最小エネルギー状態を実現するように全ノードの座標位置を決定して、ノードとエッジをグラフ描画する。また、本発明は、ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動することにより、常に描画領域内にパスウェイ情報を描画することができる。このように描画領域を予め設定することにより、斥力の作用距離に限界を設けることができ、通常のスプリングレイアウトにありがちな永遠に離れ続ける現象を回避することができる。また、ウィンドウ境界でノード移動が抑制される場合では、境界に多数のノードが集積する現象が回避される。

また、本発明は、予め定めた時間内はノードの反発場を狭め、かつ、ノード間の引力を強めるように制御し、時間が経過した後はノードの反発場を広め、ノード間の引力を弱め、つ、ノード間の斥力を強めるように制御することにより、一定時間内は関連のあるノードが接近させていき、一定時間経過後は接近したノードが分散していくように動的にパラメタ制御を行ってグラフ描画することができる（動的パラメタ制御処理）。そして、ノードとエッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算し、エネルギ一が予め定めた値より小さくなるまで、または、エネルギーが最小になるまで、繰り返し行う。動的パラメタ制御処理を実行することにより、予め定めた時間内は、規模の大きなパスウェイ情報や複雑なパスウェイ情報であつても、短時間で関連のあるノード同士が接近し適切なクラスタリングを行うことができる。また、エッジの交差の多くが取り除かれるので、エネルギーがローカルミニマムな配置に落ち込む機会を減少させることができる。また、予め定めた時間経過後は、複雑なパスウェイ情報についても可読性を向上させることがでさる。

[システム構成]

まず、本システムの構成について説明する。図 2は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、パスウェイ情報表示装置 1 0 0と、遺伝子制御パスウェイや代謝パスウェイや情報伝達パスゥエイ等を含むパスウェイ情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索用の外部プログラム等を提供する外部システム 2 0 0とを、ネットワーク 3 0 0 を介して通信可能に接続して構成されている。

図 2においてネットワーク 3 0 0は、パスウェイ情報表示装置 1 0 0と外部システム 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等でめる。

図 2において外部システム 2 0 0は、ネットワーク 3 0 0を介して、パスゥエイ情報表示装置 1 0 0と相互に接続され、利用者に対してパスウェイ情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索やモチーフ検索等の外部プロダラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。

ここで、外部システム 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム 2 0 0の各機能は、外部システム 2 0 0のハードウェア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。

図 2においてパスゥヱイ情報表示装置 1 0 0は、概略的に、パスウェイ情報表示装置 1 0 0の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 1 0 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インタ一フェース部 1 0 4、入力装置 1 1 2および出力装置 1 1 4に接続される入出力制御インターフェース部 1 0 8、システムクロックを発生させるクロック発生部 1 1 0、および、各種のデータベースやテーブル（2項関係モデルデータベース 1 0 6 aおよびグラフデータ 1 0 6 b ) を格納する記憶部 1 0 6を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、このパスウェイ情報表示装置 1 0 0は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 3 0 0に通信可能に接続されている。

記憶部 1 0 6に格納される各種のデータベースやテーブル（2項関係モデルデータベース 1 0 6 aおよびグラフデータ 1 0 6 b ) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルゃファィルゃデ一タベースゃゥヱブベージ用フアイル等を格納する。

これら記憶部 1 0 6の各構成要素のうち、 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aは、パスウェイ情報の 2項関係モデルを格納したデータベースである。例えば、 K E G Gなどの外部データベースに格納されたパスウェイ情報に関する 2項関係モデルを作成して 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aに格納される。ここで、図 3は、 2項関係モデルの概念図である。図 3に示す例では、ノード Aからノード Dが、エッジ _{e i}からエッジ e ₃により接続されている。このように、パスウェイ情報は、ノードとエッジとにより構成される 2項関係モデルにより定義することができる。

また、図 4は、 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aに格納される情報の一例を示す図である。この 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aに格納される情報は、図 4に示すように、接続元のノードの名称や座標などを含む接続元情報、接続先のノードの名称や座標などを含む接続先情報、エッジの名称や長さ（距離）などを含むエッジ情報、接続されたノード間の関係（生成、抑制、促進など）を示す関係情報等を相互に関連付けて構成されている。また、グラフデータ 1 0 6 bは、描画されたグラフのデータを格納するグラフデータ格納手段である。

また、図 2において、通信制御インターフェース部 1 0 4は、パスウェイ情報表示装置 1 0 0とネットワーク 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部 1 0 4は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。

また、図 2において、入出力制御インターフェース部 1 0 8は、入力装置 1 1 2や出力装置 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる（なお、以下においては出力装置をモニタとして記載する）。また、入力装置 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モエタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。

また、図 2において、制御部 1 0 2は、 O S (O p e r a t i n g S y s t e m) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 1 0 2は、機能概念的に、 2項関係モデル作成部 1 0 2 a、引力計算部 1 0 2 b、斥力計算部 1 0 2 c、反発場計算部 1 0 2 d、境界判定部 1 0 2 e、動的パラメタ制御部 1 0 2 f 、グラフ描画部 1 0 2 g、エネルギー計算部 1 0 2 h、および、仮ノード処理部 1 0 2 iを備えて構成されている。

このうち、 2項関係モデル作成部 1 0 2 aは、ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する 2項関係モデル作成手段である。また、引力計算部 1 0 2 bは、エッジにより接続されたノード間に発生する引力を計算する引力計算手段である。また、斥力計算部 1 0 2 cは、一定距離内にあるノード間に発生する斥力を計算する斥力計算手段である。また、反発場計算部 1 0 2 dは、ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して斥力および引力を計算する反発場計算手段である。

また、境界判定部 1 0 2 eは、ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動する境界判定手段である。また、動的パラメタ制御部 1 0 2 f は、予め定めた時間内はノードの反発場を狭め、かつ、ノード間の引力を強めるように制御し、時間が経過した後はノードの反発場を広め、ノード間の引力を弱め、かつ、ノード間の斥力を強めるように制御することにより、時間内は関連のあるノードが接近させていき、時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御する動的パラメタ制御手段である。

また、グラフ描画部 1 0 2 gは、斥力計算手段により計算された斥力、引力計算手段により計算された引力、反発場計算手段により計算された反発場の斥力および引力に基づいてノードの座標位置をスプリングレイァゥトにより決定して、ノードとエッジをグラフ描画するグラフ描画手段である。また、ェネルギー計算部 1 0 2 hは、グラフ描画手段にて描画されたノードとエッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算するェネルギー計算手段である。

また、仮ノード処理部 1 0 2 iは、ノードのェッジの接続先が別のェッジである場合には、当該別のエッジ上に仮ノードを設定する仮ノード設定手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理]

次に、このように構成された本実施の形態における本装置の処理の一例について、以下に図 5〜図 9を参照して詳細に説明する。

[メイン処理]

