模式识别概述【2020模式识别精品PPT系列】
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• 模式识别是指对表征事物或现象的各种形式的(数值的、 文字的和逻辑关系的)信息进行处理和分析，以对事物或 现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和 人工智能的重要组成部分。
什么是模式？
Watanabe ： as opposite of a chaos; it is an entity, vaguely defined, that could be given a name.（与混沌对立，可以 命名的模糊定义的实体） ➢ 指纹图象； ➢ 人脸图象； ➢ 手写汉字（单词）； ➢ 语音信号； ➢ 语言符号； ➢ …… 广义地说，存在于时间和空间中可观察的物体，如果 我们可以区别它们是否相同或是否相似，都可以称之 为模式。
• 预处理：去噪声，提取有用信息，并对输入测量仪器或其它因素 所造成的退化现象进行复原
• 特征提取和选择：对原始数据进行变换，得到最能反映分类本质 的特征 测量空间：原始数据组成的空间 特征空间：分类识别赖以进行的空间 模式表示：维数较高的测量空间->维数较低的特征空间
• 分类决策：在特征空间中用模式识别方法把被识别对象归为某一 类别 基本做法：在样本训练集基础上确定某个判决规则，使得按这种
2.与其它学科的关系
统计学 概率论 线性代数（矩阵计算） 形式语言
机器学习 人工智能 图像处理 计算机视觉 统计学、统筹学 人工智能 研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。 机器学习 是研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能， 重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能，它是人工智能的核心。
个别具体的模式 －>样本： A 松 鼠
什么是识别？
• 把具体的样本归类到某一个模式，可以叫做模式的识别 （或分类）。
• 识别是时时刻刻都在发生的； • 识别（Recognition)是再认知的过程；
• 识别行为： ➢ 识别具体事物； ➢ 识别抽象事物。
模式识别的研究
• 目的：利用计算机对物理对象进行分类，在错误概率最小的条件下， 使识别的结果尽量与客观物体相符合。间
数据处理
特征空间
分类决策
类别空间
？
基本构成
数据 获取
预处理
特征提取 和选择
分类器 设计
分类 决策
组成单元
• 数据获取：用计算机可以运算的符号来表示所研究的对象 二维图像：文字、指纹、地图、照片等 一维波形：脑电图、心电图、季节震动波形等 物理参量和逻辑值：体温、化验数据、参量正常与否的描述
总结
• 研究目的：使得机器如人类一般分析解决问题。
• 目前状况：没有发展出统一、有效、可以应用 于所有问题的模式识别理论。
• 今后工作：
➢
发展理论，提出识别新方法；
➢ 方法融合，开创应用新局面。
学习要点
• 重点掌握模式识别的基本概念，基本方法和算法原理。 • 注重理论与实践紧密结合，注意如何将所学知识运用到实际应用之中 • 为研究新的模式识别的理论和方法打下基础 • 不要被繁琐的数学推导吓倒
• Y = F(X)
X的定义域取自特征集 Y的值域为类别的标号集 F是模式识别的判别方法
模式识别发展简史
• 上世纪20年代诞生 • 30年代 Fisher提出统计分类理论，奠定了统计模式识
别的基础；开始解决实际问题。 • 40年代，计算机出现 • 50年代 Noam Chemsky 提出形式语言理论——傅京荪
谢谢
3. 模式识别的应用
• 生物学 自动细胞学、染色体特性研究、遗传研究
• 天文学 天文望远镜图像分析、自动光谱学
• 经济学 股票交易预测、企业行为分析
• 医学 心电图分析、脑电图分析、医学图像分析
• 工程 产品缺陷检测、特征识别、语音识别、自动导航系统、污染分析
• 军事 航空摄像分析、雷达和声纳信号检测和分类、自动目标识别
提出句法结构模式识别；人工智能兴起。 • 60年代 L.A.Zadeh提出了模糊集理论，模糊模式识别
方法得以发展和应用。同时，模式识别发展为一门独 立学科。 • 80年代以Hopfield网、BP网为代表的神经网络模型导 致人工神经元网络复活，并在模式识别得到较广泛的 应用。
模式识别系统
• 数据采集 • 数据处理 • 决策
• 安全 指纹识别、人脸识别、监视和报警系统
4. 模式识别方法
• 模版匹配 • 统计模式识别 • 句法（结构）模式识别 • 模糊模式识别 • 神经网络
刊物
• IEEE Trans. on PAMI
• 其他
Pattern Recognition (PR) Pattern Recognition Letters (PRL) International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence (IJPRAI)
模式所指的不是事物本身，而是从事物获得 的信息，因此，模式往往表现为具有时间和 空间分布的信息。
模式的直观特性:
可观察性 可区分性 相似性
对具体的、个别的事物进行观察所得到的具有空 间与时间分布的信息称之为模式，把模式所属的 类别或同一类模式的总体称之为模式类。
*习惯上：
模式类－>模式： 字符 植物 动物
周围物体的认知：桌子、椅子 人的识别（视）：张三、李四 声音的辨别（听）：车、狗叫、人语 气味的分辨（嗅）：炸带鱼、红烧肉 触觉感知
• 人和动物的模式识别能力是极其平常的，但对计 算机来说却是非常困难的。
定义
• Pattern recognition is the study of how machines can observe the environment, learn to distinguish patterns of interest from their background, and make sound and reasonable decisions about the categories of the patterns. (Anil K. Jain)
模式识别概述
2020模式识别精品PPT系列
主要内容
• 1. 模式识别简介 • 2. 与其它学科的关系 • 3. 模式识别方法 • 4. 模式识别应用
1. 模式识别简介
ABE a be
分 类？
ABE a be
ABE a be
ABE a be
……
模式识别的概念
• 模式识别 – 直观，无所不在，“人以类聚，物以 群分”
什么是模式？
Watanabe ： as opposite of a chaos; it is an entity, vaguely defined, that could be given a name.（与混沌对立，可以 命名的模糊定义的实体） ➢ 指纹图象； ➢ 人脸图象； ➢ 手写汉字（单词）； ➢ 语音信号； ➢ 语言符号； ➢ …… 广义地说，存在于时间和空间中可观察的物体，如果 我们可以区别它们是否相同或是否相似，都可以称之 为模式。
• 预处理：去噪声，提取有用信息，并对输入测量仪器或其它因素 所造成的退化现象进行复原
• 特征提取和选择：对原始数据进行变换，得到最能反映分类本质 的特征 测量空间：原始数据组成的空间 特征空间：分类识别赖以进行的空间 模式表示：维数较高的测量空间->维数较低的特征空间
• 分类决策：在特征空间中用模式识别方法把被识别对象归为某一 类别 基本做法：在样本训练集基础上确定某个判决规则，使得按这种
2.与其它学科的关系
统计学 概率论 线性代数（矩阵计算） 形式语言
机器学习 人工智能 图像处理 计算机视觉 统计学、统筹学 人工智能 研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。 机器学习 是研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能， 重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能，它是人工智能的核心。
个别具体的模式 －>样本： A 松 鼠
什么是识别？
• 把具体的样本归类到某一个模式，可以叫做模式的识别 （或分类）。
• 识别是时时刻刻都在发生的； • 识别（Recognition)是再认知的过程；
• 识别行为： ➢ 识别具体事物； ➢ 识别抽象事物。
模式识别的研究
• 目的：利用计算机对物理对象进行分类，在错误概率最小的条件下， 使识别的结果尽量与客观物体相符合。间
数据处理
特征空间
分类决策
类别空间
？
基本构成
数据 获取
预处理
特征提取 和选择
分类器 设计
分类 决策
组成单元
• 数据获取：用计算机可以运算的符号来表示所研究的对象 二维图像：文字、指纹、地图、照片等 一维波形：脑电图、心电图、季节震动波形等 物理参量和逻辑值：体温、化验数据、参量正常与否的描述
总结
• 研究目的：使得机器如人类一般分析解决问题。
• 目前状况：没有发展出统一、有效、可以应用 于所有问题的模式识别理论。
• 今后工作：
➢
发展理论，提出识别新方法；
➢ 方法融合，开创应用新局面。
学习要点
• 重点掌握模式识别的基本概念，基本方法和算法原理。 • 注重理论与实践紧密结合，注意如何将所学知识运用到实际应用之中 • 为研究新的模式识别的理论和方法打下基础 • 不要被繁琐的数学推导吓倒
• Y = F(X)
X的定义域取自特征集 Y的值域为类别的标号集 F是模式识别的判别方法
模式识别发展简史
• 上世纪20年代诞生 • 30年代 Fisher提出统计分类理论，奠定了统计模式识
别的基础；开始解决实际问题。 • 40年代，计算机出现 • 50年代 Noam Chemsky 提出形式语言理论——傅京荪
谢谢
3. 模式识别的应用
• 生物学 自动细胞学、染色体特性研究、遗传研究
• 天文学 天文望远镜图像分析、自动光谱学
• 经济学 股票交易预测、企业行为分析
• 医学 心电图分析、脑电图分析、医学图像分析
• 工程 产品缺陷检测、特征识别、语音识别、自动导航系统、污染分析
• 军事 航空摄像分析、雷达和声纳信号检测和分类、自动目标识别
提出句法结构模式识别；人工智能兴起。 • 60年代 L.A.Zadeh提出了模糊集理论，模糊模式识别
方法得以发展和应用。同时，模式识别发展为一门独 立学科。 • 80年代以Hopfield网、BP网为代表的神经网络模型导 致人工神经元网络复活，并在模式识别得到较广泛的 应用。
模式识别系统
• 数据采集 • 数据处理 • 决策
• 安全 指纹识别、人脸识别、监视和报警系统
4. 模式识别方法
• 模版匹配 • 统计模式识别 • 句法（结构）模式识别 • 模糊模式识别 • 神经网络
刊物
• IEEE Trans. on PAMI
• 其他
Pattern Recognition (PR) Pattern Recognition Letters (PRL) International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence (IJPRAI)
模式所指的不是事物本身，而是从事物获得 的信息，因此，模式往往表现为具有时间和 空间分布的信息。
模式的直观特性:
可观察性 可区分性 相似性
对具体的、个别的事物进行观察所得到的具有空 间与时间分布的信息称之为模式，把模式所属的 类别或同一类模式的总体称之为模式类。
*习惯上：
模式类－>模式： 字符 植物 动物
周围物体的认知：桌子、椅子 人的识别（视）：张三、李四 声音的辨别（听）：车、狗叫、人语 气味的分辨（嗅）：炸带鱼、红烧肉 触觉感知
• 人和动物的模式识别能力是极其平常的，但对计 算机来说却是非常困难的。
定义
• Pattern recognition is the study of how machines can observe the environment, learn to distinguish patterns of interest from their background, and make sound and reasonable decisions about the categories of the patterns. (Anil K. Jain)
模式识别概述
2020模式识别精品PPT系列
主要内容
• 1. 模式识别简介 • 2. 与其它学科的关系 • 3. 模式识别方法 • 4. 模式识别应用
1. 模式识别简介
ABE a be
分 类？
ABE a be
ABE a be
ABE a be
……
模式识别的概念
• 模式识别 – 直观，无所不在，“人以类聚，物以 群分”