模式識別,模式識別是什么意思
模式識別是人類的一項基本智能，在日常生活中，人們經(jīng)常在進(jìn)行“模式識別”。隨著20世紀(jì)40年代計算機的出現(xiàn)以及50年代人工智能的興起，人們當(dāng)然也希望能用計算機來代替或擴展人類的部分腦力勞動。(計算機)模式識別在20世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展并成為一門新學(xué)科。
什么是模式和模式識別？廣義地說，存在于時間和空間中可觀察的事物，如果可以區(qū)別它們是否相同或相似，都可以稱之為模式；狹義地說，模式是通過對具體的個別事物進(jìn)行觀測所得到的具有時間和空間分布的信息；把模式所屬的類別或同一類中模式的總體稱為模式類(或簡稱為類)。而“模式識別”則是在某些一定量度或觀測基礎(chǔ)上把待識模式劃分到各自的模式類中去。
模式識別的研究主要集中在兩方面，即研究生物體(包括人)是如何感知對象的，以及在給定的任務(wù)下，如何用計算機實現(xiàn)模式識別的理論和方法。前者是生理學(xué)家、心理學(xué)家、生物學(xué)家、神經(jīng)生理學(xué)家的研究內(nèi)容，屬于認(rèn)知科學(xué)的范疇；后者通過數(shù)學(xué)家、信息學(xué)專家和計算機科學(xué)工作者近幾十年來的努力，已經(jīng)取得了系統(tǒng)的研究成果。
一個計算機模式識別系統(tǒng)基本上是由三個相互關(guān)聯(lián)而又有明顯區(qū)別的過程組成的，即數(shù)據(jù)生成、模式分析和模式分類。數(shù)據(jù)生成是將輸入模式的原始信息轉(zhuǎn)換為向量，成為計算機易于處理的形式。模式分析是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，包括特征選擇、特征提取、數(shù)據(jù)維數(shù)壓縮和決定可能存在的類別等。模式分類則是利用模式分析所獲得的信息，對計算機進(jìn)行訓(xùn)練，從而制定判別標(biāo)準(zhǔn)，以期對待識別模式進(jìn)行分類。
有兩種基本的模式識別方法，即統(tǒng)計模式識別方法和結(jié)構(gòu)(句法)模式識別方法。統(tǒng)計模式識別是對模式的統(tǒng)計分類方法，即結(jié)合統(tǒng)計概率論的貝葉斯決策系統(tǒng)進(jìn)行模式識別的技術(shù)，又稱為決策理論識別方法。利用模式與子模式分層結(jié)構(gòu)的樹狀信息所完成的模式識別工作，就是結(jié)構(gòu)模式識別或句法模式識別。
模式識別的應(yīng)用包括文字識別，語音識別，指紋識別等。
模式識別技術(shù)是人工智能的基礎(chǔ)技術(shù)，21世紀(jì)是智能化、信息化、計算化、網(wǎng)絡(luò)化的世紀(jì)，在這個以數(shù)字計算為特征的世紀(jì)里，作為人工智能技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科的模式識別技術(shù)，必將獲得巨大的發(fā)展空間。在國際上，各大權(quán)威研究機構(gòu)，各大公司都紛紛開始將模式識別技術(shù)作為公司的戰(zhàn)略研發(fā)重點加以重視。
模式識別(Pattern Recognition)是指對表征事物或現(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。
模式還可分成抽象的和具體的兩種形式。前者如意識、思想、議論等,屬于概念識別研究的范疇,是人工智能的另一研究分支。我們所指的模式識別主要是對語音波形、地震波、心電圖、腦電圖、圖片、照片、文字、符號、生物的傳感器等對象進(jìn)行測量的具體模式進(jìn)行分類和辨識。
應(yīng)用計算機對一組事件或過程進(jìn)行鑒別和分類。所識別的事件或過程可以是文字、聲音、圖像等具體對象，也可以是狀態(tài)、程度等抽象對象。這些對象與數(shù)字形式的信息相區(qū)別，稱為模式信息。模式識別與統(tǒng)計學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、 計算機科學(xué) 、生物學(xué)、控制論等都有關(guān)系。它與 人工智能 、 圖像處理 的研究有交叉關(guān)系。例如自適應(yīng)或自組織的模式識別系統(tǒng)包含了人工智能的學(xué)習(xí)機制；人工智能研究的景物理解、自然語言理解也包含模式識別問題。又如模式識別中的預(yù)處理和特征抽取環(huán)節(jié)應(yīng)用圖像處理的技術(shù)；圖像處理中的圖像分析也應(yīng)用模式識別的技術(shù)。
