利用計(jì)算機(jī)對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行分類對(duì)模式識(shí)別研究

模式識(shí)別研究的目的是利用計(jì)算機(jī)對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行分類，在錯(cuò)誤概率最小的條件下，使識(shí)別的結(jié)果盡量與客觀物體相符合。機(jī)器辨別事物最基本的方法是計(jì)算，原則上是對(duì)計(jì)算機(jī)要分析的事物與標(biāo)準(zhǔn)模板的相似程度進(jìn)行計(jì)算。因此首先要從度量中看出不同事物之間的差異，才能分辨當(dāng)前要識(shí)別的事物。

1、模式的描述方法

在模式識(shí)別技術(shù)中，被觀測(cè)的每個(gè)對(duì)象成為樣品。對(duì)于每個(gè)樣品來(lái)說(shuō)，必須確定一些與識(shí)別有關(guān)的因素，作為研究的根據(jù)，每一個(gè)因素成為一個(gè)特征。模式就是樣品所具有的特征的描述。模式的特征集又可用于同一個(gè)特征空間的特征向量表示。特征向量的每個(gè)元素稱為特征，該向量也因此稱為特征向量。

如果一個(gè)樣品X有n個(gè)特征，則可以把X看做一個(gè)n維列向量，該向量X稱為特征向量。模式識(shí)別問(wèn)題就是根據(jù)X的n個(gè)特征來(lái)判別模式X屬于w1,w2,…wM類中的哪一類。待識(shí)別的不同模式都在同一特征空間中考察，不同模式類由于性質(zhì)上的不同，它們?cè)诟髯蕴卣魅≈捣秶鷥?nèi)有所不同，因而會(huì)在特征空間的不同區(qū)域出現(xiàn)。

因此，模式識(shí)別系統(tǒng)的目標(biāo)是在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系。特征空間是由 從模式得到的對(duì)分類有用的度量、屬性或基元 構(gòu)成的空間，解釋空間是由 M個(gè)所屬類別的集合 構(gòu)成。

2、模式識(shí)別系統(tǒng)

一個(gè)典型的模式識(shí)別系統(tǒng)如圖所示，由數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、特征提取、分類決策及分類器設(shè)計(jì)五部分組成。一般分為上下兩部分：上部分完成未知類別模式的分類；下半部分屬于分類器設(shè)計(jì)的訓(xùn)練過(guò)程，利用樣品進(jìn)行訓(xùn)練，確定分類器的具體參數(shù)，完成分類器的設(shè)計(jì)。而分類決策在識(shí)別過(guò)程起作用，對(duì)待識(shí)別的樣品進(jìn)行分類決策。

1）特征提取和選擇

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到最能反映分類本質(zhì)的特征。將維數(shù)較高的測(cè)量空間(原始數(shù)據(jù)組成的空間)轉(zhuǎn)變?yōu)榫S數(shù)較低的特征空間(分類識(shí)別賴以進(jìn)行的空間)。

2）分類決策

在特征空間中用模式識(shí)別方法把被識(shí)別對(duì)象歸為某一類別。

3）分類器設(shè)計(jì)

基本做法是在樣品訓(xùn)練集基礎(chǔ)上確定判別函數(shù)，改進(jìn)判別函數(shù)和誤差檢驗(yàn)。

3、統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別研究的主要問(wèn)題

1）特征的選擇與優(yōu)化

對(duì)特征空間進(jìn)行優(yōu)化有兩種基本方法。一種是特征選擇，如果所選用的特征空間能使同類物體分布具有緊致性，可以為分類器設(shè)計(jì)提供良好的基礎(chǔ)；反之，如果不同類別的樣品在該特征空間中混雜在一起，再好的設(shè)計(jì)方法也無(wú)法提高分類器的準(zhǔn)確性。另一種是特征的組合優(yōu)化，通過(guò)一種映射變換改造原特征空間，構(gòu)造一個(gè)新的精簡(jiǎn)的特征空間。

2）分類判別

已知若干個(gè)樣品的類別以及特征，例如，手寫(xiě)阿拉伯?dāng)?shù)字的判別是10個(gè)類的分類問(wèn)題，機(jī)器首先要知道每個(gè)手寫(xiě)數(shù)字的形狀特征，對(duì)同一個(gè)數(shù)字，不同的人有不同的寫(xiě)法，必須讓機(jī)器知道它屬于哪一類。因此對(duì)分類問(wèn)題需要建立樣品庫(kù)。根據(jù)這些樣品庫(kù)建立判別分類函數(shù)，這一過(guò)程由機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，成為學(xué)習(xí)過(guò)程，然后對(duì)一個(gè)未知的新對(duì)象分析它的特征，決定它屬于哪一類。這是一種監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法。

3）聚類判別

移植若干對(duì)象和它們的特征，但不知道每個(gè)對(duì)象屬于哪一類，而且事先并不知道究竟分成多少類，用某種相似性度量的方法，及”物以類聚，人以群分”，把特征相同的歸為一類。這是一種非監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法。