模式识别以及模式识别理论假设1

知觉认知中几种主要的模式识别理论表征

及加工分析

“模式”是指刺激的空间组合和时间组合，或说由若干元素按一定关系集合在一起组成的一种结构。如视觉模式、听觉模式、嗅觉模式等。一个物体、一个单词、一种语音，甚至一种特定芳香都是模式。复杂的模式往往由若干元素按一定的关系组成的一种结构。

模式识别就是确认模式是什么，并把它同其它模式区分开来，或说把输入模式的信息同长时记忆中有关信息进行匹配，并辨认出该刺激属于什么范畴的过程。

人的模式识别的特点

（1）对言语识别的能力是人所特有的

动物也能进行模式识别，如分辨有害和无害刺激、选择伴侣、构筑巢穴，但这些模式识别都是低级的，只是为了适应环境和维持生存。人由于能识别语言，因此可以进行人的劳动和创造。

（2）人的模式识别具有复杂性

人能区分各种不同的模式，从简单的线条到复杂的物体形状，从自然界的花草树木、虫鱼鸟兽到人类自身，从宏观结构到微观结构，人类能识别的刺激模式，其数量是无法估量的。

人还能在模式出现广泛变异的情况下完成识别任务。如邮局里分信的工作人员，能识别千差万别、形状、大小各异的文字。

模式识别过程

模式识别过程包括分析、比较和决策三个基本环节。

1．分析：识别过程的第一个阶段是分析。即把感觉记忆中的信息分解成它的各个组成部分，如把字母A分解成左斜线、右斜线和一条水平线三个组成部分。这种分析过程非常简单，在这个过程中提取出来的信息根感觉记忆中内容没有什么变化。

2．比较：模式识别的第二个阶段。即把分析阶段抽取出来的信息与长时记忆中已有的信息进行比较，比较的方式有两种——串行加工和平行加工。

串行加工（序列加工）：即输入的模式与长时记忆中的编码一个接一个地进行比较，然后再确定与哪一个编码匹配的最好。这种加工是耗费时间的。经验告诉我们，人的模式识别往往进行的很快，因此，识别系统把刺激与记忆编码比较时，可能采取了另一种加工方式。

平行加工（并行加工）：是指许多独立的比较同时进行，就是说，在模式识别中，刺激可以同时地与许多内部记忆编码进行比较，而整个过程所需的时间，差不多等于刺激与单个记忆编码进行比较的时间。这种加工方式是节省时间的，如在众多物体中识别自己熟悉的一个物体往往采用平行加工。

3．决策：模式识别的第三个阶段。即判定哪个记忆编码同刺激模式是最佳的匹配，决策之后就达到了对模式识别的完全识别。这时，一般地可给刺激“命名”，如看到“大”这个刺激模式时，给出它的发音。模式识别的简单模型可以很清楚的说明模式识别的过程。

模式识别过程的两种加工

在模式识别过程中，信息的流程不是单向的，而是双向的。它既依赖于外部的刺激模式，又依赖于记忆系统中的信息。即它既有自下而上的加工，又有自上而下的加工。

所谓自下而上的加工是指人脑直接接受由感觉输入的信息，经过编码，产生各种内部表征。所谓自上而下的加工是指人脑根据已有的知识结构，组织和调节外部输入的信息。人的模式识别就是两种加工相互作用的结果。模式识别中自下而上的加工，可以用特征提取来说明。在知觉几何图形时，是一个由部分到整体的过程自上而下的加工，完成句子中所缺的词。