まず、メイン処理の詳細について図 5を参照して説明する。図 5は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。パスウェイ情報表示装置 1 0 0は、 2項関係モデル作成部 1 0 2 aの処理により、パスウェイ情報から 2項関係モデルを作成して 2項関係モデルデータべース 1 0 6 aに格納する（ステップ S A— 1 ) 。すなわち、 2項関係モデル作成部 1 0 2 aは、従来の K E G Gなどのデータベースに格納されたパスウェイ情報から所望のパスウェイ情報を利用者に選択させ、図 3に示すパスウェイ情報の 2項関係モデルを図 4に示す形式に自動変換して 2項関係モデルの作成を行い、 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aに格納する。また、 2項関係モデル作成部 1 0 2 aは、図 9に示すような 2項関係モデル作成用画面を出力装置 1 1 4に表示し、利用者にノードとエッジの情報を入力させることにより 2項関係モデルを作成してもよい。

ここで、図 9は、パスウェイ情報表示装置 1 0 0の出力装置 1 1 4に表示される 2項関係モデル作成用画面の一例を示す図である。図 9に示すように、 2 項関係モデル作成用画面は、パスゥヱイ名の入力領域 MA— 1と、接続元情報の入力領域 M A— 2と、接続先情報の入力領域 M A— 3と、エツジ情報の入力領域 MA— 4とを備えて構成される。利用者が、入力装置 1 1 2を介してこれらの入力領域に所望の情報を入力すると、 2項関係モデル作成部 1 0 2 aは、入力情報を 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aの所定の記憶域に格納する。ついで、制御部 1 0 2は、 2項関係モデルデータベース 1 0 6 aに基づいて、後述するスプリングレイアウト処理を実行する（ステップ S A— 2 ) 。これにて、メイン処理が終了する。

[スプリングレイァゥト処理]

次に、スプリングレイァゥト処理の詳細について図 6を参照して説明する。図 6は、本実施形態における本システムのスプリングレイァゥト処理の一例を示すフローチヤ一トである。

まず、制御部 1 0 2は、クロック発生部 1 1 0からシステムクロックを受信して制御タイマを起動し（ステップ S B— 1 ) 、予め定めた時間 t 1が経過したか監視する（ステップ S B— 2 ) 。ここで、時間 t lは、グラフの複雑さ (例えば、ノ一ドやエッジの数などから決定する）、初期値のグラフのェネルギー値などに基づいて予め定めてもよい。

ステップ S B— 2において t 1時間経過していない場合は、動的パラメタに接近パラメタを設定し（ステップ SB— 3) 、一方、 t l時間経過した場合は、動的パラメタに分散パラメタを設定する（ステップ SB— 4) 。

ついで、斥力計算部 102 cは、一定距離内にある全ノード組間に斥力を計算して設定する（ステップ SB— 5) 。すなわち、斥力計算部 102 cは、 2 つのノード間の距離が短いほど強い斥力をそのノード間に設定する。

ついで、引力計算部 102 bは、エッジ接続されたノード間の引力を計算して設定する（ステップ SB— 6) 。すなわち、引力計算部 102 bは、 2つのノード間の距離が遠いほど強い引力を設定する。

ついで、反発場計算部 102 dは、ノードの周辺領域に反発場を設定して斥力および引力を計算し、ノードなどのラベルの文字領域を確保する（ステップ SB— 7) 。すなわち、反発場計算部 102 dは、ノードの周辺領域に対して引力を弱めること（引力を発生させないことを含む）、および/または、ノードの周辺領域の中に位置するノードの間の斥力を強めることにより反発場の斥力および引力の計算を行う。 ·

例えば、反発場をノ一ド中心からノ一ドサイズの 20 %相似領域に設定し、引力を距離の 95%に設定し、かつ、斥力を 200%に設定したり、また、反発場をノード中心からノードサイズの 400%相似領域に設定し、引力を距離の 5%に設定し、斥力を 800%に設定するなどにより、反発場の斥力と引力を計算する。

ついで、動的パラメタ制御部 102 f は、図 7に示す動的パラメタ制御処理を実行する（ステップ SB— 8) 。

ここで、図 7は、本発明の本実施形態における動的パラメタ制御処理の一例を示すフローチャートである。図 7において、動的パラメタ制御部 102 f は、設定された動的パラメタを判定し（ステップ SC— 1) 、接近パラメタの場合には、反発場を狭め、引力を強めるように制御し（ステップ S C—2 ) 、一方、分散パラメタの場合には、反発場を広め、引力を弱め、斥力を弱めるように制御する（ステップ S C— 3 ) 。すなわち、接近パラメタの場合には、グラフ上で関連のあるノードが接近していき、分散パラメタの場合には、グラフ上で関連のあるノードが分散していく。

再び図 6に戻り、グラフ描画部 1 0 2 gは、斥力、引力、反発場の斥力およぴ引力に基づいてノードの座標位置をスプリングレイァゥトにより決定して、ノードとエッジをグラフ描画する。すなわち、グラフ描画部 1 0 2 gは、作用する全ての力の合成べクトルに従ってノードを微小移動させるスプリングレイアウトのステップを適当な回数繰り返す（力が存在する限り移動は続くことになる）。本手法では、力を配置状態と時間の関数として定義しており、かつ、力の方向に移動が行われるとその力が小さくなるようになっている。従って、ステップを重ねるにつれて配置全体の力の絶対値の総和（これを「エネルギ一」と呼ぶ）は減少する。すなわち、斥力により各ノードは互いに離れ、重ならなくなり、また互いに一定距離以上離れると斥力は 0になる。また、引力により、エッジで接続されたノードがお互いに近づくことになり、また互いに一定距離以上近づくと引力は 0になる。また、反発場の作用により重なりの大きいノードを特別に離れさせることができる。

以下に、具体的な例を挙げてスプリングレイアウトを説明する。まず、 2項関係モデル内の全てのノード組（n i , n j ) について以下の処理を実行する。

( 1 ) n i、 n j間の距離 dが一定距離を越える場合は次のノード組の処理へ進む。

( 2 ) n iを反 n j方向へ、 n jを反 n i方向へ、力（A) に比例し dの自乗に反比例する距離移動させる。

( 3 ) 移動後の n iまたは n jの位置が描画領域から外れた場合は、境界判定部 1 0 2 eの処理により、もよりの境界まで移動させる。

次に、 2項関係モデル内の全ての関係 rについて以下の処理を実行する。 (1) rの始点ノードを n s、終点ノードを n eとする。また、 n s、 n e間の距離を dとする。

(2) dが予め定める距離以内であれば次の関係の処理へ進む。

(3) 313を116方向へ、 116を113方向へ、力（B) と距離 dに比例する距離だけ移動させる。

ついで、グラフ描画部 102 gは、描画したグラフを出力装置 1 14に出力する（ステップ SB— 9) 。

ここで、グラフデータ 106 bに描画途中のデータを格納してもよく、各制御部（ 102 a〜 102 h) は、グラフデータ 106 bに格納された描画途中のデータを適宜参照または格納してもよい。

