知覺認(rèn)知中幾種主要的模式識(shí)別理論表征與加工分析

1、知覺認(rèn)知知中幾種種主要的的模式識(shí)識(shí)別理論論表征及及加工分分析“模式”是指刺刺激的空空間組合合和時(shí)間間組合，或說由由若干元元素按一一定關(guān)系系集合在在一起組組成的一一種結(jié)構(gòu)構(gòu)。如視視覺模式式、聽覺覺模式、嗅覺模模式等。一個(gè)物物體、一一個(gè)單詞詞、一種種語音，甚至一一種特定定芳香都都是模式式。復(fù)雜雜的模式式往往由由若干元元素按一一定的關(guān)關(guān)系組成成的一種種結(jié)構(gòu)。模式識(shí)別別就是確確認(rèn)模式式是什么么，并把把它同其其它模式式區(qū)分開開來，或或說把輸輸入模式式的信息息同長時(shí)時(shí)記憶中中有關(guān)信信息進(jìn)行行匹配，并辨認(rèn)認(rèn)出該刺刺激屬于于什么范范疇的過過程。人的模式式識(shí)別的的特點(diǎn)（1）對對言語識(shí)識(shí)別的能能力是人人所特有有的

2、動(dòng)物也能能進(jìn)行模模式識(shí)別別，如分分辨有害害和無害害刺激、選擇伴伴侶、構(gòu)構(gòu)筑巢穴穴，但這這些模式式識(shí)別都都是低級級的，只只是為了了適應(yīng)環(huán)環(huán)境和維維持生存存。人由由于能識(shí)識(shí)別語言言，因此此可以進(jìn)進(jìn)行人的的勞動(dòng)和和創(chuàng)造。（2）人人的模式式識(shí)別具具有復(fù)雜雜性人能區(qū)分分各種不不同的模模式，從從簡單的的線條到到復(fù)雜的的物體形形狀，從從自然界界的花草草樹木、蟲魚鳥鳥獸到人人類自身身，從宏宏觀結(jié)構(gòu)構(gòu)到微觀觀結(jié)構(gòu)，人類能能識(shí)別的的刺激模模式，其其數(shù)量是是無法估估量的。人還能在在模式出出現(xiàn)廣泛泛變異的的情況下下完成識(shí)識(shí)別任務(wù)務(wù)。如郵郵局里分分信的工工作人員員，能識(shí)識(shí)別千差差萬別、形狀、大小各各異的文文字。模式識(shí)別

3、別過程模式識(shí)別別過程包包括分析析、比較較和決策策三個(gè)基基本環(huán)節(jié)節(jié)。1分析析：識(shí)別別過程的的第一個(gè)個(gè)階段是是分析。即把感感覺記憶憶中的信信息分解解成它的的各個(gè)組組成部分分，如把把字母AA分解成成左斜線線、右斜斜線和一一條水平平線三個(gè)個(gè)組成部部分。這這種分析析過程非非常簡單單，在這這個(gè)過程程中提取取出來的的信息根根感覺記記憶中內(nèi)內(nèi)容沒有有什么變變化。2比較較：模式式識(shí)別的的第二個(gè)個(gè)階段。即把分分析階段段抽取出出來的信信息與長長時(shí)記憶憶中已有有的信息息進(jìn)行比比較，比比較的方方式有兩兩種串行加加工和平平行加工工。串行加工工（序列列加工）：即輸輸入的模模式與長長時(shí)記憶憶中的編編碼一個(gè)個(gè)接一個(gè)個(gè)地進(jìn)行行比

4、較，然后再再確定與與哪一個(gè)個(gè)編碼匹匹配的最最好。這這種加工工是耗費(fèi)費(fèi)時(shí)間的的。經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)告訴我我們，人人的模式式識(shí)別往往往進(jìn)行行的很快快，因此此，識(shí)別別系統(tǒng)把把刺激與與記憶編編碼比較較時(shí)，可可能采取取了另一一種加工工方式。平行加工工（并行行加工）：是指指許多獨(dú)獨(dú)立的比比較同時(shí)時(shí)進(jìn)行，就是說說，在模模式識(shí)別別中，刺刺激可以以同時(shí)地地與許多多內(nèi)部記記憶編碼碼進(jìn)行比比較，而而整個(gè)過過程所需需的時(shí)間間，差不不多等于于刺激與與單個(gè)記記憶編碼碼進(jìn)行比比較的時(shí)時(shí)間。這這種加工工方式是是節(jié)省時(shí)時(shí)間的，如在眾眾多物體體中識(shí)別別自己熟熟悉的一一個(gè)物體體往往采采用平行行加工。3決策策：模式式識(shí)別的的第三個(gè)個(gè)階段。即判定

