Принципы классификации и типы систем распознавания

 

Ï ð è ð à ñ ñ ì î ò ð å í è è ç à ä à ÷, ð å ø à å ì û õ â ï ð î ö å ñ ñ å ñ î ç ä à í è ÿ ñ è ñ ò å ì ð à ñ ï î ç í à â à í è ÿ (ò å ì à 2), ì û ã î â î ð è ë è î ï ð è ç í à ê à õ î á ú å ê ò î â (ÿ â ë å í è é ), î ñ ï î ñ î á à õ è õ ï î ë ó ÷ å í è ÿ â ï ð î ö å ñ ñ å ð à á î ò û Ñ Ð, î á è ñ ï î ë ü ç î â à í è è à ï ð è î ð í î é è í ô î ð ì à ö è è, í å ç à ò ð à ã è â à ÿ â î ï ð î ñ î â â ç à è ì î ñ â ÿ ç å é â ñ è ñ ò å ì å. È í î ã ä à ò î ë ü ê î ó ï î ì è í à ë è î á ý ò î ì .

 ò î æ å â ð å ì ÿ, ÷ ò î á û ë å ã ÷ å, ñ î ç í à ò å ë ü í å å ð å ø à ò ü ç à ä à ÷ ó â û á î ð à ï ð è ç í à ê î â (à ý ò î, ê à ê ì û ï î ì í è ì, - ï ð î ö å ñ ñ ý â ð è ñ ò è ÷ å ñ ê è é ), à ò à ê æ å ä ë ÿ ï ë à í è ð î â à í è ÿ è ñ ï î ë ü ç î â à í è ÿ ê à ê à ï ð è î ð í î é è í ô î ð ì à ö è è (î ï è ñ à í è å ê ë à ñ ñ î â ), ò à ê è à ï î ñ ò å ð è î ð í û õ ä à í í û õ (è ç ì å ð å í è ÿ ï î ä à í í î ì ó í å è ç â å ñ ò í î ì ó ï î ä ë å æ à ù å ì ó ê ë à ñ ñ è ô è ê à ö è è î á ú å ê ò ó ) ý ò è â ç à è ì î ñ â ÿ ç è í å î á õ î ä è ì î õ î ð î ø î ï ð å ä ñ ò à â ë ÿ ò ü.

Однако, как оказывается, упоминаемые взаимосвязи могут принимать различные формы, иметь свои особенности. Простое перечисление здесь не подходит. Поэтому представляется необходимым классифицировать сначала сами системы распознавания. Это позволит понять взаимосвязи в них и решать те задачи, о которых мы сейчас говорили.

Начнем с уточнения того, что такое классификация. Классификация - это распределение предметов, явлений по классам, отделам, разрядам в зависимости от их общих свойств.

В основе классификации лежат определенные принципы.

Для классификации СР будем использовать следующие принципы:

1.Однородность информации для описания распознаваемых объектов или явлений.

2.Способ получения апостериорной информации.

3.Количество первоначальной априорной информации.

4.Характер информации о признаках распознавания.

А. Рассмотрим 1-й принцип.

(Однородность информации)

Здесь под однородностью следует понимать - различную или единую физическую природу информации (признаков).

По этому принципу СР делятся на:

-простые;

-сложные.

Простые СР характеризуются единой физической природой признаков. Например:  

1) только масса - для систем распознавания жетонов, монет в автоматах таких, как междугородный телефон, турникет метро;

2) геометрические размеры - для таких СР, как всякого рода замки.

Ясно, что для простых систем распознавания не обязательно иметь компьютер. Достаточно их реализовать в виде механических или электромеханических устройств. Хотя компьютерные реализации в принципе не противопоказаны, если наряду с этой в системе решаются и другие более достойные задачи.

Сложные СР характеризуются физической неоднородностью признаков.

В рассмотренном нами в теме № 2 перечне признаков самолетов такая неоднородность просматривается невооруженным глазом. Там имели:

-и численность экипажей;

-и высоты полета;

-и взлетный вес;

-и геометрические размеры и т.д.

Точно также в медицинской практике для диагностики может оказаться необходимым привлекать:

-и температуру;

-и данные анализа крови;

-и данные кровяного давления;

-и кардиограммы и т.п.

Конечно, простота всегда предпочтительнее. Хорошо иметь всего 1 - 2 признака и при этом желательно однородных, чтобы решать задачу компьютерного распознавания, например, заболеваний печени. Но не всегда, как и в этом случае, так получается. Сравните распознавания ключа замком и распознавание преступника по словесному портрету (набору признаков).

