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模式识别期末论文


《模式识别导论》 模式识别导论》
姓名 班级 学号

成绩
1) A 2) A 3) B B C

2011 年

阅读材料: 参考资料的阅读以下面的题目为导向,不需要细致的研读代码。 (参考资料的阅读以下面的题目为导向 ) 阅读材料: 参考资料的阅读以下面的题目为导向,不需要细致的研读代码。 ( 边肇祺、张学工编著《模式识别》第二版,第十五章 求是科技 张宏林编著《Visual C++数字图像模式识别技术及工程实践》 ,第五、六、七、八 章 题目: 请对问题一一作答。 ( 解答要尽量表达明白、 条理清楚。 不要求给出具体的代码实现。 ) 题目: 请对问题一一作答。 解答要尽量表达明白、 条理清楚。 不要求给出具体的代码实现。 1)汉字识别是与生活紧密相关的一种二维信号识别问题。通过对上述材料的研读,同学们 ) 应该对模式识别方法如何应用于实际中、 以及在实际应用中需要考虑哪些问题有了一些深入 的认识。问题: A.一般解决模式识别问题有哪几个关键步骤?给出处理一般模式识别问题步骤的流程图。 . B.以汉字识别为例,预处理步骤是哪些(举出 3 种)?汉字的哪些特性可以被提取作为模 . 式特征(举出 5 种)?利用特征进行汉字识别分类时,要注意什么问题?有什么样的解决方 法?一般可采取哪些判别准则进行分类? 2)工厂对打上来的鱼进行分类,不同种类的鱼处理方式不 ) 同。可是鱼的数量过大,人工分类不现实。如何利用模式识 别的方法让计算机帮我们分类? A.可能需要进行哪些预处理?你能想到哪些鱼类特性作为 分类特征?可以采取哪些对应的分类决策方法? B.在分类过程中,可能会遇到分类算法错误率高、性能不 够鲁棒,你能想出什么方法有效解决? C.文字说明一种你设计的、认为可以准确处理大多数鱼类 分类问题的分类算法,并写出算法流程图。 左图是利用传感器(如摄像机)对鱼类采样,以进行自动分 类的工厂流水线示意图。 3)人类具有很强的模式识别能力。通过视觉信息识别文字、图片和周围的环境,通过听觉 ) 信息识别与理解语言。模式识别能力是人类智能的重要组成部分。今天,虽然人们可以利用 计算机部分实现人的视觉,听觉等模式识别能力,但是相对于浩瀚的人类智能,今天的模式 识别无论是在理论研究还是在应用水平上都仅仅只处于初级阶段。请以“模式识别,让明天 更美好”为题,设想 2000 年后,模式识别在理论上将会有那些突破,在应用中将会怎样深 刻的影响人类的工作和生活。要求: a、 体裁不限,字数不限,可以写成故事,小说或科技论文等等。 b、 文章应建立在对现存模式识别的理论分析基础之上, 通过分析统计模式识别的优点和不 足,设想 2000 年后模式识别将会得到怎样的发展。 c、 设想 2000 年模式识别应用的时候,应尽可能全面地描述模式识别在人类生活和生产中 的应用,如在工业,生活,娱乐,医疗,通信,战争等等。想象的翅膀能飞多远,就让 它飞多远。 d、 如果可以包含心理学,生理学,神经学,或数学,信息学等方面的描述更好。

1

解答: 解答:
1) A.解决模式识别问题的关键步骤:信息获取、预处理、特征提取和分类决策 处理一般模式识别问题步骤的流程图

信息输入

数据获取

预处理

特征选择 /提取

决策分析

信息输出

B.汉字识别与处理步骤: 1.书写倾斜的校正 2.笔画粗细的调整 3.消除干扰 模式特征:复杂指数、四边码、粗外围特征、粗网格特征和笔画密度特征 分类是要注意的几个问题: 粗分类的正确分类率和分类稳定性要高、 粗分类速度要快、 粗分类特征要简单、分类字典小、节约存储空间、粗分类方法要和细分类方法相协调 解决方法:1.采用复合特征的分类 2.多级分类 分类标准 (1) D ( x, G ) =

∑x
i =1

m

i

? gi
T

(2) D ( x, G ) = ( x ? G ) (3)相似度

[



?1

( x ? G)

]

1/ 2

2

∑ xi ? g i ( x ? G) i =1 = R ( x, G ) = 1/ 2 m m x ?G ? 2 2? ?∑ xi ? ∑ g i ? i =1 ? i =1 ?
(4)符合相似度

m

? 2 ? 2 ?∑ ( x ? φ j ) ? j =0 ? R * ( x, G ) = ? x 其中: G0 G0

1/ 2

φ0 =

? G1 G ? ? + 2 ? ? G G2 ? 1 ? φ1 = ? 2(1 + θ )