人在模式识别过程中，两种加工是相互联系相互补偿的。在模式识别的早期阶段，自下而上的加工起重要作用，而在后期阶段，自上而下的加工起主要作用。

模式识别的理论为了进一步描述的模式识别，人们的模式识别时使用的记忆编码及这些编码的使用等问题，作了一些探讨，提出了三种假设，这三种假设是：

模板匹配假设、原型匹配假设和特征分析假设

一、模板匹配说

这种假设认为，模式识别是将一个刺激模式提供的信息，与长时记忆中已经存储的该模式的表征相匹配。这种表征叫该刺激模式的模板。当刺激模式与模板完全匹配或重叠时，该刺激模式就被识别了。这就是模板假设的内容。通俗地说，墨半如同“拷贝”，它与刺激模式之间存在着一一对应的关系，即对我们识别的刺激来说，都有一个用来与它进行匹配的内部拷贝。根据这一假设，刺激的感觉形象经过第一阶段的分析后，基本上不变的被传送到第二阶段去加工。在这个阶段上，与长时记忆中的许多模板进行匹配。通过比较，某一模板可能与刺激感觉形象匹配的最好。于是，决策过程把这一获得最佳匹配的模板选出来。这时，模式也就被识别了。比如说：我们识别一个“大”字，根据模板假设的规定，在长时记忆中有了一个拷贝（模板），每当“上”字作为一个刺激呈现时，它的视觉形象就与长时记忆中的许多模板进行比较，比较结果，记忆中关于“上”字的模板获得最好的匹配，因此，人们就把这个模式识别为“上”。

模板匹配假设比较容易在计算机上加以实现，例如银行使用的提款机卡、图书借阅卡、饭卡等就是根据模板匹配的原理设计的。

模板匹配假设过于朴素和简单，难以解释人的模式识别。从这一假设本身来看，它认为为了识别每一个在形状、大小或方位上稍有变化的模式，长时记忆中就应该具备一个相应的模板。从人识别模式实际情况来看，人能在模式的物理属性广泛变化了的情况下进行模式识别。比如说，人可以识别不同手写体的字（汉王、计算机、手机手写板），当字形在大小、方向、清晰度等方面出现某些变异时，识别似乎困难。按严格的模板匹配假设，这只有在头脑中事先存储了各种模式的模板，识别才能进行，由于模式的变异较大，因而建立了相应的模板，其数量必然很大，依靠这种方式来识别的模式是不经济的。

为了克服模板匹配假设中的这一缺点，有人对模板匹配假设提出了修正，当刺激模式与模板不完全吻合时，必须经过一个预处理过程，将输入的信息加以调整，使之“正常化”，这就大大减少了某一刺激模式在头脑中相应的模板的数量。如图：识别一个不规则字母A。

修正后的模板匹配假设遇到了一个逻辑问题，如果要纠正刺激模式的方位和大小，就必须知道合适的方位是什么样子的。这就等于说“已经”知道刺激相当于什么模式了。这不是匹配之前预处理要做的事情，而恰恰正是模式识别本身要做的事情，即它应该是模式识别的结果，而不是识别的过程。当然，如果刺激模式变异过大，如A变异成R，此模式就会被当成一种不相识的模式而遭到拒绝。

为了克服模板匹配假设的局限性，一些心理学家提出了原型匹配假设。

二、原型匹配说

（一）什么是原型匹配假设

原型（prototype）是指头脑中存储着代表一组物体关键特征的表征，即表示一组物体基本成分的一种抽象的形式。如：树的原型可能是树干、树枝和树叶，狗的原型可能是两只眼睛、四条腿、尖的牙齿、身上有毛等。因此，在这个意义上，原型不仅是对一类刺激的概括，也是这类刺激在头脑中的最优代表。

原型匹配假设认为，存储在长时记忆中的信息不是模板，而是原型。原型与刺激模式不是一一对应的关系。因此，模式识别就是要确定一个物体是否同原型相匹配，如果匹配了，这个物体就被识别出来了。

（二）支持原型匹配假设的实验

1971年，弗兰克斯（J.J.Franks）和布兰斯福德（JDBransford）用实验证明了人的模式识别可能存在着原型匹配的过程。他们用一些稽核图形构成的原型，然后经过左右位置互换、内外位置互换、删掉一个几何图形等形式改变原型，这些改变了的图形即为变型，如图所示。实验时，先给被试呈现这些变型，然后让他们进行再认测验，测验的项目有些是被试看见过的变型，另一些是被试没有见过的新变型，以及这些原型本身，要求被试指出哪些项目是以前见过的并评价自己的确信度。结果发现，尽管被试以前没有见过原型，但对它的确信度评信度最高。这一实验表明，被试从一组有关模式的经验中，抽取了这组模式的原型，同时，也可以看到，被试在识别那些变型时，利用了这个原型，是把它们与原型进行比较。

三、特征分析假说

（一）什么是特征分析假设

特征分析假设认为，各种刺激在长时记忆中的表征是一张表，表上登记着该