ついで、出力されたグラフを見て利用者が入力装置 1 1 2を用いて終了を指示した場合や、エネルギー計算部 102 hにより計算された全体のエネルギーが予め定めた閾値より小さい場合や、エネルギーが最小になった場合には、スプリングレイアウト処理が終了する（ステップ SB— 10) 。一方、その他の場合には、ステップ SB— 2に戻る。

[仮ノード処理]

次に、仮ノード処理の詳細について図 8を参照して説明する。図 8は、本実施形態における本システムの仮ノード処理の一例を示すフローチャートである。まず、 2項関係モデルの作成において、エッジ（e 2) の接続先がエッジ (e l) である場合は、仮ノ一ド処理部 102 iは、適切な形状の仮ノード (ノード t) を接続する。すなわち、仮ノード処理部 102 iは、接続先エツジ（e l) の中央部などに仮ノード（ノード t) を置き（ステップ SD— 1) 、接続先エッジ（e l) が接続していたノード（ノード B) へは仮エッジ（e 3 および e 4) を配線し、オリジナルのエッジ（e l) を削除する（ステップ S D— 2) 。

つぎに、仮ノードを通常ノードとみなして上述した方法により配置計算（スプリングレイアウト）を行なう（ステップ SD— 3) 。そして、仮ノード処理部 102 iは、仮ノ一ド中心部が折れ曲りポイントになるようにオリジナルェッジ（e l) を描画し、仮ノード、仮ェッジを削除する（ステップ SD— 4) 。これにて、仮ノード処理が終了する。

[他の実施の形態]

さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。

また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、パスウェイ情報表示装置 100に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。

例えば、パスウェイ情報表示装置 100の各サーバが備える処理機能、特に制御部にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、 CPU (C e n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) および当該 C P Uにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じてパスウェイ情報表示装置 1 00に機械的に読み取られる。

記憶部 106に格納される各種のデータベース等（2項関係モデルデータべース 106 aおよびグラフデータ 106 b) は、 RAM、 ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光デイスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムゃテーブルやフアイルゃデ一タベースゃゥェプぺージ用フアイル等を格納する。

また、パスウェイ情報表示装置 100は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタゃモニタやイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。

さらに、パスウェイ情報表示装置 100の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散 ·統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一部 ¾" C G I (C ommo n Ga t ewa y I n t e r f a c eノを用いて実現してもよい。

また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、 ROM、 E PROM, EE PROM, CD-ROM,

MO、 DVD等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵される ROM、 RAM, HD等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、 LAN、 WAN, インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、 OS (Op e r a t i n g

S y s t em) に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。

また、ネットワーク 3 0 0は、パスウェイ情報表示装置 1 0 0と外部システム 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、 L AN (有線ノ無線の双方を含む）や、 V ANや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ Zデジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ/デジタルの双方を含む）や、 C A T V網や、 I MT 2 0 0 0方式、 G S ' M方式または P D C/ P D C— P方式等の携帯回線交換網/携帯バケツト交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o 0 t h等の局所無線網や、 P H S網や、 C S、 B Sまたは I S D B等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線 ·無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、ノードとエッジとにより構成されるパスゥヱイ情報の 2項関係モデルを作成する。ここで、パスゥヱイ情報は、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスウェイ、信号伝達パスウェイなどに関する情報を含み、主要情報を 2項関係に写像することにより、複雑なパスウェイ情報を単純化してモデル化して、総合的に表現することができるようになる。そして、一定距離内にあるノード間に発生する斥力を計算し、エッジにより接続されたノード間に発生する引力を計算し、斥力および引力に基づいてノードの座標位置をスプリングレイァゥトにより決定して、ノードとエッジをグラフ描画することにより、中規模若しくは大規模なパスウェイ情報や複雑なパスゥェィ情報であっても、一定時間内に自動的にある程度可読なグラフを描画することができるようになる。

ここで、ノード間の斥力おょぴ引力に基づく力のみによりレイアウトを行うと、ノード間が接近しすぎてノードやエッジ自体やそのラベルが見づらくなる場合がある。そのため、本発明では、各ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を定めて、ノード間が接近しすぎるのを防止している。すなわち、本発明は、ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して斥力および引力を計算し、計算された斥力、引力、反発場の斥力および引力に基づいてノードの座標位置をスプリングレイァゥトにより決定して、ノードとエッジをグラフ描画し、パスウェイ情報を 2項関係モデルでグラフ表示をするので、ノードやエッジ自体やそれらのラベルの重なりが回避されてグラフの可読性がさらに向上するようになる。

また、本発明によれば、ノードの上記周辺領域に対して引力を弱めること (引力を発生させないことを含む）、および/または、ノードの周辺領域の中に位置するノードの間の斥力を強めることにより反発場の計算を行い、これらの力に基づいてスプリングレイアウトにより全体の力（例えば、全エッジの合成べクトルの絶対値の総和であるエネルギー値など）が系の最小エネルギー状態を実現するように全ノードの座標位置を決定して、ノードとエッジをグラフ描画するパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動するので、常に描画領域内にパスウェイ情報を描画することができるパスゥヱイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、予め定めた時間内はノードの反発場を狭め、かつ、ノード間の引力を強めるように制御し、時間が経過した後はノードの反発場を広め、ノード間の引力を弱め、かつ、ノード間の斥力を強めるように制御することにより、時間内は関連のあるノードが接近させていき、時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御することができるパスゥェィ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。また、本発明によれば、描画されたノードとエッジに基づいて合成ベクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算し、計算されたエネルギ一が予め定めた値より小さくなるまで、または、エネルギーが最小になるまで動的パラメタ制御を繰り返し行うことにより、ある程度小さなエネルギー状態または最小エネルギー状態である系を実現するような配置を求めることができるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、ノードのエッジの接続先が別のエッジである場合には、当該別のエッジ上に仮ノードを設定し、仮ノード部分を折れ曲がりポイントとして描画するので、エッジが別のエッジに接続されている場合の可読性を向上させることができるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

( π ) また、以下に、本発明にかかる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

特に、以下の実施の形態においては、本発明を、遺伝子制御パスウェイ、代鶴すパスウェイ、信号伝達パスウェイなどのパスウェイ情報についてグラフ描画を行うバイオインフォマティクスシステムに適用した例について説明するが、この場合に限られず、あらゆる分野のパスウェイ情報をグラフ描画するシステムにおいて、同様に適用することができる。

[本発明の概要]