? G2 G ? ? ? 2 ? ? G G2 ? 1 ? , G = 2G0 , G = 2G0 φ2 = ? 1 2 2x 2y 2(1 ? θ ) ? 2 2? ?∑ ( x ? φ j ) ? j =0 ? θ=? x
(5)混合相似度
1/ 2

? 2 ? 2 2 ? ∑ ( x ? φ j ) ? ? ? ( x ?ψ ) ? j =0 ? R + ( x, G ) = ? x 其中,?是常数, G g ? ∑ (G g , φ j ) ? φ j
2

1/ 2

ψ =

j =0

2 ? ? G ? ∑ (G g , φ j ) 2 ? ? j =0 ? ?

1/ 2

3

2) A. 预处理:用图像分割技术将每条鱼从背景中分割出来 鱼的特征:体型,长度,宽度,身体颜色以及它的亮度,鱼鳍的个数,嘴巴的位置,尾 部的形状 分类决策方法:需要考虑代价函数,分类过程中需要使得代价函数最小化。 1.Min(第 1 种鱼错分条数+第 2 种鱼错分条数+ +第 n 种鱼错分条数) 2.Min(第 1 种鱼错分条数) 单价+ +第 n 种鱼错分条数 单价 B.解决方法: 1.保留某些特征,除去其他特征,减少计算量 2.可以进行多分类器的后续处理 3.建立性能评价环节 C.分类算法:先用传感器来进行数据收集,然后通过图像分割技术进行预处理,把每一条 鱼与背景分开来,之后进行特征提取,不应选取过多的特征,保留部分特征即可,可以 减少计算量,下一步选择对应的模型进行训练,用特征向量进行分类,然后进行评价, 确定是否欠训练或过度训练,最后可以进行计算复杂的分析,以改进分类算法。 算法流程图:

开始

数据收集 特征选择 模型选择 训练 性能评价
结束

4

3) 模式识别在我们日常生活中占据了相当重要一部分, 从无到有好多科学成果证明了人类 的智能和智慧, 以前用人的感觉器官来识别的产品的质量, 但到了现在这信息爆发的地球村 时代模式识别给我们带来了不少的方便。比如在生产流程的最后阶段-----检查产品的质量的 阶段, 人们常用概率的方法抽取几个产品计算次品在这样本当中占据的百分率大小来决定该 不该拿来到市场卖,不过,我们生活的这时代我们用我们的大脑想出了办法,那就是模式识 别, 人类的智慧无穷, 人们用图像处理技术来代替以前的人工做的枯燥的那些不少反复的工 作,使得减少人工操作,得到了改善,随着自动控制理论、人工智能和电脑的飞速发展,模 式识别得到了广泛的使用和应用。比如,人类以前用体积大的电话,到 21 世纪人类使用触 屏手机来提高生活质量和工作效率,这一个小小的例子足以证明模式识别应用的强大。

