模式识别 第一章 绪论.ppt
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1、第第1 1章章 绪论绪论 1 1第1章 绪论1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 特征矢量和特征空间特征矢量和特征空间1.3 1.3 随机矢量的描述随机矢量的描述1.4 1.4 正态分布正态分布第第1 1章章 绪论绪论 2 2概述之一概述之一 模式识别学科模式识别学科感知:从环境获取信息感知:从环境获取信息第第1 1章章 绪论绪论 3 3计算机模式识别u模式识别:使计算机模仿人的感知能力,从感知数据中提取信息(判别物体和行为)的过程。数据获取模式分割模式识别姚明姚明ROCKETS11第第1 1章章 绪论绪论 4 4模式识别的概念uPattern recognition模式识别uisthest
2、udyofhowmachinescanobservetheenvironment,learntodistinguishpatternsofinterestfromtheirbackground,andmakesoundandreasonabledecisionsaboutthecategoriesofthepatterns.(AnilK.Jain)u是研究机器如何观察环境,学习从背景获取感兴趣的辨识,做出正确和合理的判断属于哪种模式分类。第第1 1章章 绪论绪论 5 5模式识别的意义数字化感知数据:来源丰富、数量巨大第第1 1章章 绪论绪论 6 6模式识别的难点感知数据:非结构化(像素、声波等
3、)第第1 1章章 绪论绪论 7 7模式识别与其他学科第第1 1章章 绪论绪论 8 8模式识别学科位置u模式识别:计算机科学与电子工程交叉学科u中国:“控制科学与工程”一级学科二级学科:控制理论与控制工程、模式识别与智能系统、系统工程等u西方:没有自动控制系自动控制:电子工程系、机械工程系模式识别:电子工程系、计算机科学系第第1 1章章 绪论绪论 9 9u人类具有很强的模式识别能力,时刻在完成某种模式识别的任务。u模式识别作为一门学科,是研究用机器完成自动识别事物的工作。u模式识别学科形成于5060年代,与众多学科有联系,尤其与人工智能和图像处理关系密切。u模式识别是一门理论与应用并重的技术科学
4、。有广泛的需求。u还在发展中,现有的理论与方法还有不足。第第1 1章章 绪论绪论 1010概述之二概述之二 基本概念基本概念模式识别模式识别(Pattern Recognition)(Pattern Recognition):确定一个确定一个样本的类别属性(模式类)的过程,即把某一样本的类别属性(模式类)的过程,即把某一样本归属于多个类型中的某个类型。样本归属于多个类型中的某个类型。样本(样本(Sample)Sample):一个具体的研究(客观)对象。一个具体的研究(客观)对象。如患者,某人写的一个汉字,一幅图片等。如患者,某人写的一个汉字,一幅图片等。模式模式(Pattern)(Patter
5、n):对客体(研究对象)特征的描对客体(研究对象)特征的描述(定量的或结构的描述),是取自客观世界述(定量的或结构的描述),是取自客观世界的某一样本的测量值的集合(或综合)。的某一样本的测量值的集合(或综合)。第第1 1章章 绪论绪论 1111特征特征(Features)(Features):能描述模式特性的量(测能描述模式特性的量(测量值)。在统计模式识别方法中,通常用一量值)。在统计模式识别方法中,通常用一个矢量个矢量 表示,称之为特征矢量,记为表示,称之为特征矢量,记为模式类模式类(Class)(Class):具有某些共同特性的模式的具有某些共同特性的模式的集合。集合。第第1 1章章 绪
6、论绪论 1212对象空间对象空间模式空间模式空间特征空间特征空间类型空间类型空间各类空间(各类空间(Space)Space)模式采集:模式采集:从客观世界(对象从客观世界(对象空间)到模式空间的过程称为空间)到模式空间的过程称为模式采集。模式采集。特征提取和特征选择:特征提取和特征选择:由模式由模式空间到特征空间的变换和选择。空间到特征空间的变换和选择。类型判别:类型判别:特征空间到类型空特征空间到类型空间所作的操作。间所作的操作。模模式式识识别别三三大大任任务务第第1 1章章 绪论绪论 1313概述之三 模式识别系统数据采集数据采集特征提取特征提取二次特征二次特征提取与选择提取与选择分类分类
7、识别识别待识待识对象对象识别结果识别结果通常在采集信息过程中,还要去除所获取信息通常在采集信息过程中,还要去除所获取信息中的噪声,增强有用的信息等工作。这种使信息中的噪声,增强有用的信息等工作。这种使信息纯化的处理过程叫做信息的纯化的处理过程叫做信息的预处理预处理。分类识别是根据事先确定的分类识别是根据事先确定的分类规则分类规则对前面选取对前面选取的特征进行的特征进行分类分类(即识别)。(即识别)。通常能描述对象的元素很多,为节约资源和提通常能描述对象的元素很多,为节约资源和提高处理速度,有时更为了可行性,在满足分类识高处理速度,有时更为了可行性,在满足分类识别正确率要求的条件下,按某种准则尽
