信號(hào)處理的智能方法分析課件

1、信號(hào)處理的智能方法需求內(nèi) 容問題的提出1人腦的信息處理2現(xiàn)有智能方法及其局限性3解決途徑41 問題的提出在信息處理中，人腦具有明顯的優(yōu)越性，如:人臉識(shí)別信號(hào)功率譜估計(jì)信號(hào)帶寬的分析等 1 問題的提出信息獲取通信信息處理1 問題的提出香農(nóng)的信息論針對(duì)信息的通信過程，反映通信的基本規(guī)律對(duì)信息處理過程僅有某些影響沒有覆蓋以認(rèn)知為目的的信息處理活動(dòng)2 人腦信息處理兩個(gè)信息處理中心2.1兩個(gè)中心的處理機(jī)制2.2人腦信息處理的特點(diǎn)2.32.1 人腦信息處理的特點(diǎn)大腦的思維過程實(shí)質(zhì)上是信息處理過程，復(fù)雜而多樣，難給出精確的描述分布存儲(chǔ)與冗余性并行處理信息處理與存儲(chǔ)合一可塑性與自組織性魯棒性 2.2 兩個(gè)信息

2、處理中心快速腦 非凡的學(xué)習(xí)能力過目不忘的記憶能力超級(jí)(快速)計(jì)算能力擁有本能和直覺的反應(yīng)2.2 兩個(gè)信息處理中心快速腦采用潛意識(shí)和直覺的方式學(xué)習(xí)和記憶，信息存儲(chǔ)量極大，可以不假思索地掌握知識(shí)；主要用圖像的方式來處理問題；非邏輯處理。2.2 兩個(gè)信息處理中心慢速腦 記憶容量和學(xué)習(xí)速度有限用符號(hào)和邏輯的方式處理問題記憶效率低下意義：依靠它，人類才具有分析和邏輯能力，知識(shí)才可以傳遞和學(xué)習(xí)！人類的文明才可以發(fā)展！2.2 兩個(gè)中心的處理機(jī)制成年人的大腦，習(xí)慣了主要使用邏輯腦。所謂思考的功能，一般都是由低速腦來完成！具有良好的邏輯記憶功能，負(fù)責(zé)邏輯判斷和推理，具有短時(shí)記憶，總體記憶容量比較小。經(jīng)常出現(xiàn)的信

3、息，邏輯腦就會(huì)把它轉(zhuǎn)移到圖像腦，深層記憶中保存下來！2.2 兩個(gè)中心的處理機(jī)制邏輯腦主宰人的思維，人們最重視的就是這個(gè)大腦！長(zhǎng)期以來，以為人只有這個(gè)大腦存在，它代表理性和思維。邏輯腦容易遺忘！2.3 兩個(gè)中心的處理機(jī)制高速腦具有龐大而快速的記憶能力，可以過目不忘，在不經(jīng)意中完成學(xué)習(xí)和記憶！非邏輯腦很難通過有意識(shí)的控制來學(xué)習(xí)知識(shí)；大多數(shù)人都不善于使用自己的快速腦；有些人經(jīng)過訓(xùn)練，可以用高速腦來完成普通人用低速腦做的事情，感覺他們就是天才?！安患偎妓鳌? 現(xiàn)有智能方法及其局限性人工智能(Artificial Intelligence ， AI) ，是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方

4、法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)?；谌说穆倌X研究；思維觀點(diǎn): AI不僅限于邏輯思維，還應(yīng)考慮形象思維、靈感思維，才能促進(jìn)AI的突破性的發(fā)展。3 現(xiàn)有智能方法及其局限性人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)小波分析模式識(shí)別模糊聚類專家系統(tǒng)遺傳算法3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是由大量神經(jīng)元通過極其豐富和完善的連接而構(gòu)成的自適應(yīng)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種模擬和近似，它從結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)機(jī)理和功能上模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)(1)強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性，并行處理方法；(2)自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)性，可以處理不確定或不知道的系統(tǒng)；(3)充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系；(4

5、)強(qiáng)的信息綜合能力，能同時(shí)處理定量和定性的信息，協(xié)調(diào)多種輸入信息關(guān)系。3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)缺點(diǎn)(1)難于精確分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)性能指標(biāo)；(2)不宜用來求解必須得到正確答案的問題：自發(fā)的集體行為；(3)不宜用來求解用數(shù)字計(jì)算機(jī)解決得很好問題； (4)體系結(jié)構(gòu)的通用性差。3.2 遺傳算法遺傳算法（Genetic Algorithm）是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，是一種通過模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法。 遺傳算法是解決搜索問題的一種通用算法，對(duì)于各種通用問題都可以使用。3.2 遺傳算法遺傳算法的特點(diǎn)： (1)從問題解的串集開始搜索，覆蓋面大，利于

6、全局擇優(yōu)；(2)同時(shí)處理群體中的多個(gè)個(gè)體，減少了陷入局部最優(yōu)解的風(fēng)險(xiǎn)，易于實(shí)現(xiàn)并行化； (3)采用概率的變遷規(guī)則來指導(dǎo)它的搜索方向； (4)具有自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)性。 3.3 小波分析小波分析兩大優(yōu)點(diǎn)：(1)時(shí)頻聯(lián)合分析方法，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)時(shí)頻窗口，同時(shí)具有時(shí)頻域局部化的性能；(2)小波函數(shù)可作為許多經(jīng)典函數(shù)空間的無條件基，通過快速離散小波變換能夠?qū)崿F(xiàn)這些空間中的函數(shù)逼近。3.4 局限性本質(zhì)而言，AI是對(duì)人的思維過程的模擬， 人的思維模擬可以從兩條路進(jìn)行: 1. 結(jié)構(gòu)模擬，仿照人腦的結(jié)構(gòu)機(jī)制，制造出“類人腦”的機(jī)器；2. 功能模擬，暫時(shí)撇開人腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而從其功能過程進(jìn)行模擬。3.4 局限

7、性(1)理論基點(diǎn)：思維即計(jì)算(2)理論框架： 演繹邏輯背景下的形式系統(tǒng)(3)手 段：形式化方法(4)執(zhí)行環(huán)境：馮 諾依曼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3.4 局限性(1)思維即計(jì)算：發(fā)展過程圖靈機(jī): 能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過程主要內(nèi)涵是抽象思維，而人的思維有多種方式，即使是抽象思維，不能完全歸結(jié)為計(jì)算。數(shù)學(xué)中解題思想是如何產(chǎn)生的?這一思維過程能否通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)?人臉識(shí)別中，特征信息的選取3.4 局限性(2)演繹邏輯背景下的形式系統(tǒng)形式系統(tǒng)形式系統(tǒng)的語(yǔ)義單一性記憶的事物可能不止一個(gè)含義，一個(gè)意義人的思維有極大的靈活性，能去偽存真、由表及里、廣泛聯(lián)想僅僅依靠形式系統(tǒng)這一理論框架是不夠的3.4 局限性(3)形式化方

8、法形式化方法要求首先將待處理的問題形式化，而這種轉(zhuǎn)變本身有要求形式化，這就是一種無窮遞歸。人在處理問題時(shí)，具有學(xué)習(xí)、適應(yīng)的能力，不完全是形式化的。3.4 局限性(4)馮 諾依曼計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有問題是可形式化的、可計(jì)算的，并且具有求解這一個(gè)計(jì)算問題的具體算法，計(jì)算機(jī)才有可能代替人去執(zhí)行。還存在著計(jì)算復(fù)雜性問題。3.4 局限性與人類思維相比，“機(jī)器思維”1. AI系無意識(shí)的機(jī)械的物理的過程，人類智能主要是生理和心理的過程；2. AI沒有社會(huì)性；3. AI沒有人類的意識(shí)所特有的能動(dòng)性；4. 人腦的思維在前，電腦的功能在后。4 解決途徑1繼承及改造2研究非形式系統(tǒng)3集成與互補(bǔ)4 向物理科學(xué)、生物科學(xué)尋求新的計(jì)算或信息處理的原理。4 解決途徑1繼承及改造形式系統(tǒng)、形式化方法是從人的抽象思維中抽取的一種思維模型，是極為有效的工具，賦予系統(tǒng)以學(xué)習(xí)、創(chuàng)造的功能將形象信息引入形式系統(tǒng)引入更多的開放性系統(tǒng)的特征這種系統(tǒng)將更接近人的思維。4 解決途徑2研究非形式系統(tǒng)在繼續(xù)研究、改造現(xiàn)有的形式系統(tǒng)的同時(shí)，注意研究非形式系統(tǒng)的規(guī)律，對(duì)AI的發(fā)展將具有重大的理論意義。未來的智能系統(tǒng)的理論基底很可能是改造過的新形式系統(tǒng)同非形式系統(tǒng)的結(jié)合體。4 解決途徑3集成與互補(bǔ)思維層面：將邏輯（抽象）思維與形象