Б. Второй принцип классификации СР.

(Способ получения апостериорной информации).

По этому принципу сложные системы ( а мы уже знаем, что они собой представляют) распознавания делятся на:

-одноуровневые;

-многоуровневые.

На рис. 1 изображена одноуровневая система распознавания.

Здесь:

И₁, И₂,....., И_n - разнородные по физической природе измерители.

АО - априорное описание классов распознаваемых объектов;

АК - алгоритм классификации;

САУ- система автоматического управления (алгоритм) распознаванием.

Многоуровневые сложные системы распознавания отличаются от одноуровневых тем, что не все признаки от разнородных физических измерителей используются непосредственно для решения задачи распознавания.                                             

Здесь на основе  объединения признаков нескольких измерителей и соответствующей обработки могут быть получены вторичные признаки, которые могут как использоваться в АК, так и сами в свою очередь служить основой для объединения. То есть, получаем 2-й, 3-й и др. уровни признаков, определяющие многоуровневость СР. Причем подсистемы, которые осуществляют объединение признаков, в свою очередь могут представлять собой также устройства распознавания (локальные СР).

Схема здесь в целом подобна предыдущей (для одноуровневой системы), а отличается лишь усложнением связей от признаков к АК.(Рис.2)

 

                                                                     W

                                                            

                                                         

              

 

                    È 1                    È 2            .............................         È n                          

 

 

X11  X12.... X1k             X21        X22.... X2p   Xn1 Xn2.... Xnr

 

                                                             A K

 

  Ñ À Ó

Ð å ø å í è å î ï ð è í à ä ë å æ í î ñ ò è

 

 

     A O

 

Ð è ñ. 1

 

 

                                                                    W

                                                            

                                                             

              

 

                    È 1                    È 2            .........................      È n                          

 

 

X11  X12.... X1k             X21        X22....X2p Xn1 Xn2. Xnr

 

                        A                       B                               C

 

                                                                            D

                                                              

 

                                                              À Ê

   Ñ À Ó

    À Î                            Ð å ø å í è å î ï ð è í à ä ë å æ í î ñ ò è

Ð è ñ. 2

 

Таким образом:

в одноуровневых СР информация о признаках распознаваемого объекта (апостериорная информация) формируется непосредственно на основе обработки прямых измерений;

в многоуровневых СР информация о признаках формируется на основе косвенных измерений как результат функционирования вспомогательных распознающих устройств (пример: измерение дальности радиолокатором по времени задержки излученного импульса).

В. Третий принцип классификации.

(Количество первоначальной априорной информации).

Здесь вопрос касается того, достаточно или недостаточно априорной информации для определения априорного алфавита классов, построения априорного словаря признаков и описания каждого класса на языке этих признаков в результате непосредственной обработки исходных данных.

Соответственно этому СР делятся на:

-системы без обучения;

-обучающиеся (ОСР) и самообучающиеся системы (ССР).

Сразу заметим, что многоуровневые сложные СР однозначно нельзя разделить на указанные классы, так как каждая из локальных СР, входящих в их состав, сама может представлять как систему без обучения, так и систему обучающуюся или самообучающуюся.

Системы без обучения.

Для построения таких систем необходимо располагать полной первоначальной априорной информацией. Предыдущие, рассмотренные нами схемы СР фактически изображали такие системы.

Обучающиеся системы.

Итак, судя по предыдущему рассмотрению, для обучающихся систем мы должны иметь дело с ситуацией, когда априорной информации не хватает для описания распознаваемых классов на языке признаков. (Возможны случаи, когда информации хватает, однако делать упомянутое описание нецелесообразно или трудно).

Исходная информация для обучающихся СР (ОСР) представляется в виде набора объектов w₁, w₂,...., w_l, распределенных по m классам:

(w₁, w₂,..., w_r )            W₁

(w _r+1, w _r+2,..., w_q )       W₂

          ..................

(w_g+1, w_g+2,..., w_l )         W_m

Цель обучения и ее достижение заключаются для ОСР в определении разделяющих функций

F_i(X₁, X₂,....., X_n),

где i = 1, 2,...., m (номер класса).

Определение этой функции осуществляется путем многократного предъявления системе указанных объектов (из набора w₁, w₂,...., w_l ) с указанием, какому классу они принадлежат.

То есть, на стадии формирования ОСР работают с “учителем”, осуществляющим указание о принадлежности предъявленного для обучения объекта. И прежде, чем система будет применяться, должен пройти этап обучения.