跟 pattern 的对决
这是 4012 年 8 月 13 号在地球村亚洲中国上海市闵行区东川路 800 号上海交通大学闵行 校区发生的故事,主要讲述了来自朝鲜的留学生在华留学的经历。他是一向求学的好孩子, 喜欢踢足球,喜欢挑战,擅长于交朋友,他在日常生活中表现出稳重勤奋。一旦开始学习, 他就像疯子一样集中全身精神投入身心做功课,在场上他是跑不死的马,连 jone 都敬佩他, 那么他究竟是谁呢? 他就是来自朝鲜的留学生,叫朱万革。 说道 jone, 他是一名上海交通大学电院自动化系直属的机器人足球队 “pattern” 的队长, 是有名的全球数一数二的职业足球明星,他的职业生涯不到三年,但 4010 年是属于 jone 的 一年,当时他加入了 pattern,从入队的那一天起他按照 pattern 队机器人教练的安排刻苦训 练,研究好整个队的战术配合后,在 4010 年 8 月份出战“交大暑假狂欢足球杯”决赛,决 赛出战的双方是自动化队和 pattern 队, jone 是替补的缘故, 因 结束比赛前 10 分钟以替补的 身份上场了,交大校园的足球狂们没有注意到穿 13 号球衣的 jone,他个子矮小,大概 1 米 70,体重 62 公斤,但是,pattern 的教练却注意到 jone 的非凡能力,他跟其他机器人比起来, 不但在敏捷性和球技有优势,而且在智力上远远超过了 pattern 队里的老将们,他上场了不 到一分钟观众注意到有一个个子矮小的 pattern 球员盘带球到禁区内以后直接射门把场上的 比分改成扳平的 jone,一下子南体场上的两个队回到起跑线上,剩下的 9 分钟,双方为了夺 冠拼命地跑,最后一分钟再次拿到球的 jone,观众对他的表现十分期待,果然,以出众的球 技再次把球打进去的 jone,场上的比分说明已经没有什么悬念了,最后,pattern 夺冠了。 万革每次想到那天比赛的时候心里很内疚。 居然给机器人输了, 他再次想出绝妙的战术 让队友们在最短的时间内好好儿理解自己的跑位。从大一时候跟 pattern 队打过决赛以后, 不知道是什么原因 pattern 队后续连年内没有进入决赛了,每次都被其他学院打败,听说电 院的老教授(他是 pattern 队的顾问)这两年来在美国教书。一个星期前回来了,所以现在 万革的心情好乱,即使老教授想出好战术也打不过万革想到的战术,他有这个信心,但是他 现在担心的是队友们能不能承受这个压力, 因为他出的战术方案很有效, 但需要每个队友之 间的超强的默契和配合。所以,他今天也要出去跟队友们交流一下。 8 月 13 号是不平凡的日子,那是因为今天是万革出生的 23 周年,但他为了打败 pattern 队不顾一切要去球场练习。8 点 25 分。。 他最好的朋友“开心”机器人比他早点起来已做 。 好外出的准备,把他叫醒了, “嘿,哥们,时间到了,你今天要。。 。”他开始告诉我今天我的 日程安排,他说今天下午 5 点有朋友的聚会,万哥说“把它取消掉,我今天没有时间”“知 , 道了” “开心”说道。 万革坐电梯的时候电梯里开始播放 “我相信” 这首歌是万革最最最喜欢的励志的歌曲。 , 从电梯出来的时候电梯机器人说“今天好好儿表现啊,相信自己” 。万革的心情轻松多了,

5

到了球场的时候发现已经有很多队友们等着他, 到了球场后, 他再次给自己的队友们简单的 讲述了基本方法。训练对方是万革最近研究的模仿 pattern 队的“假 pattern”机器人队。机 器人裁判看了表以后吹了比赛开始的信号。 训练基本完成了,他和他的队友们充满了信心。。 。。 为了放松自己他请了全部队友们到了五星酒店点了好多好多菜, 服务员是自动服务机器 人,他把万革点的菜一个一个地、小心翼翼的放在桌上以后,隆重的说道“我想爆一个料, 今天是队长的 23 周生日,所以,我们酒店特意给你们优惠,免费送蛋糕,最后单呢,打 3 折。请慢用。 自动服务机器人说道后,问了我,要点上次的那首歌曲吗?万哥说“不用, ” 今天虽然是我的生日,但我想听听优雅的音乐。 ”随后机器人打开音响 机器人说“请帮他们 挑些优雅的歌曲,让他们放松放松。。 。” 结束了生日 party 以后,万革坐无人驾驶奔驰去了徐家汇,那儿等着我的女朋友,他是 我的同胞, 长得好可爱, 无论在别人的眼里是什么样, 但在我的眼里他就是世界上第一美女, 进了她房间的时候, “可爱”机器人迎接我说“现在她很生气,千万小心,说话不要冲动。 ” 进了她房间后发现他现在哭泣着抱着大大的娃娃看电视, 原来他看了电视里的两个情侣分手 的场面后悲伤的哭泣着,真是的,我还以为。。 。 看见我的她,很不服气以后不让我踢足 球,我就哄哄她答应了。随后我们在机器人“可爱”的精心准备下开开心心的庆祝了我的生 日。 8 月 15 号,玩个期待的决赛开始了,随着时间的过去,双方的体力下降,比分还在维 持零比零,最后的一分钟又是那个 jone 绝杀了,比赛结束,万革连回头都不回静静地离开 球场。。 。。球场。。 。 “嘿,万革,时间到了,赶紧准备一下,赶快去洗脸,我已经帮你做好了球衣和球鞋” “我靠,原来是一场梦啊,我以为是真的呢。。真是的,好,无论结果怎样,我要面对现实, 。 今天要好好儿比赛,打出好成绩来,加油” ,看了我的表情后, “开心”呵呵一笑,拍拍我的 肩膀说“这才像万革。加油。。你行的。。 。 。” ----------------------------------------------------------------------------------------------------】 到底当天的比赛结果会怎么样呢?

6


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