Основы построения систем распознавания образов
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
тветствующих знаний. При этом обратим внимание и на то, что те практические реализации методов распознавания, о которых в этих случаях шла речь, носят название систем распознавания (СР).
Здесь необходимо подчеркнуть, что именно центральную задачу распознавания образов представляет построение на основе систематических теоретических и экспериментальных исследований эффективных вычислительных средств (объединяемых в понятии “системы распознавания”) для отнесения описаний с объектов, явлений, процессов к соответствующим классам.
Широкий круг задач, возлагаемых на такие системы, определяется приведенным нами определением самого понятия “распознавание” и включает выяснение по разнородной, часто неполной, нечеткой, искаженной и косвенной информации факта, обладают ли изучаемые объекты, явления, процессы, ситуации фиксированным конечным набором свойств, позволяющим отнести их к определенному классу. Сюда входят как непосредственно задачи распознавания и классификации, так и такие задачи, в результате решения которых на основе распознавания требуется выяснить, в какой области из конечного числа областей будут находиться некоторые процессы через определенный промежуток времени.
Отсюда понятно, что к задачам распознавания должны относиться задачи технической и медицинской диагностики, геологического прогнозирования, прогнозирования свойств химических соединений, распознавания свойств динамических и статических объектов в сложной фоновой обстановке и при наличии активных и пассивных помех, прогнозирования урожая, обнаружения лесных пожаров, управления производственными процессами.
Разработки систем распознавания, начатые с 50-х годов, исчисляются тысячами. Сегодня уже трудно назвать такую отрасль науки и сферы производства, где СР не используются или не будут. При этом применение методов распознавания в ряде направлений науки и техники оказывает обратное влияние на эти направления, поистине революционизирующее влияние.
Рассмотрим некоторые применения.
1) Системы технической диагностики.
Их внедрение - важнейший фактор повышения эффективности использования машин и технологического оборудования, резкого сокращения расходов на эксплуатацию.
Исторически сложившаяся тенденция усложнения, а значит удорожания машин постоянно увеличивает затраты на эксплуатацию. Выход - переход к системам технической диагностики (распознавания состояния машин), например, безразборный поиск неисправностей. В результате вместо планово-предупредительного ремонта - ремонт по фактической необходимости. Например, в инструкции по эксплуатации автомобиля предусмотрены плановые технические обслуживания через 500 км, 1000 км, 2000 км и т.д. Если же его оснастить системами распознавания состояний, то от плановых ТО можно было бы отказаться заменив их обслуживанием отдельных узлов и систем по необходимости.
2) Медицинская диагностика.
Автоматизированные системы диагностики в медицине - путь увеличения
- широты и глубины охвата симптомов;
( рассчитывать только на память врача во всех ситуациях очень трудно. Лучше функцию памяти отдать компьютеру)
-оперативности;
(компьютер обеспечит почти мгновенный результат)
-достоверности.
(диагноз компьютера не зависит от внешних факторов, как это случается с человеком)
3) Сельское хозяйство.
Области применения здесь:
-распознавание размеров урожая по данным космических наблюдений;
-уменьшение ручного труда при сортировке плодов по форме, цвету и размерам и т.п.
4) Военное дело.
Сложные системы вооружения:
-автоматический функциональный контроль технического состояния систем и ввод резервирующих;
-роботы, обслуживающие фазированные антенные решетки радаров.
На основе рассмотренного можно уже ответить на вопрос, что же представляет собой СР.
В первом приближении:
“СР - это автоматическое вычислительное устройство, предназначенное для распознавания образов (каких? можно уже не повторяться).
Заметим, что это очень поверхностное определение. Сегодня физически СР это и вычислительная машина как один составляющий элемент СР;
-это и такие часто более дорогостоящие технические средства, как средства обнаружения распознаваемых объектов (например, патологических изменений того или иного органа человека);
-это и средства измерений параметров обнаруженных объектов (без них не получить признаков распознавания);
-это и математическое обеспечение, в составе которого: методы и алгоритмы обработки измерительной информации; методы и алгоритмы определения признаков распознавания; методы и алгоритмы непосредственно распознавания объектов, явлений , процессов ( построения решающих правил отнесения объектов к тому или иному классу); методы и алгоритмы в некотором смысле оптимального управления процессом распознавания; методы и алгоритмы оценки эффективности СР как на стадии проектирования, так и в процессе ее функционирования;
-наконец, для больших систем это и коллектив подготовленных специалистов обеспечивающих жизненный цикл существования системы.
Рассмотрим подробнее отдельные элементы.
а) Средства обнаружения распознаваемых объектов.
К ним в разных областях применения относятся:
в медицине:
-рентгеновские аппараты;
-аппараты УЗИ;
-ЯМР-томографы;
-энцефалографы;
-рентгеновские томографы;
-кардиографы и т.д.
в во