О разделяющих функциях мы уже вели речь, когда рассматривали задачи построения систем распознавания. Теперь мы вернулись к этому понятию, определив СР, в которых указанные функции применяются.

Мы и еще раз вернемся к этому понятию, когда будем рассматривать математическую сторону вопроса определения разделяющей функции.

Теперь же мы уже в состоянии изобразить ОСР (Рис. 3).

Y - учитель;

ОО - обучающие объекты;

АРФ - алгоритм построения разделяющих функций;

ТС - под общим названием “Технические средства”

объединены измерители признаков распознавания;

АО - априорное описание классов распознаваемых об’ектов;

АК - алгоритм классификации;

САУ - система автоматического управления (алгоритм) распознавания;

w - неизвестные, распознаваемые объекты.

Ï ó í ê ò è ð í û å ë è í è è í à ð è ñ ó í ê å ñ î î ò â å ò ñ ò â ó þ ò â ç à è ì î ñ â ÿ ç ÿ ì â ï ð î ö å ñ ñ å î á ó ÷ å í è ÿ.

         

 

 

                                               W                                                  

 

 

 

                                        Ò Ñ                           Î Á Î              Ó

 

                                                                               

                                       À Ð Ô

 

 

                                                                                          

                                         À Î

 

 

                                                                                                                                                                                       Ñ À Ó

 

                                          À Ê

                                                                                          

 

 

 

                                                                                            

Ð å ø å í è å î ï ð è í à ä ë å æ í î ñ ò è

 

Ð è ñ. 3

Л Е К Ц И Я 3.2

 Принципы классификации и типы систем распознавания

 (Продолжение)

 

Самообучающиеся системы.

В отличии от систем без обучения и систем, обучающихся с учителем, для самообучающихся систем характерна недостаточность информации для формирования не только описаний классов, но даже алфавита классов. То есть, определен только словарь признаков распознавания. Однако для организации процесса обучения задается все-таки некоторый набор правил, в соответствии с которым система сама вырабатывает классификацию.

Для ССР также, как для ОСР существует период обучения, характерно наличие периода самообучения, когда ей предъявляются объекты обучающей последовательности. Только при этом не указывается принадлежность их к каким-либо классам.

Соответствующая функциональная схема ССР приведена на рис.4.

Здесь дополнительно к обозначениям рис.2, 3 имеем:

ОС - объекты самообучения;

ПК - правила классификации;

АФК - алгоритм формирования классов.

Примером самообучающейся системы может быть система разделения на классы промышленных предприятий для сравнительного анализа эффективности их функционирования. При этом в качестве правил классификации могут быть указания либо о равенстве объемов выпускаемой продукции, либо о равенстве численности рабочих и т.п.).

В другой широко применяемой терминологии ССР - это система автоматического кластерного анализа или таксономии (taxis - порядок, nomos - закон).

Завершая рассмотрение классификации СР по количеству первоначальной априорной информации, заметим, что СР, в которых недостаточно информации для назначения словаря признаков, не существует. Без этого не создается никакая система.

 

                                    W

 

 

 

                                Ò Ñ                            Î Á Ñ                  

 

 

                             À Ô Ê                                      Ï Ê

 

 

                                À Î                                                                                  

 

 

                              Ñ À Ó

 

 

                                À Ê

 

 

                Ð å ø å í è å î ï ð è í à ä ë Å Æ í Î ñ ò è

 

                                                      Ð è ñ. 4

 

Г. Четвертый принцип классификации.

(Характер информации о признаках распознавания).

С характеристикой информации о признаках распознавания мы уже имели дело при изучении задач создания СР. В соответствии с ее отличительными особенностями СР подразделяются на

-детерминированные;

-вероятностные;

-логические;

-структурные (лингвистические);

-комбинированные.

Подытоживая пройденное, отметим характерные особенности этих систем, а именно: метод решения задачи распознавания и метод априорного описания классов.

Детерминированные системы.

а) Метод решения задачи распознавания: использование геометрических мер близости;

б) Метод априорного описания классов: координаты векторов-эталонов по каждому из классов или координаты всех объектов, принадлежащих классам (наборы эталонов по каждому классу).

Вероятностные системы.

а) Метод решения задачи распознавания: вероятностный, основанный на вероятностной мере близости (средний риск);

б) Метод априорного описания классов: вероятностные зависимости между признаками и классами.

Логические системы.

а) Метод решения задачи распознавания: логический, основанный на дискретном анализе и исчислении высказываний;

б) Метод априорного описания классов: логические связи, выражаемые через систему булевых уравнений, где признаки - переменные, классы - неизвестные величины.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: