什么是模式識(shí)別模式識(shí)別的方法與應(yīng)用
什么是模式識(shí)別模式識(shí)別的方法與應(yīng)用
模式識(shí)別是通過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動(dòng)處理和判讀。那么你對(duì)模式識(shí)別了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是模式識(shí)別的內(nèi)容，希望大家喜歡!
模式識(shí)別的簡(jiǎn)介
模式識(shí)別(英語：Pattern Recognition)，就是通過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動(dòng)處理和判讀。我們把環(huán)境與客體統(tǒng)稱為“模式”。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人類有可能研究復(fù)雜的信息處理過程。信息處理過程的一個(gè)重要形式是生命體對(duì)環(huán)境及客體的識(shí)別。對(duì)人類來說，特別重要的是對(duì)光學(xué)信息(通過視覺器官來獲得)和聲學(xué)信息(通過聽覺器官來獲得)的識(shí)別。這是模式識(shí)別的兩個(gè)重要方面。市場(chǎng)上可見到的代表性產(chǎn)品有光學(xué)字符識(shí)別、語音識(shí)別系統(tǒng)。
人們?cè)谟^察事物或現(xiàn)象的時(shí)候，常常要尋找它與其他事物或現(xiàn)象的不同之處，并根據(jù)一定的目的把各個(gè)相似的但又不完全相同的事物或現(xiàn)象組成一類。字符識(shí)別就是一個(gè)典型的例子。例如數(shù)字“4”可以有各種寫法，但都屬于同一類別。更為重要的是，即使對(duì)于某種寫法的“4”，以前雖未見過，也能把它分到“4”所屬的這一類別。人腦的這種思維能力就構(gòu)成了“模式”的概念。在上述例子中，模式和集合的概念是分未弄的，只要認(rèn)識(shí)這個(gè)集合中的有限數(shù)量的事物或現(xiàn)象，就可以識(shí)別屬于這個(gè)集合的任意多的事物或現(xiàn)象。為了強(qiáng)調(diào)從一些個(gè)別的事物或現(xiàn)象推斷出事物或現(xiàn)象的總體，我們把這樣一些個(gè)別的事物或現(xiàn)象叫作各個(gè)模式。也有的學(xué)者認(rèn)為應(yīng)該把整個(gè)的類別叫作模去，這樣的“模式”是一種抽象化的概念，如“房屋”等都是“模式”，而把具體的對(duì)象，如人民大會(huì)堂，叫作“房屋”這類模式中的一個(gè)樣本。這種名詞上的不同含義是容易從上下文中弄淸楚的。
模式識(shí)別是人類的一項(xiàng)基本智能，在日常生活中，人們經(jīng)常在進(jìn)行“模式識(shí)別”。隨著20世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及50年代人工智能的興起，人們當(dāng)然也希望能用計(jì)算機(jī)來代替或擴(kuò)展人類的部分腦力勞動(dòng)。(計(jì)算機(jī))模式識(shí)別在20世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展并成為一門新學(xué)科。
模式識(shí)別是指對(duì)表征事物或現(xiàn)象的各種形式的(數(shù)值的、文字的和邏輯關(guān)系的)信息進(jìn)行處理和分析，以對(duì)事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類和解釋的過程，是信息科學(xué)和人工智能的重要組成部分。
模式識(shí)別的方法
決策理論方法
又稱統(tǒng)計(jì)方法，是發(fā)展較早也比較成熟的一種方法。被識(shí)別對(duì)象首先數(shù)字化，變換為適于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信息。一個(gè)模式常常要用很大的信息量來表示。許多模式識(shí)別系統(tǒng)在數(shù)字化環(huán)節(jié)之后還進(jìn)行預(yù)處理，用于除去混入的干擾信息并減少某些變形和失真。隨后是進(jìn)行特征抽取，即從數(shù)字化后或預(yù)處理后的輸入模式中抽取一組特征。所謂特征是選定的一種度量，它對(duì)于一般的變形和失真保持不變或幾乎不變，并且只含盡可能少的冗余信息。特征抽取過程將輸入模式從對(duì)象空間映射到特征空間。這時(shí)，模式可用特征空間中的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)特征矢量表示。這種映射不僅壓縮了信息量，而且易于分類。在決策理論方法中，特征抽取占有重要的地位，但尚無通用的理論指導(dǎo)，只能通過分析具體識(shí)別對(duì)象決定選取何種特征。特征抽取后可進(jìn)行分類，即從特征空間再映射到?jīng)Q策空間。為此而引入鑒別函數(shù)，由特征矢量計(jì)算出相應(yīng)于各類別的鑒別函數(shù)值，通過鑒別函數(shù)值的比較實(shí)行分類。
句法方法
又稱結(jié)構(gòu)方法或語言學(xué)方法。其基本思想是把一個(gè)模式描述為較簡(jiǎn)單的子模式的組合，子模式又可描述為更簡(jiǎn)單的子模式的組合，最終得到一個(gè)樹形的結(jié)構(gòu)描述，在底層的最簡(jiǎn)單的子模式稱為模式基元。在句法方法中選取基元的問題相當(dāng)于在決策理論方法中選取特征的問題。通常要求所選的基元能對(duì)模式提供一個(gè)緊湊的反映其結(jié)構(gòu)關(guān)系的描述，又要易于用非句法方法加以抽取。顯然，基元本身不應(yīng)該含有重要的結(jié)構(gòu)信息。模式以一組基元和它們的組合關(guān)系來描述，稱為模式描述語句，這相當(dāng)于在語言中，句子和短語用詞組合，詞用字符組合一樣。基元組合成模式的規(guī)則，由所謂語法來指定。一旦基元被鑒別，識(shí)別過程可通過句法分析進(jìn)行，即分析給定的模式語句是否符合指定的語法，滿足某類語法的即被分入該類。
模式識(shí)別方法的選擇取決于問題的性質(zhì)。如果被識(shí)別的對(duì)象極為復(fù)雜，而且包含豐富的結(jié)構(gòu)信息，一般采用句法方法;被識(shí)別對(duì)象不很復(fù)雜或不含明顯的結(jié)構(gòu)信息，一般采用決策理論方法。這兩種方法不能截然分開，在句法方法中，基元本身就是用決策理論方法抽取的。在應(yīng)用中，將這兩種方法結(jié)合起來分別施加于不同的層次，常能收到較好的效果。