5、定哪個(gè)記記憶編碼碼同刺激激模式是是最佳的的匹配，決策之之后就達(dá)達(dá)到了對對模式識(shí)識(shí)別的完完全識(shí)別別。這時(shí)時(shí)，一般般地可給給刺激“命名”，如看看到“大”這個(gè)刺刺激模式式時(shí)，給給出它的的發(fā)音。模式識(shí)識(shí)別的簡簡單模型型可以很很清楚的的說明模模式識(shí)別別的過程程。模式識(shí)別別過程的的兩種加加工在模式識(shí)識(shí)別過程程中，信信息的流流程不是是單向的的，而是是雙向的的。它既既依賴于于外部的的刺激模模式，又又依賴于于記憶系系統(tǒng)中的的信息。即它既既有自下下而上的的加工，又有自自上而下下的加工工。所謂自下下而上的的加工是是指人腦腦直接接接受由感感覺輸入入的信息息，經(jīng)過過編碼，產(chǎn)生各各種內(nèi)部部表征。所謂自自上而下下的加工工是

6、指人人腦根據(jù)據(jù)已有的的知識(shí)結(jié)結(jié)構(gòu)，組組織和調(diào)調(diào)節(jié)外部部輸入的的信息。人的模模式識(shí)別別就是兩兩種加工工相互作作用的結(jié)結(jié)果。模模式識(shí)別別中自下下而上的的加工，可以用用特征提提取來說說明。在在知覺幾幾何圖形形時(shí)，是是一個(gè)由由部分到到整體的的過程自自上而下下的加工工，完成成句子中中所缺的的詞。人在模式式識(shí)別過過程中，兩種加加工是相相互聯(lián)系系相互補(bǔ)補(bǔ)償?shù)摹Ｔ谀Ｊ绞阶R(shí)別的的早期階階段，自自下而上上的加工工起重要要作用，而在后后期階段段，自上上而下的的加工起起主要作作用。模式識(shí)別別的理論論為了進(jìn)進(jìn)一步描描述的模模式識(shí)別別，人們們的模式式識(shí)別時(shí)時(shí)使用的的記憶編編碼及這這些編碼碼的使用用等問題題，作了了一些探探

7、討，提提出了三三種假設(shè)設(shè)，這三三種假設(shè)設(shè)是：模模板匹配配假設(shè)、原型匹匹配假設(shè)設(shè)和特征征分析假假設(shè)一、模板板匹配說說這種假設(shè)設(shè)認(rèn)為，模式識(shí)識(shí)別是將將一個(gè)刺刺激模式式提供的的信息，與長時(shí)時(shí)記憶中中已經(jīng)存存儲(chǔ)的該該模式的的表征相相匹配。這種表表征叫該該刺激模模式的模模板。當(dāng)當(dāng)刺激模模式與模模板完全全匹配或或重疊時(shí)時(shí)，該刺刺激模式式就被識(shí)識(shí)別了。這就是是模板假假設(shè)的內(nèi)內(nèi)容。通通俗地說說，墨半半如同“拷貝”，它與與刺激模模式之間間存在著著一一對對應(yīng)的關(guān)關(guān)系，即即對我們們識(shí)別的的刺激來來說，都都有一個(gè)個(gè)用來與與它進(jìn)行行匹配的的內(nèi)部拷拷貝。根根據(jù)這一一假設(shè)，刺激的的感覺形形象經(jīng)過過第一階階段的分分析后，基本

8、上上不變的的被傳送送到第二二階段去去加工。在這個(gè)個(gè)階段上上，與長長時(shí)記憶憶中的許許多模板板進(jìn)行匹匹配。通通過比較較，某一一模板可可能與刺刺激感覺覺形象匹匹配的最最好。于于是，決決策過程程把這一一獲得最最佳匹配配的模板板選出來來。這時(shí)時(shí)，模式式也就被被識(shí)別了了。比如如說：我我們識(shí)別別一個(gè)“大”字，根根據(jù)模板板假設(shè)的的規(guī)定，在長時(shí)時(shí)記憶中中有了一一個(gè)拷貝貝（模板板），每每當(dāng)“上”字作為為一個(gè)刺刺激呈現(xiàn)現(xiàn)時(shí)，它它的視覺覺形象就就與長時(shí)時(shí)記憶中中的許多多模板進(jìn)進(jìn)行比較較，比較較結(jié)果，記憶中中關(guān)于“上”字的模模板獲得得最好的的匹配，因此，人們就就把這個(gè)個(gè)模式識(shí)識(shí)別為“上”。模板匹配配假設(shè)比比較容易易在計(jì)

9、算算機(jī)上加加以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，例如如銀行使使用的提提款機(jī)卡卡、圖書書借閱卡卡、飯卡卡等就是是根據(jù)模模板匹配配的原理理設(shè)計(jì)的的。模板匹配配假設(shè)過過于樸素素和簡單單，難以以解釋人人的模式式識(shí)別。從這一一假設(shè)本本身來看看，它認(rèn)認(rèn)為為了了識(shí)別每每一個(gè)在在形狀、大小或或方位上上稍有變變化的模模式，長長時(shí)記憶憶中就應(yīng)應(yīng)該具備備一個(gè)相相應(yīng)的模模板。從從人識(shí)別別模式實(shí)實(shí)際情況況來看，人能在在模式的的物理屬屬性廣泛泛變化了了的情況況下進(jìn)行行模式識(shí)識(shí)別。比比如說，人可以以識(shí)別不不同手寫寫體的字字（漢王王、計(jì)算算機(jī)、手手機(jī)手寫寫板），當(dāng)字形形在大小小、方向向、清晰晰度等方方面出現(xiàn)現(xiàn)某些變變異時(shí)，識(shí)別似似乎困難難。按嚴(yán)嚴(yán)格的

10、模模板匹配配假設(shè)，這只有有在頭腦腦中事先先存儲(chǔ)了了各種模模式的模模板，識(shí)識(shí)別才能能進(jìn)行，由于模模式的變變異較大大，因而而建立了了相應(yīng)的的模板，其數(shù)量量必然很很大，依依靠這種種方式來來識(shí)別的的模式是是不經(jīng)濟(jì)濟(jì)的。為了克服服模板匹匹配假設(shè)設(shè)中的這這一缺點(diǎn)點(diǎn)，有人人對模板板匹配假假設(shè)提出出了修正正，當(dāng)刺刺激模式式與模板板不完全全吻合時(shí)時(shí)，必須須經(jīng)過一一個(gè)預(yù)處處理過程程，將輸輸入的信信息加以以調(diào)整，使之“正常化化”，這就就大大減減少了某某一刺激激模式在在頭腦中中相應(yīng)的的模板的的數(shù)量。如圖：識(shí)別一一個(gè)不規(guī)規(guī)則字母母A。修正后的的模板匹匹配假設(shè)設(shè)遇到了了一個(gè)邏邏輯問題題，如果果要糾正正刺激模模式的方方位和

11、大大小，就就必須知知道合適適的方位位是什么么樣子的的。這就就等于說說“已經(jīng)”知道刺刺激相當(dāng)當(dāng)于什么么模式了了。這不不是匹配配之前預(yù)預(yù)處理要要做的事事情，而而恰恰正正是模式式識(shí)別本本身要做做的事情情，即它它應(yīng)該是是模式識(shí)識(shí)別的結(jié)結(jié)果，而而不是識(shí)識(shí)別的過過程。當(dāng)當(dāng)然，如如果刺激激模式變變異過大大，如AA變異成成R，此此模式就就會(huì)被當(dāng)當(dāng)成一種種不相識(shí)識(shí)的模式式而遭到到拒絕。為了克服服模板匹匹配假設(shè)設(shè)的局限限性，一一些心理理學(xué)家提提出了原原型匹配配假設(shè)。二、原型型匹配說說（一）什什么是原原型匹配配假設(shè)原型（pprottotyype）是指頭頭腦中存存儲(chǔ)著代代表一組組物體關(guān)關(guān)鍵特征征的表征征，即表表示一組

12、組物體基基本成分分的一種種抽象的的形式。如：樹樹的原型型可能是是樹干、樹枝和和樹葉，狗的原原型可能能是兩只只眼睛、四條腿腿、尖的的牙齒、身上有有毛等。因此，在這個(gè)個(gè)意義上上，原型型不僅是是對一類類刺激的的概括，也是這這類刺激激在頭腦腦中的最最優(yōu)代表表。原型匹配配假設(shè)認(rèn)認(rèn)為，存存儲(chǔ)在長長時(shí)記憶憶中的信信息不是是模板，而是原原型。原原型與刺刺激模式式不是一一一對應(yīng)應(yīng)的關(guān)系系。因此此，模式式識(shí)別就就是要確確定一個(gè)個(gè)物體是是否同原原型相匹匹配，如如果匹配配了，這這個(gè)物體體就被識(shí)識(shí)別出來來了。（二）支支持原型型匹配假假設(shè)的實(shí)實(shí)驗(yàn)19711年，弗弗蘭克斯斯（J.J.FFrannks）和布蘭蘭斯福德德（JD

13、DBraansffordd）用實(shí)實(shí)驗(yàn)證明明了人的的模式識(shí)識(shí)別可能能存在著著原型匹匹配的過過程。他他們用一一些稽核核圖形構(gòu)構(gòu)成的原原型，然然后經(jīng)過過左右位位置互換換、內(nèi)外外位置互互換、刪刪掉一個(gè)個(gè)幾何圖圖形等形形式改變變原型，這些改改變了的的圖形即即為變型型，如圖圖所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)時(shí)，先給給被試呈呈現(xiàn)這些些變型，然后讓讓他們進(jìn)進(jìn)行再認(rèn)認(rèn)測驗(yàn)，測驗(yàn)的的項(xiàng)目有有些是被被試看見見過的變變型，另另一些是是被試沒沒有見過過的新變變型，以以及這些些原型本本身，要要求被試試指出哪哪些項(xiàng)目目是以前前見過的的并評價(jià)價(jià)自己的的確信度度。結(jié)果果發(fā)現(xiàn)，盡管被被試以前前沒有見見過原型型，但對對它的確確信度評評信度最最高。這這

14、一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)表明，被試從從一組有有關(guān)模式式的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)中，抽抽取了這這組模式式的原型型，同時(shí)時(shí)，也可可以看到到，被試試在識(shí)別別那些變變型時(shí)，利用了了這個(gè)原原型，是是把它們們與原型型進(jìn)行比比較。三、特征征分析假假說（一）什什么是特特征分析析假設(shè)特征分析析假設(shè)認(rèn)認(rèn)為，各各種刺激激在長時(shí)時(shí)記憶中中的表征征是一張張表，表表上登記記著該種種刺激所所具有的的那些特特征的名名稱，這這種表叫叫做“特征表表”。人的的識(shí)別系系統(tǒng)在接接受一個(gè)個(gè)輸入刺刺激的信信息后，首先對對它的特特征進(jìn)行行分析，找出輸輸入刺激激具有哪哪些特征征，然后后把它們們與長時(shí)時(shí)記憶中中的各種種特征進(jìn)進(jìn)行比較較。一旦旦長時(shí)記記憶中的的某種特特征表征征與

15、刺激激特征獲獲得最佳佳的匹配配，這個(gè)個(gè)刺激就就被識(shí)別別了。（二）“群魔堂堂”模型19599年，塞塞爾弗里里奇（OO.G.Sellfriidgee）提出出了一個(gè)個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)模型，即群魔魔堂模型型，形象象的說明明了模式式識(shí)別的的特征分分析系統(tǒng)統(tǒng)。這個(gè)個(gè)模型認(rèn)認(rèn)為，識(shí)識(shí)別一個(gè)個(gè)模式要要通過幾幾個(gè)階段段或?qū)哟未巍Ｔ诿棵恳粋€(gè)層層次上，都有一一些小鬼鬼，他們們各自擔(dān)擔(dān)負(fù)著不不同的工工作，起起著不同同的作用用。第一一層小鬼鬼叫圖像像鬼，它它的作用用是把外外界信號號登記下下來，第第二層小小鬼叫特特征鬼，它對圖圖像鬼保保留下來來的映像像進(jìn)行分分析，找找出他們們的各種種特征，以對字字母的特特征分析析為例，有的特特征

16、鬼負(fù)負(fù)責(zé)分析析垂直線線，有的的負(fù)責(zé)分分析水平平線，有有的負(fù)責(zé)責(zé)分析角角一個(gè)個(gè)特征鬼鬼發(fā)現(xiàn)了了正在尋尋找的某某一特征征時(shí)，它它就喊叫叫起來?；虬l(fā)出出信號，這個(gè)特特征鬼分分級的，第三層層小鬼是是認(rèn)知鬼鬼，認(rèn)知知鬼相當(dāng)當(dāng)于前面面說的特特征鬼，認(rèn)知鬼鬼的任務(wù)務(wù)是注意意來自特特征鬼的的信號，尋找由由特征組組成的某某一特定定模式，因此，認(rèn)知鬼鬼代表一一種模式式，認(rèn)知知鬼如果果發(fā)現(xiàn)許許多作出出反映的的“特征鬼鬼”是源于于自己的的特征，就大聲聲地叫喊喊；否則則叫喊的的聲音就就小，或或者不作作聲。例例如：識(shí)識(shí)別字母母Q時(shí)，同時(shí)叫叫喊起來來的認(rèn)知知鬼有QQOR等，其中QQ的喊聲聲音大。第四層層小鬼交交決策鬼鬼，它

17、要要來自所所有認(rèn)知知鬼的呼呼聲，并并決定誰誰發(fā)出的的信號最最多，因因而識(shí)別別出環(huán)境境種出現(xiàn)現(xiàn)的模式式，還如如上說，由于認(rèn)認(rèn)知鬼QQ的呼聲聲最高，而OR的呼呼聲次之之，因而而識(shí)別出出環(huán)境種種出現(xiàn)的的模式，還如上上說，由由于Q貝貝選中被被認(rèn)知出出來，群群魔堂型型它似乎乎不夠嚴(yán)嚴(yán)肅，但但有它合合理的地地方。（三）特特征分析析的生理理學(xué)和心心理學(xué)依依據(jù)1.特征征分析的的生理學(xué)學(xué)依據(jù)感受受野的研研究感受野（reccepttisee fiieldd）,在在感覺系系統(tǒng)種，能夠引引起某一一神經(jīng)細(xì)細(xì)胞反映映的受刺刺激的區(qū)區(qū)域，就就是該神神經(jīng)細(xì)胞胞的感受受野，119288年E.D阿林林瑞恩在在研究皮皮膚感受受中提

18、出出感受野野的概念念。19940年年H.KK Haarfllinee的研究究又發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，刺激激蛙的視視網(wǎng)膜的的某一特特定區(qū)域域時(shí)，與與之有聯(lián)聯(lián)系的神神經(jīng)纖維維產(chǎn)生電電反應(yīng)，于是他他把視網(wǎng)網(wǎng)膜上這這一特定定區(qū)域，稱為這這個(gè)神經(jīng)經(jīng)纖維的的感受野野。600年代由由于微電電極技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，使這這一領(lǐng)域域的研究究更加深深入，HH.K休休伯爾和和T.NN.威瑟瑟爾在研研究猴的的大腦皮皮層細(xì)胞胞的感受受野時(shí)，把大腦腦皮層細(xì)細(xì)胞區(qū)分分為簡單單細(xì)胞、復(fù)雜細(xì)細(xì)胞和超超復(fù)雜細(xì)細(xì)胞，他他的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)這些細(xì)細(xì)胞具有有不同的的功能，如有的的對直線線反應(yīng)，有的對對角反應(yīng)應(yīng)，有的的對線條條方向反反應(yīng)命他他的把這這些具有有特征覺覺察功能能的腦細(xì)細(xì)胞稱為為特征覺覺察器。根據(jù)休伯伯爾和威威塞爾的的研究，視覺系系統(tǒng)是個(gè)個(gè)特征分分析系統(tǒng)統(tǒng)，在視視覺系統(tǒng)統(tǒng)的不同同層次或或水平上上存在著著不同的的特征覺覺察器。它的從從外部輸輸入的刺刺激中，提取不不同的特特征信息息，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對模式式的識(shí)別別。2.特征征分析的的心理學(xué)學(xué)證據(jù)認(rèn)知心理理學(xué)的許許多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)支持了了特征分分析說。（1）NNeissserr（19963-19665）進(jìn)進(jìn)行的視視覺掃描描實(shí)驗(yàn)，為特征征分析說說提供了了證據(jù)，讓被試試快速