8、量选用对别正确率要求的条件下,按某种准则尽量选用对正确分类识别作用较大的特征。使得用较少的特正确分类识别作用较大的特征。使得用较少的特征就能完成分类识别任务。征就能完成分类识别任务。预处理预处理这个环节的内容很广泛,与要解决的具这个环节的内容很广泛,与要解决的具体问题有关,例如,从体问题有关,例如,从图象图象中将中将汽车车牌汽车车牌的号码的号码识别识别出来,就需要先将出来,就需要先将车牌车牌从从图像图像中找出来,再中找出来,再对对车牌车牌进行进行划分划分,将每个,将每个数字数字分别分别划分划分开。做到开。做到这一步以后,才能对每个这一步以后,才能对每个数字数字进行进行识别识别。以上工。以上工作
9、都应该在预处理阶段完成。作都应该在预处理阶段完成。数字化数字化比特流比特流第第1 1章章 绪论绪论 1414数据采集数据采集特征提取特征提取二次特征二次特征提取与选择提取与选择分类分类识别识别待识待识对象对象识别结果识别结果数据采集数据采集特征提取特征提取改进分类改进分类识别规则识别规则二次特征提二次特征提取与选择取与选择训练训练样本样本改进采集改进采集提取方法提取方法改进特征提改进特征提取与选择取与选择制定改进分制定改进分类识别规则类识别规则人工人工干预干预正确率正确率测试测试第第1 1章章 绪论绪论 1515模式识别系统的主要环节:模式识别系统的主要环节:特征提取:特征提取:符号表示,如长
10、度、波形、。符号表示,如长度、波形、。特征选择:特征选择:选择有代表性的特征,能够正确分类选择有代表性的特征,能够正确分类学习和训练:学习和训练:利用已知样本建立分类和识别规则利用已知样本建立分类和识别规则分类识别:分类识别:对所获得样本按建立的分类规则进行对所获得样本按建立的分类规则进行分类识别分类识别第第1 1章章 绪论绪论 1616系统实例验钞机数据采集、特征提取:数据采集、特征提取:长度、宽度、磁性、磁性的位置,光反射亮度、光长度、宽度、磁性、磁性的位置,光反射亮度、光透射亮度等等透射亮度等等 特征选择:特征选择:长度、磁性及位置、反射亮度长度、磁性及位置、反射亮度分类识别:分类识别:
11、确定纸币的面额及真伪确定纸币的面额及真伪第第1 1章章 绪论绪论 1717 长度长度(mm)(mm)宽度宽度(mm)(mm)5 5元元13613663631010元元14114170702020元元14614670705050元元1511517070100100元元1561567777磁性磁性金属条位置金属条位置(大约大约)5 5元元有有 54/8254/821010元元有有 54/8754/872020元元有有 57/8957/895050元元有有 60/9160/91100100元元有有 63/9363/93第第1 1章章 绪论绪论 18185元 10元 20元 50元 100元12345
12、678反反射射光光波波形形第第1 1章章 绪论绪论 1919例子2:苹果和香蕉的分类颜色(绿颜色(绿/红)红)似圆度似圆度1.2 模式识别系统模式识别系统第第1 1章章 绪论绪论 2020概述之四基本方法一、统计模式识别一、统计模式识别二、句法模式识别二、句法模式识别三、模糊模式识别三、模糊模式识别四、人工神经网络法四、人工神经网络法五、人工智能方法五、人工智能方法第第1 1章章 绪论绪论 2121一、统计模式识别一、统计模式识别模式描述方法:模式描述方法:特征向量特征向量 模式判定:模式判定:模式类用条件概率分布模式类用条件概率分布P(X/P(X/i i)表示表示,m,m类就有类就有m m个
13、分布,然后判定未知模式属于哪一个分布。个分布,然后判定未知模式属于哪一个分布。第第1 1章章 绪论绪论 2222一、统计模式识别一、统计模式识别理论基础:理论基础:概率论,数理统计概率论,数理统计主要方法:主要方法:线性、非线性分类、线性、非线性分类、BayesBayes决策、聚类分析决策、聚类分析主要优点:主要优点:1 1)比较成熟)比较成熟 2 2)能考虑干扰噪声等影响)能考虑干扰噪声等影响 3 3)识别模式基元能力强)识别模式基元能力强主要缺点:主要缺点:1 1)对结构复杂的模式抽取特征困难)对结构复杂的模式抽取特征困难2 2)不能反映模式的结构特征,难以描述模式的性质)不能反映模式的结
14、构特征,难以描述模式的性质3 3)难以从整体角度考虑识别问题)难以从整体角度考虑识别问题第第1 1章章 绪论绪论 2323二、句法模式识别二、句法模式识别模式描述方法:模式描述方法:符号串,树,图符号串,树,图模式判定:模式判定:是一种语言,用一个文法表示一个类,是一种语言,用一个文法表示一个类,m m类就类就有有m m个文法,然后判定未知模式遵循哪一个文法。个文法,然后判定未知模式遵循哪一个文法。第第1 1章章 绪论绪论 2424理论基础:理论基础:形式语言,自动机技术形式语言,自动机技术主要方法:主要方法:自动机技术、自动机技术、CYKCYK剖析算法、剖析算法、EarlyEarly算法、转
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