統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別
統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別(statistic pattern recognition)的基本原理是：有相似性的樣本在模式空間中互相接近，并形成“集團(tuán)”，即“物以類聚”。其分析方法是根據(jù)模式所測(cè)得的特征向量Xi=(xi1，xi2，…，xid)T(i=1，2，…，N)，將一個(gè)給定的模式歸入C個(gè)類ω1，ω2，…， ωc中，然后根據(jù)模式之間的距離函數(shù)來判別分類。其中，T表示轉(zhuǎn)置;N為樣本點(diǎn)數(shù);d為樣本特征數(shù)。
統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的主要方法有：判別函數(shù)法，近鄰分類法，非線性映射法，特征分析法，主因子分析法等。
在統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別中，貝葉斯決策規(guī)則從理論上解決了最優(yōu)分類器的設(shè)計(jì)問題，但其實(shí)施卻必須首先解決更困難的概率密度估計(jì)問題。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接從觀測(cè)數(shù)據(jù)(訓(xùn)練樣本)學(xué)習(xí)，是更簡(jiǎn)便有效的方法，因而獲得了廣泛的應(yīng)用，但它是一種啟發(fā)式技術(shù)，缺乏指定工程實(shí)踐的堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。統(tǒng)計(jì)推斷理論研究所取得的突破性成果導(dǎo)致現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論——VC理論的建立，該理論不僅在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上圓滿地回答了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的理論問題，而且導(dǎo)出了一種新的學(xué)習(xí)方法——支持向量機(jī)(SVM)。
模式識(shí)別的應(yīng)用
模式識(shí)別可用于文字和語音識(shí)別、遙感和醫(yī)學(xué)診斷等方面。
?、?文字識(shí)別
漢字已有數(shù)千年的歷史，也是世界上使用人數(shù)最多的文字，對(duì)于中華民族燦爛文化的形成和發(fā)展有著不可磨滅的功勛。所以在信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)日益普及的今天，如何將文字方便、快速地輸入到計(jì)算機(jī)中已成為影響人機(jī)接口效率的一個(gè)重要瓶頸，也關(guān)系到計(jì)算機(jī)能否真正在我國得到普及的應(yīng)用。目前，漢字輸入主要分為人工鍵盤輸入和機(jī)器自動(dòng)識(shí)別輸入兩種。其中人工鍵入速度慢而且勞動(dòng)強(qiáng)度大;自動(dòng)輸入又分為漢字識(shí)別輸入及語音識(shí)別輸入。從識(shí)別技術(shù)的難度來說，手寫體識(shí)別的難度高于印刷體識(shí)別，而在手寫體識(shí)別中，脫機(jī)手寫體的難度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了聯(lián)機(jī)手寫體識(shí)別。到目前為止，除了脫機(jī)手寫體數(shù)字的識(shí)別已有實(shí)際應(yīng)用外，漢字等文字的脫機(jī)手寫體識(shí)別還處在實(shí)驗(yàn)室階段。
?、凇≌Z音識(shí)別
語音識(shí)別技術(shù)技術(shù)所涉及的領(lǐng)域包括：信號(hào)處理、模式識(shí)別、概率論和信息論、發(fā)聲機(jī)理和聽覺機(jī)理、人工智能等等。近年來，在生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域中，聲紋識(shí)別技術(shù)以其獨(dú)特的方便性、經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)確性等優(yōu)勢(shì)受到世人矚目，并日益成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦兄匾移占暗陌豺?yàn)證方式。而且利用基因算法訓(xùn)練連續(xù)隱馬爾柯夫模型的語音識(shí)別方法現(xiàn)已成為語音識(shí)別的主流技術(shù)，該方法在語音識(shí)別時(shí)識(shí)別速度較快，也有較高的識(shí)別率。
?、?指紋識(shí)別
我們手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)表面的皮膚凹凸不平產(chǎn)生的紋路會(huì)形成各種各樣的圖案。而這些皮膚的紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，是唯一的。依靠這種唯一性，就可以將一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來，通過比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，便可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。一般的指紋分成有以下幾個(gè)大的類別:環(huán)型(loop)，螺旋型(whorl)，弓型(arch)，這樣就可以將每個(gè)人的指紋分別歸類，進(jìn)行檢索。指紋識(shí)別基本上可分成：預(yù)處理、特征選擇和模式分類幾個(gè)大的步驟。
?、?遙感
遙感圖像識(shí)別已廣泛用于農(nóng)作物估產(chǎn)、資源勘察、氣象預(yù)報(bào)和軍事偵察等。
?、堋♂t(yī)學(xué)診斷
在癌細(xì)胞檢測(cè)、X射線照片分析、血液化驗(yàn)、染色體分析、心電圖診斷和腦電圖診斷等方面，模式識(shí)別已取得了成效。
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