模式識別研究主要集中在兩方面,一是研究生物體(包括人)是如何感知對象的,屬于認(rèn)識科學(xué)的范疇,二是在給定的任務(wù)下,如何用計算機實現(xiàn)模式識別的理論和方法。前者是生理學(xué)家、心理學(xué)家、生物學(xué)家和神經(jīng)生理學(xué)家的研究內(nèi)容,后者通過數(shù)學(xué)家、信息學(xué)專家和計算機科學(xué)工作者近幾十年來的努力,已經(jīng)取得了系統(tǒng)的研究成果。
“模式識別”是用機器模擬人類識別事物的技術(shù)。它是信息科學(xué)的一個分支,是人工智能學(xué)科的一個重要組成部分。
早先的模式識別主要是從數(shù)學(xué)理論上去研究和分辨事物的特征。在電子計算機發(fā)明以后,實現(xiàn)了用機器代替人作識別工作。電子計算機是能代替人進(jìn)行模式識別的理想設(shè)備,因此,現(xiàn)在的模式識別技術(shù)主要是利用電子計算機技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)學(xué)理論上的分析和計算。
模式識別是一門通用的學(xué)科。在電信方面,它應(yīng)用于話音控制的電話撥號、自動回答用戶查詢以及對指定的講話人進(jìn)行話音自動識別等。除此,它在醫(yī)療、國防、公安等部門也都有廣泛的應(yīng)用。例如,用于身份識別的虹膜識別系統(tǒng)、指紋自動識別系統(tǒng)、話音識別機、文字閱讀器等都已是成熟的產(chǎn)品。智能計算機、智能機器人等也將隨著模式識別技術(shù)的發(fā)展而達(dá)到更高的水平。
模式識別還可用于文字和語音識別、遙感和醫(yī)學(xué)診斷等方面。
①文字識別
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)及計算機技術(shù)日益普及的今天，如何將文字方便、快速地輸入到計算機中已成為影響人機接口效率的一個重要瓶頸，也關(guān)系到計算機能否真正在我過得到普及的應(yīng)用。目前，漢字輸入主要分為人工鍵盤輸入和機器自動識別輸入兩種。其中人工鍵入速度慢而且勞動強度大；自動輸入又分為漢字識別輸入及語音識別輸入。從識別技術(shù)的難度來說，手寫體識別的難度高于印刷體識別，而在手寫體識別中，脫機手寫體的難度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了連機手寫體識別。到目前為止，除了脫機手寫體數(shù)字的識別已有實際應(yīng)用外，漢字等文字的脫機手寫體識別還處在實驗室階段。
②語音識別
語音識別技術(shù)技術(shù)所涉及的領(lǐng)域包括：信號處理、模式識別、概率論和信息論、發(fā)聲機理和聽覺機理、人工智能等等。近年來，在生物識別技術(shù)領(lǐng)域中，聲紋識別技術(shù)以其獨特的方便性、經(jīng)濟性和準(zhǔn)確性等優(yōu)勢受到世人矚目，并日益成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦兄匾移占暗陌豺炞C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別方法現(xiàn)已成為語音識別的主流技術(shù)，該方法在語音識別時識別速度較快，也有較高的識別率。
2.3 指紋識別
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)生的紋路會形成各種各樣的圖案。而這些皮膚的紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，是唯一的。依靠這種唯一性，就可以將一個人同他的指紋對應(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，便可以驗證他的真實身份。一般的指紋分成有以下幾個大的類別:left loop,right loop,twin loop,whorl,arch和tented arch,這樣就可以將每個人的指紋分別歸類，進(jìn)行檢索。指紋識別基本上可分成：預(yù)處理、特征選擇和模式分類幾個大的步驟。
③遙感
遙感圖像識別已廣泛用于農(nóng)作物估產(chǎn)、資源勘察、氣象預(yù)報和軍事偵察等。
④醫(yī)學(xué)診斷
在癌細(xì)胞檢測、X射線照片分析、血液化驗、染色體分析、心電圖診斷和腦電圖診斷等方面，模式識別已取得了成效。
