Раздел II. Распознавание образов Введение

Ускоренное развитие научно-технического прогресса основано на использовании передовых идей и направлений исследований. К таким направлениям относятся методы распознавания образов и явлений. Интерес к проблеме распознавания образов возник в связи с исследованиями процессов распознавания и классификации, реализуемых в живых организмах, в том числе в сфере интеллектуальной деятельности человека.

Способность "распознавать" считается основным свойством человека и других живых организмов. Образ представляет собой описание объекта. В каждое мгновение нашего бодрствования мы совершаем акты распознавания. Мы опознаем окружающие нас объекты и в соответствии с этим перемещаемся и совершаем определенные действия. Мы можем заметить в толпе друга и понять, что он говорит, можем узнать голос знакомого, прочесть рукопись и идентифицировать отпечатки пальцев, можем отличить улыбку от злобной гримасы. Человек представляет собой очень сложную информационную систему - в определенной степени это определяется чрезвычайно развитыми у него способностями распознавать образы.

В соответствии с характером распознаваемых образов акты распознавания можно разделить на два основных типа:

• распознавание конкретных объектов;

• распознавание абстрактных объектов.

Мы распознаем символы, рисунки, музыку и объекты, нас окружающие. Процесс, включающий распознавание зрительных и слуховых образов, можно определить как "сенсорное" распознавание. Процессы этого типа обеспечивают идентификацию и классификацию пространственных и временных образов.

Распознавание абстрактных объектов можно определить как "понятийное" распознавание в отличие от зрительного или слухового распознавания. Будут рассмотрены методы, относящиеся к распознаванию первого типа.

Примерами пространственных образов служат символы, отпечатки пальцев, синоптические карты, физические объекты и рисунки. В разряд временных образов входят речь, переменные сигналы, электрокардиограммы, характеристики цели в радиолокации и временные ряды.

Распознавание человеком конкретных образов можно рассматривать как психофизиологическую задачу, связанную с процессом взаимодействия индивида с определенным физическим раздражителем. Когда индивид воспринимает образ, он реализует процесс индуктивного вывода и устанавливает ассоциативную связь между своим восприятием и определенными обобщенными понятиями или "ориентирами", установленными им на основании прошлого опыта. Таким образом, задачу распознавания образов можно рассматривать как задачу установлений различий между исходными данными. Это осуществляется при помощи поиска признаков (инвариантных свойств) на множестве объектов, образующих определенную совокупность.

В задачах распознавания образов можно выделить два основных направления.

1. Изучение способностей к распознаванию, которыми обладает человек и другие живые организмы.

2. Развитие теории и методов построения устройств, предназначенных для решения отдельных задач распознавания образов в определенных прикладных областях.

Первое направление связано с такими дисциплинами, как психология, физиология и биология, второе же имеет дело в первую очередь с техникой, вычислительными машинами и информатикой.

Распознавание образов можно определить как отнесение исходных данных к определенному классу с помощью вычисления существенных признаков или свойств, характеризующих эти данные, из общей массы несущественных деталей. Прогноз погоды можно интерпретировать как задачу распознавания образов. Исходные данные системы в этом случае принимают вид синоптических карт. Система интерпретирует их, выделяя существенные признаки и формируя на их основе прогноз. Постановку медицинского диагноза также можно рассматривать как задачу распознавания образов. Симптомы служат исходными данными для распознающей системы, которая на основе их анализа идентифицирует заболевание. Система распознавания символов представляет собой систему распознавания образов, в которую в качестве исходных данных вводятся оптические сигналы и которая идентифицирует названия символов. В системе распознавания речи произнесенное слово идентифицируется посредством анализа воспринятого системой звукового сигнала. В табл. 1 [1] перечислен ряд задач классификации, а также соответствующие исходные данные и ответы, выдаваемые системой.

Таблица 1

Содержательный характер системы задачи классификации	Вид исходных данных	Вид ответа распознавания
Распознавание символов	Оптические сигналы или элементы развертки	Название символа
Распознавание речи	Акустические сигналы	"Имя"слова
Идентификация говорящего человека	Голос	Имя говорящего человека
Прогноз погоды	Синоптические карты	Прогноз погоды
Установление медицинского диагноза	Симптомы заболевания	Вид заболевания
Прогноз состояния фондовой биржи	Финансовые новости и сводки	Прогноз повышения или понижения цен на рынке

Предмет распознавания образов объединяет ряд научных дисциплин, их связывает поиск решения общей задачи – выделить элементы, принадлежащие конкретному классу, среди множества размытых элементов, относящихся к нескольким классам.

Распознавание представляет собой задачу преобразования входной информации, в качестве которой рассматриваются некоторые параметры, признаки распознаваемых образов, в выходную, представляющую собой заключение о том, к какому классу относится распознаваемый образ. Поскольку кибернетика есть наука об общих законах преобразования информации в сложных системах, распознавание образов есть один из разделов этой науки. Чтобы в полной мере оценить значение проблем распознавания образов, достаточно сказать, что создание искусственного интеллекта – это, по-видимому, построение распознающих систем, приближающихся по своим возможностям к возможностям человека в решении задач распознавания.