以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図 1 0は本発明の基本原理を示す原理構成図である。本発明は、まず、ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成して 2項関係モデルデータベースを構築する。ここで、「ノード」は、物質や現象を表現するものである。また、「エッジ」はノード間の様々な関係を表現し、始点となるノードと終点となるノードまたはェッジとを持ち、始点から終点への 2項関係を表現する。例えば、ノードは、遺伝子、蛋白質、アミノ酸、酵素、捕酵素等の物質や、酵素反応や代謝反応などの現象を表現し、エッジは、生成、抑制、結合など始点と終点との関係を表現する。通常、ノードやエッジは種類に応じて異なる形状で表現される。

ついで、 2項関係モデルデータベースで定義された各ノード（図 1 0における Aから U) およびエッジ（_{e i}から e ₁₆) に対して、例えば、スプリングレィアウト等の手法を用いて自動グラフ描画を行う。ここで、「スプリングレイアウト」は、一般無向グラフの描画法のうち力指向配置と呼ばれるものであり、ノードをリングに、エッジをパネに置き換えて、リングにかかるパネの力（斥力および引力）が系の最小エネルギー状態を実現するような配置を求めるものである。すなわち、本発明は、ノード間の距離に応じてノード間の斥力および引力を計算し、その力に基づいてノードの座標位置を決定して、ノードとエツジをグラフ插画する。ここで、「斥力」は一定距離内に存在する全ノード組間に発生する力であり、斥力によりノードは分散されて重なりが除去される。また、「引力」は、エッジで接続されたノード間に働く力であり、引力によりェッジ接続されたノードは接近するので、関係のあるノードは接近させることができ、関係のないノードと区別しやすくなる。

ここで、スプリングレイアウトは、各エッジの方向性を考慮しない無向ダラフレイアウト手法である。例えば、図 1 2に示すような順回路の存在する代謝経路パスウェイ等の有向グラフ（ノード Aからノード H) や、図 1 3に示すような巡回路の存在しない信号伝達パスウェイ等の有向グラフ（ノード Hからノード S ) を自動レイアウトする際に、各エッジの方向性については全く考慮せずにレイァゥトを行う。

そこで、本発明は、スプリングレイアウト等により各ノードを配置した後、各エッジの方向に応じてエッジの角度を調節することによりグラフ描画を行う。すなわち、本発明は、ノード毎に接続されるエッジの方向をそろえる力である角度補正力を発生させることによりノードの配置を制御する。

図 1 1は、本発明による角度補正力を用いた角度調節の概念を示す図である。まず、本発明は、ノード（図 1 1におけるノード N) に接続される各有向エツジ（図 1 1における eい e ₂および e ₃) を単位ベクトルとして、これら全ての単位べクトルの合成べクトル（図 1 1における g ) を生成する。

そして、本発明は、有向エッジの接続先のノード（図 1 1におけるノード O およびノード P ) に対して、合成ベクトル（g ) と単位ベクトル（e ₂および e ₃) との角度（図 1 1におけるおよび t ₂) を小さくする方向でかつ単位ベクトルと垂直方向に角度補正力（図 1 1におけるおよび R₂) を発生させる。ここで、角度補正力は、定数値としてもよく、また、角度に従って変化させてもよい（例えば、角度が大きくなるに従って増加する数値等）。

ここで、有向エッジの種類に応じた係数を当該有向エッジの単位べクトルに積算し、係数が積算された単位べクトルを用いて合成べクトルを生成してもよレ、。これにより、有向エッジの種類により方向性に重み付けを行うことができるようになる。

そして、本発明は、全てのノードの角度補正力を合計してエネルギーを計算し、計算されたエネルギーを最適化するようにノードの座標位置を変更する。ここで、スプリングレイァゥト等により求めた他の力 (引力、斥力など) をグラフ全体で総合的に加算してエネルギーを計算してもよい。すなわち、力の絶対値の総和をエネルギーとして計算し、当該エネルギーを一般的な最適化手法 (遺伝的ァルゴリズム、シミュレーテッド ·ァニーリング等）により最小化するような各ノードのレイァゥトを決定してもよい。本発明により角度調節を行うと有向エッジは全てある直線上（合成ベクトル上）に重なろうとすることになるが、例えば、スプリングレイアウトなどの力指向レイアウト法と本発明とを併用することにより、ある程度近づいたノードは斥力が強くなりお互いに反発することになるため異なるエッジが完全に重なることを防止することができるようになる。本発明を用いると、図 1 2に示すような順回路の存在する代謝経路パスゥェィ等の有向グラフ（ノード Aからノード H) は、有向エッジが直線上に並ぼうとする力によって各ノードが円周上に並ぶことになる。また、図 1 3に示すような巡回路の存在しない信号伝達パスゥヱイ等の有向グラフ（ノード Hからノ —ド S ) は、各ノードの周囲で有向エッジの向きがある程度揃えられることで全体的にエッジの方向が揃うことになる。

[システム構成]

まず、本システムの構成について説明する。図 1 4は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、有向グラフレィァゥト装置 1 1 0 0と、遺伝子制御パスウェイや代謝パスウェイや情報伝達パスウェイ等を含むパスウェイ情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索用の外部プログラム等を提供する外部システム 1. 2 0 0とを、ネットヮーク 1 3 0 0を介して通信可能に接続して構成されている。

図 1 4においてネットワーク 1 3 0 0は、有向グラフレイァゥト装置 1 1 0 0と外部システム 1 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。

図 1 4において外部システム 1 2 0 0は、ネットワーク 1 3 0 0を介して、有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0と相互に接続され、利用者に対してパスゥエイ情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索やモチーフ検索等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。

ここで、外部システム 1 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンビユータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム 1 2 0 0の各機能は、外部システム 1 2 0 0 のハードウェア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。図 14において有向グラフレイアウト装置 1100は、概略的に、有向ダラフレイァゥト装置 1100の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 1 10 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部 1 104、入力装置 11 12および出力装置 111 4に接続される入出力制御インターフェース部 1108、および、各種のデータベースやテーブル（2項関係モデルデータベース 1106 aおよびグラフデータ 1106 b) を格納する記憶部 1106を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、この有向グラフレイアウト装置 1 100は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 1300に通信可能に接続されている。

記憶部 1106に格納される各種のデータベースやテーブル（2項関係モデルデータベース 1106 aおよびグラフデータ 1106 b) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテープルゃフアイルゃデ一タベースゃゥェブベージ用フアイル等を格納する。

これら記憶部 1106の各構成要素のうち、 2項関係モデルデータベース 1 106 aは、パスウェイ情報の 2項関係モデルを格納したデータベースである。例えば、 K E G Gなどの外部データベースに格納されたパスウェイ情報に関する 2項関係モデルを作成して 2項関係モデルデータベース 1106 aに格納される。ここで、図 15は、 2項関係モデルの概念図である。図 15に示す例では、ノード Aからノード Dが、有向エッジ e 1から有向エッジ e 3により接続されている。このように、パスウェイ情報は、ノードとエッジとにより構成される 2項関係モデルにより定義することができる。

また、図 16は、 2項関係モデルデータベース 1106 aに格納される情報の一例を示す図である。この 2項関係モデルデータベース 1106 aに格納される情報は、図 16に示すように、接続元のノードの名称や座標などを含む接続元情報、接続先のノードの名称や座標などを含む接続先情報、エッジの名称や長さ（距離）などを含むエッジ情報、接続されたノード間の関係の種類（生成、抑制、促進、正常系、異常系）等を示す関係種類情報等を相互に関連付けて構成されている。また、グラフデータ 1 1 0 6 bは、描画されたグラフのデ一タを格納するグラフデータ格納手段である。

また、図 1 4において、通信制御インターフェース部 1 1 0 4は、有向ダラフレイァゥト装置 1 1 0 0とネットワーク 1 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部 1 1 0 4は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。また、図 1 4において、入出力制御インターフェース部 1 1 0 8は、入力装置 1 1 1 2や出力装置 1 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 1 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる (なお、以下においては出力装置をモニタとして記載する）。また、入力装置 1 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。

また、図 1 4において、制御部 1 1 0 2は、 O S (O p e r a t i n g S y s t e m) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 1 1 0 2は、機能概念的に、 2項関係モデル作成部 1 1 0 2 a、引力計算部 1 1 0 2 b、斥力計算部 1 1 0 2 c、角度調節部 1 1 0 2 d、エネルギー計算部 1 1 0 2 e、最適化制御部 1 1 0 2 f 、グラフ描画部 1 1 0 2 g、合成べクトル生成部 1 1 0 2 h、および、角度f正力発生部 1 1 0 2 iを備えて構成されている。

このうち、 2項関係モデル作成部 1 1 0 2 aは、ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する 2項関係モデル作成手段である。また、引力計算部 1 1 0 2 bは、エッジにより接続されたノード間に発生する引力を計算する引力計算手段である。また、斥力計算部 1 1 0 2 cは、一定距離内にあるノード間に発生する斥力を計算する斥力計算手段である。また、角度調節部 1 1 0 2 dは、各エッジの方向に応じてエッジの角度を調節する角度調節手段である。

ここで、角度調節部 1 1 0 2 dは、合成べクトル生成部 1 1 0 2 hおよび角度補正力発生部 1 1 0 2 iを含んで構成される。合成べクトル生成部 1 1 0 2 hは、ノード毎に接続される有向エッジを単位べクトルとして全ての当該単位ベタトルの合成べクトルを生成する合成べクトル生成手段である。また、角度補正力発生部 1 1 0 2 iは、有向エッジの接続先のノードに対して、合成べクトル生成手段にて生成された合成べクトルと単位べクトルとの角度を小さくする方向でかつ単位べクトルと垂直方向に角度補正力を発生させる角度補正力発生手段である。

また、エネルギー計算部 1 1 0 2 eは、全てのノードの角度捕正力、斥力、引力のうち少なくとも一つを合計してエネルギーを計算するエネルギー計算手段である。また、最適化制御部 1 1 0 2 f は、エネルギー計算手段にて計算されたエネルギーを最適化するようにノードの座標位置を変更する最適化制御手段である。グラフ描画部 1 1 0 2 gは、斥力、弓 I力、角度補正力等に基づいてノードの座標位置をスプリングレイアウト等により決定して、ノードと有向ェッジを有向グラフ描画するグラフ描画手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理]

次に、このように構成された本実施の形態における本装置の処理の一例について、以下に図 1 7〜図 2 1を参照して詳細に説明する。

[メイン処理]

まず、メイン処理の詳細について図 1 7および図 2 1を参照して説明する。図 1 7は、本実施の形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。

有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0は、 2項関係モデル作成部 1 1 0 2 aの処理により、パスウェイ情報から 2項関係モデルを作成して 2項関係モデルデータベース 1 106 aに格納する（ステップ S A A— 1) 。すなわち、 2項関係モデル作成部 1102 aは、従来の KEGGなどのデータベースに格納されたパスウェイ情報から所望のパスゥヱイ情報を利用者に選択させ、図 15に示すパスウェイ情報の 2項 ¾係モデルを図 16に示す形式に自動変換して 2項関係モデルの作成を行い、 2項関係モデルデータベース 1106 aに格納する。また、 2項関係モデル作成部 1102 aは、図 21に示すような 2項関係モデル作成用画面を出力装置 1114に表示し、利用者にノードとエッジの情報を入力させることにより 2項関係モデルを作成してもよい。

ここで、図 21は、有向グラフレイァゥト装置 1 100の出力装置 11 14 に表示される 2項関係モデル作成用画面の一例を示す図である。図 21に示すように、 2項関係モデル作成用画面は、パスウェイ名の入力領域 MAA— 1と、接続元情報の入力領域 MA A— 2と、接続先情報の入力領域 MA A— 3と、ェッジ情報の入力領域 MAA— 4とを備えて構成される。利用者が、入力装置 1 112を介してこれらの入力領域に所望の情報を入力すると、 2項関係モデル作成部 1102 aは、入力情報を 2項関係モデルデータベース 1106 aの所定の記憶域に格納する。

ついで、制御部 1102は、 2項関係モデルデータベース 1106 aに基づいて、後述する有向グラフレイアウト処理を実行する（ステップ SAA—2) 。これにて、メイン処理が終了する。

[有向グラフレイァゥト処理]

まず、有向グラフレイァゥト処理の詳細について図 18から図 20を参照して説明する。図 18は、本実施形態における本システムの有向グラフレイァゥト処理の一例を示すフローチャートである。

まず、 2項関係モデルデータベース 1 106 aにおいて、有向グラフが G (N, E) に格納されているとする。

ここで、 Nはノードの集合であり、 N= { n ₁₍ n₂, . . . , n_n} で表される。

また、 Eはエッジの集合であり、

E = { e！ (n sい n d j) ， e ₂ (n s ₂, n d₂) , . . . ,

e _n (n s _n, n d_n) }

(n sは接続元ノード、 n dは接続先ノードを表す）で表される。

そして、有向グラフがランダムまたは 2項関係モデルデータベース 1 106 aに格納された初期の座標位置に初期配置（c。）されているとする（ステツプ SBB— 1) 。このとき、現在の配置（c_c) は c。となる。

まず、有向グラフレイァゥト装置 1 100は、引力計算部 1 102 bの処理により、ノード集合 Nの各要素 riiについて、引力を計算する（ステップ SB B-2) 。例えば、引力計算部 1 1 02 bは、ノード iiiに接続する全エッジ _ejについて以下の数式によりパネエネルギー（エッジ同士が引き合う力）を計算し、そのパネエネルギーの合計を求める。

I KX (L- 1) I

(K=パネ係数、 L=パネ自然長定数、 1 =ノード niとエッジ _ejにより接続される先のノードとの距離）そして、有向グラフレイァゥト装置 1 100は、斥力計算部 1 102 cの処理により、ノード集合 Nの各要素 _niについて、斥力を計算する（ステップ S BB-3) 。例えば、斥力計算部 1 102 cは、全てのノード間について以下の数式によりクーロン力（ノード同士が反発する力）を計算し、そのクーロン力の合計を求める。

C/d

(C =クーロン力係数、 d =ノード間の距離）そして、有向グラフレイァゥト装置 1 100は、角度調節部 1 102 dの処理により、ノード毎に接続されるエッジの方向をそろえる力である角度補正力を計算する（ステップ SB B— 4) 。ここで、図 19は、角度調節部 1 1 02 dによる角度補正力計算処理の一例を示すフローチャートである。図 19に示すように、まず、角度調節部 1 102 dは、ノード _niに接続される各有向ェッジ ejを単位べクトルとして、これら全ての単位べクトルの合成べクトルを生成する（ステップ SCC— 1) 。

そして、角度調節部 1 102 dは、有向エッジの接続先のノードに対して、合成ベクトル（g) と単位ベクトルとラジアンを単位とする角度（t) を小さくする方向でかつ単位べクトルと垂直方向に以下の数式により求めた角度補正力を発生させる（ステップ SCC— 2) 。

(t a n (t/2) ) ² 再ぴ図 1 8に戻り、有向グラフレイアウト装置 1 100は、エネルギー計算部 1 102 eの処理により、全ノードの引力、斥力、および、角度補正力を合計してグラフ全体のエネルギーを計算する（ステップ SB B— 5) 。

そして、有向ダラフレイァゥト装置 1 100は、最適化制御部 1 102 f の処理により、計算されたエネルギーを最適化するようにノードの座標位置を変更する（ステップ SBB— 6) 。ここで、スプリングレイアウト等により求めた他の力（引力、斥力など）をグラフ全体で総合的に加算して力の絶対値の総和をエネルギーとして計算し、当該エネルギーを一般的な最適化手法（遺伝的アルゴリズム、シミュレ一テッド .アニーリング等）により最小化するような各ノードのレイアウトを決定する。そして、有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0は、グラフ描画部 1 1 0 2 gの処理により、有向グラフを出力装置 1 1 1 4 に出力する。ここで、図 2 0は、有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0の出力装置 1 1 1 4に表示される有向グラフ出力画面の一例を示す図である。

そして、有向グラフレイァゥト装置 1 1 0 0は、最適化制御部 1 1 0 2 f の処理により、作成した有向グラフが予め定めた終了条件（例えば、エネルギーが予め定めた閾値より少ないか、利用者が終了を指定したか、制限回数に到達したか等）を満たしているかを判定し（ステップ S B B— 7 ) 、終了条件を満たしていない場合には、ステップ S B B— 2に処理を戻す。これにて、有向グラフレイァゥト処理が終了する。

[他の実施の形態]

例えば、有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、有向グラフレイアウト装置 1 1 0 0とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。

また、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。また、有向グラフレイアウト装置 1 100に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。

例えば、有向グラフレイアウト装置 1 100の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部 1 102にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、 CPU (Ce n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) および当該 CPUにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて有向グラフレイアウト装置 1 100に機械的に読み取られる。

すなわち、 ROMまたは HDなどの記憶部 1106などには、 OS (Op e r a t i n g Sy s t em) と協働して CPUに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、 RAM等にロードされることによって実行され、 CPUと協働して制御部を構成する。また、このコンピュータプログラムは、有向グラフレイァゥト装置 1 100に対して任意のネットワークを介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、 ROM、 E PROM, EE PROM, CD-ROM, MO、 DVD等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵される ROM、 RAM, HD等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、 LAN、 WAN, インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、

「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、 OS (Op e r a t i n g S y s t em) に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。

記憶部 1 106に格納される各種のデータベース等（2項関係モデルデータベース 1 106 aおよびグラフデータ 1 106 b) は、 RAM、 ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムやテープルゃファィルゃデータベースやウェブページ用フアイル等を格納する。

また、有向グラフレイァゥト装置 1 100は、既知のパーソナルコンビユータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタゃモニタゃイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。

さらに、有向グラフレイアウト装置 1 100の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散 ·統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一部を CG I (C ommo n Ga t ewa y I n t e r f a c e) を用いて実現してもよい。

また、ネットワーク 1 300は、有向グラフレイァゥト装置 1 1 00と外部システム 1 200とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットゃ、イントラネットや、 LAN (有線/無線の双方を含む）や、 VANや、バソコン通信網や、公衆電話網（アナログ Zデジタルの双方を含む）や、専用回網 (アナログ/デジタルの双方を含む）や、 C A T V網や、 I MT 2 0 0 0方式

G S M方式または P D C/ P D C— P方式等の携帯回線交換網/携帯パケット交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o o t h等の局所無線網や、 P H S網や C S、 B Sまたは I S D B等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線 ·無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、ノード毎に接続される有向ェッジを単位べクトルとして全ての当該単位べクトルの合成べクトルを生成し、有向エッジの接続先のノードに対して、生成された合成べクトルと単位べクトルとの角度を小さくする方向でかつ単位べクトルと垂直方向に角度補正力を発生させ、全てのノードの角度補正力を合計してエネルギーを計算し、計算されたエネルギーを最適化するようにノードの座標位置を変更するので、有向ダラフのエツジの流れを顕示したグラフを自動描画することができる有向グラフレィアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、順回路の存在するパスウェイと巡回路の存在しないパスウェイとが混在する有向グラフの場合に、順回路の部分はその順路が円に近くなるように、順回路ではない部分はエッジの方向を一致させるように自動レイアウトを行うことができ、簡易な方法で効率的に有向グラフレイアウトを行うことができる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、マグネティック ·スプリング法を用いてグラフ描画するときに比べて、一般的に描画領域を有効利用することができる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、有向エッジの種類に応じた係数を当該有向エッジの単位べクトルに積算し、係数が積算された単位べクトルを用いて合成べクトルを生成するので、有向エッジの種類により方向性に重み付けを行うことができるようになる。例えば、エッジに正常系 (定常状態）で流れるルートや、異常系（特異な条件下で発現するルート）で流れるルート等の種類を設け、正常系のルートに重みを付けることにより、方向性を正常系に沿うようにグラフレイァゥトを行うことが可能になる有向グラフレイァゥト装置、有向グラフレイァゥト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、角度補正力は予め定めた定数値であるので、複雑な計算を行うことなく計算時間や計算量をかけずに角度補正力を求めることができる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、角度補正力は、角度に従って変化するので、初期状態から最適化を効率的に実行することが可能になる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

さらに、本発明によれば、エッジにより接続されたノード間に発生する引力を計算し、一定距離内にあるノード間に発生する斥力を計算し、全てのノードの引力、斥力、および、角度補正力を合計してエネルギーを計算するので、角度調節を行うと有向エッジは全てある直線上（合成ベクトル上）に重なろうとすることになるが、例えば、スプリングレイアウトなどの力指向レイアウト法と本発明とを併用することにより、ある程度近づいたノ一ドは斥力が強くなりお互いに反発することになるため異なるエッジが完全に重なることを防止することができる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。産業上の利用可能性

( I ) 以上のように、パスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体は、複雑なパスウェイや中規模または大規模なパスウェイについてグラフを自動描画することができる。

これにより、本発明にかかるパスウェイ情報表示装置、パスウェイ情報表示方法、プログラム、および、記録媒体は、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスゥヱイ、信号伝達パスウェイなどのパスウェイ情報についてグラフ描画を行うパィォインフォマテイクス分野において極めて有用である。本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、情報処理等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

( Π ) また、有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイアウト方法、プログラム、および、記録媒体は、順回路の存在するパスウェイと巡回路の存在しないパスウェイとが混在する有向グラフの場合に簡易な方法で効率的に有向ダラフレイアウトを行うことができる。

これにより、本発明にかかる有向グラフレイアウト装置、有向グラフレイァゥト方法、プログラム、および、記録媒体は、遺伝子制御パスウェイ、代謝パスウェイ、信号伝達パスウェイなどのパスゥヱイ情報についてグラフ描画を行うバイオインフォマティクス分野において極めて有用である。本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、情報処理等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

Claims

請求の範囲

1 . ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する 2項関係モデル作成手段と、

—定距離内にある上記ノード間に発生する斥力を計算する斥力計算手段と、上記ェッジにより接続された上記ノード間に発生する引力を計算する引力計算手段と、

上記ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して上記斥力および上記引力を計算する反発場計算手段と、

上記斥力計算手段により計算された上記斥力、上記引力計算手段により計算された上記引力、上記反発場計算手段により計算された上記反発場の上記斥力およぴ上記引力に基づレ、て上記ノードの座標位置をスプリングレイアウトにより決定して、上記ノードと上記ェッジをダラフ描画するダラフ描画手段と、を備え、上記パスウェイ情報を上記 2項関係モデルでグラフ表示をすることを特徴とするパスゥイ情報表示装置。

2 . 上記反発場計算手段は、上記ノードの上記周辺領域に対して上記引力を弱めること、および/または、上記ノードの上記周辺領域の中に位置する上記ノードの間の斥力を強めることにより上記反発場の上記斥力および上記引力の計算を行うこと、

を特徴とする請求の範囲第 1項に記載のパスウェイ情報表示装置。

3 . 上記ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動する境界判定手段、

をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のパスウェイ情報表示装置。

4 . 予め定めた時間内は上記ノードの上記反発場を狭め、かつ、上記ノード間の上記引力を強めるように制御し、上記時間が経過した後は上記ノードの上記反発場を広め、上記ノード間の引力を弱め、かつ、上記ノード間の斥力を強めるように制御することにより、上記時間内は関連のあるノードが接近させていき、上記時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御する動的パラメタ制御手段、

5 . 上記グラフ描画手段にて描画された上記ノードと上記ェッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算するェネルギー計算手段、

をさらに備え、上記エネルギー計算手段にて計算された上記エネルギーが予め定めた値より小さくなるまで、または、上記エネルギーが最小になるまで、上記動的パラメタ制御手段を繰り返し行うことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載のパスウェイ情報表示装置。

6 . 上記ノードの上記エッジの接続先が別の上記エッジである場合には、当該別のエッジ上に仮ノードを設定する仮ノード設定手段をさらに備え、上記ダラフ描画手段は、上記仮ノ一ド部分を折れ曲がりポイントとして描画することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のパスウェイ情報表示装置。

7 . ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する 2項関係モデル作成ステツプと、

一定距離内にある上記ノード間に発生する斥力を計算する斥力計算ステップと、上記エッジにより接続された上記ノード間に発生する引力を計算する引力計算ステップと、

上記ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して上記斥力および上記引力を計算する反発場計算ステップと、

上記斥力計算ステップにより計算された上記斥力、上記引力計算ステップにより計算された上記引力、上記反発場計算ステップにより計算された上記反発場の上記斥力おょぴ上記引力に基づいて上記ノードの座標位置をスプリングレィアウトにより決定して、上記ノードと上記ェッジをダラフ描画するダラフ描画ステップと、

を含み、上記パスゥヱイ情報を上記 2項関係モデルでグラフ表示をすることを特徴とするパスゥイ情報表示方法。

8 . 上記反発場計算ステップは、上記ノードの上記周辺領域に対して上記引力を弱めること、およぴまたは、上記ノードの上記周辺領域の中に位置する上記ノードの間の斥力を強めることにより上記反発場の上記斥力および上記引力の訐算を行うこと、

を特徴とする請求の範囲第 7項に記載のパスゥイ情報表示方法。

9 . 上記ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動する境界判定ステップ、

をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第 7項に記載のパスウェイ情報表示方法。

1 0 . 予め定めた時間内は上記ノードの上記反発場を狭め、かつ、上記ノード間の上記引力を強めるように制御し、上記時間が経過した後は上記ノードの上記反発場を広め、上記ノード間の引力を弱め、かつ、上記ノード間の斥力を強めるように制御することにより、上記時間内は関連のあるノードが接近させていき、上記時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御する動的パラメタ制御ステップ、

1 1 . 上記グラフ描画ステップにて描画された上記ノードと上記エッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算するエネルギー計算ステップ、

をさらに含み、上記エネルギー計算ステップにて計算された上記エネルギーが予め定めた値より小さくなるまで、または、上記エネルギーが最小になるまで、上記動的パラメタ制御ステップを繰り返し行うことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載のパスウェイ情報表示方法。

1 2 . 上記ノードの上記エッジの接続先が別の上記エッジである場合には、当該別のェッジ上に仮ノードを設定する仮ノード設定ステップをさらに含み、上記グラフ描画ステップは、上記仮ノード部分を折れ曲がりポイントとして描画することを特徴とする請求の範囲第 7項に記載のパスウェイ情報表示方法。

1 3 . ノードとエッジとにより構成されるパスウェイ情報の 2項関係モデルを作成する 2項関係モデル作成ステップと、

一定距離内にある上記ノード間に発生する斥力を計算する斥力計算ステップと、

上記ェッジにより接続された上記ノード間に発生する引力を計算する引力計算ステップと、

上記ノードの予め定めた周辺領域に対して反発場を設定して上記斥力および上記引力を計算する反発場計算ステツプと、上記斥力計算ステップにより計算された上記斥力、上記引力計算ステップにより計算された上記引力、上記反発場計算ステップにより計算された上記反発場の上記斥力および上記引力に基づいて上記ノードの座標位置をスプリングレィァゥトにより決定して、上記ノードと上記エッジをグラフ描画するグラフ描画ステップと、

を含み、上記パスゥヱイ情報を上記 2項関係モデルでグラフ表示をするパスウェイ情報表示方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

1 4 . 上記反発場計算ステップは、上記ノ一ドの上記周辺領域に対して上記引力を弱めること、および/または、上記ノードの上記周辺領域の中に位置する上記ノードの間の斥力を強めることにより上記反発場の上記斥力および上記引力の計算を行うこと、

を特徴とする請求の範囲第 1 3項に記載のプログラム。

1 5 . 上記ノードの座標位置が予め定めた描画領域内にあるか判定し、当該描画領域から外れる場合には当該ノードの座標位置を当該描画領域の境界に移動する境界判定ステップ、

をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第 1 3項に記載のプログラム。

1 6 . 予め定めた時間内は上記ノードの上記反発場を狭め、かつ、上記ノード間の上記引力を強めるように制御し、上記時間が経過した後は上記ノードの上記反発場を広め、上記ノード間の引力を弱め、かつ、上記ノード間の斥力を強めるように制御することにより、上記時間内は関連のあるノードが接近させていき、上記時間経過後は接近したノードが分散していくようにグラフ描画を制御する動的パラメタ制御ステップ、

1 . 上記グラフ描画ステップにて插画された上記ノードと上記エッジに基づいて合成べクトルの絶対値の総和を求めることによりエネルギーを計算するエネルギー計算ステップ、

をさらに含み、上記エネルギー計算ステップにて計算された上記エネルギーが予め定めた値より小さくなるまで、または、上記エネルギーが最小になるまで、上記動的パラメタ制御ステップを繰り返し行うことを特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載のプログラム。

1 8 . 上記ノードの上記エッジの接続先が別の上記エッジである場合には、当該別のエッジ上に仮ノードを設定する仮ノード設定ステップをさらに含み、上記グラフ描画ステップは、上記仮ノード部分を折れ曲がりポイントとして描画することを特徴とする請求の範囲第 1 3項に記載のプログラム。

1 9 . 上記請求の範囲第 1 3項から第 1 8項のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

2 0 . ノードと有向エッジとにより構成される有向グラフを自動レイァゥトする有向グラフレイァゥト装置において、

上記ノード毎に接続される上記有向エッジを単位べクトルとして全ての当該単位べクトルの合成べクトルを生成する合成べクトル生成手段と、

上記有向エッジの接続先の上記ノードに対して、上記合成べクトル生成手段にて生成された上記合成べクトルと上記単位べクトルとの角度を小さくする方向でかつ上記単位べクトルと垂直方向に角度補正力を発生させる角度補正力発生手段と、

全ての上記ノードの上記角度補正力を合計してエネルギーを計算するェネルギー計算手段と、

上記エネルギー計算手段にて計算された上記エネルギーを最適化するように上記ノードの座標位置を変更する最適化制御手段と、

を備えたことを特徴とする有向グラフレイァゥト装置。

2 1 . 上記有向エッジの種類に応じた係数を当該有向エッジの単位べクトルに積算する単位べクトル積算手段、

をさらに備え、

上記合成べクトル生成手段は、上記単位べクトル積算手段にて上記係数が積算された上記単位べクトルを用いて合成べクトルを生成すること、

を特徴とする請求の範囲第 2 0項に記載の有向グラフレイァゥト装置。

2 2 . 上記角度補正力は予め定めた定数値であること、

2 3 . 上記角度補正力は、上記角度に従って変化すること、

2 4 . 上記ェッジにより接続された上記ノ一ド間に発生する引力を計算する引力計算手段と、

一定距離内にある上記ノード間に発生する斥力を計算する斥力計算手段と、をさらに備え、

上記エネルギー計算手段は、全ての上記ノードの上記引力、上記斥力、および、上記角度補正力を合計してエネルギーを計算すること、

を特徴とする請求の範囲第 2 0項に記載の有向グラフレイァゥト装置。 2 5 . ノードと有向エッジとにより構成される有向グラフを自動レイアウトする有向グラフレイァゥト方法において、

上記ノード毎に接続される上記有向エッジを単位べクトルとして全ての当該単位べクトルの合成べクトルを生成する合成べクトル生成ステップと、上記有向エッジの接続先の上記ノードに対して、上記合成べクトル生成ステップにて生成された上記合成べクトルと上記単位べクトルとの角度を小さくする方向でかつ上記単位べクトルと垂直方向に角度補正力を発生させる角度補正力発生ステップと、

全ての上記ノードの上記角度補正力を合計してエネルギーを計算するェネルギー計算ステップと、

上記エネルギー計算ステップにて計算された上記エネルギーを最適化するように上記ノードの座標位置を変更する最適化制御ステップと、

を含むことを特徴とする有向グラフレイァゥト方法。

2 6 . 上記有向ェッジの種類に応じた係数を当該有向ェッジの単位べクトルに積算する単位べクトル積算ステップ、

をさらに含み、

上記合成ベクトル生成ステップは、上記単位ベクトル積算ステップにて上記係数が積算された上記単位べクトルを用いて合成べクトルを生成すること、を特徴とする請求の範囲第 2 5項に記載の有向グラフレイァゥト方法。

2 7 . 上記角度補正力は予め定めた定数値であること、

を特徴とする請求の範囲第 2 5項に記載の有向グラフレイァゥト方法。

2 8 . 上記角度補正力は、上記角度に従って変化すること、

を特徴とする請求の範囲第 2 5項に記載の有向グラフレイアウト方法。 2 9 . 上記ェッジにより接続された上記ノ一ド間に発生する引力を計算する引力計算ステップと、

をさらに含み、

上記エネルギー計算ステップは、全ての上記ノードの上記引力、上記斥力、および、上記角度補正力を合計してエネルギーを計算すること、

3 0 . ノードと有向エッジとにより構成される有向グラフを自動レイアウトする有向グラフレイアウト方法をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、

を含むことを特徴とするプログラム。

3 1 . 上記有向エッジの種類に応じた係数を当該有向エッジの単位べクトルに積算する単位べクトル積算ステップ、

をさらに含み、

上記合成ベクトル生成ステップは、上記単位ベクトル積算ステップにて上記係数が積算された上記単位べクトルを用いて合成べクトルを生成すること、を特徴とする請求の範囲第 3 0項に記載のプログラム。

3 2 . 上記角度補正力は予め定めた定数値であること、を特徴とする請求の範囲第 3 0項に記載のプログラム。 3 3 . 上記角度補正力は、上記角度に従って変化すること、

を特徴とする請求の範囲第 3 0項に記載のプログラム。

3 4 . 上記ェッジにより接続された上記ノ一ド間に発生する引力を計算する引力計算ステップと、

をさらに含み、

を特徴とする請求の範囲第 3 0項に記載のプログラム。

3 5 . 上記請求の範囲第 3 0項から第 3 4項のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。