信息工程概論課件 第六講 信息的識(shí)別

第6講信息的識(shí)別6.1信息的表示方法信號(hào)表示：對(duì)各種需要測(cè)量的“量”可以通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電量，并以信號(hào)的形式進(jìn)行表示。符號(hào)表示：一般不同的事物要用不同的信號(hào)進(jìn)行表達(dá)，這樣描述起來(lái)就不很方便，因此，科學(xué)家就對(duì)事物進(jìn)行形式化抽象，抽取出一類事物共同的特征（這是一個(gè)從特殊到一般的過(guò)程），并以符號(hào)的方式進(jìn)行表達(dá)，這就是信息的符號(hào)表示。機(jī)器表示：為了可以使用計(jì)算機(jī)來(lái)存儲(chǔ)和處理信息，可以將符號(hào)表示的信息通過(guò)編碼的方式變成一種計(jì)算機(jī)“可懂”的“數(shù)據(jù)”，這就是信息的機(jī)器表示。信息科學(xué)導(dǎo)論6.1信息的表示方法語(yǔ)音信息表示語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化處理主要包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)：抽樣、量化、編碼。計(jì)算機(jī)中語(yǔ)音信息數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)抽樣頻率通常是11.025、22.05、44.1KHz、64KHz,頻率越高保真度越好，但得到的數(shù)據(jù)量越大，需要的存儲(chǔ)空間也越大。量化是將抽樣后的信號(hào)按幅度分成有限個(gè)電平級(jí)別，幅度落在同一個(gè)級(jí)別范圍的用同一個(gè)電平級(jí)別表示。量化過(guò)的信號(hào)就成為數(shù)字信號(hào)，記為PCM（Pulse-CodedModulation）。因?yàn)镻CM的幅度為有限個(gè)，所以可以用二進(jìn)制編碼表示，通常采用16比特分段編碼的方式進(jìn)行編碼，即PCM編碼。信息科學(xué)導(dǎo)論6.1信息的表示方法圖形圖像數(shù)據(jù)表示（1）位圖（Bitmap）位圖使用像素陣列來(lái)表示圖像，用于表示計(jì)算機(jī)中的靜態(tài)圖片，位圖文件有很多種的格式，如擴(kuò)展名為.BMP.JPG.GIF.PIC文件都屬于位圖。在位圖中圖像將由每一個(gè)像素點(diǎn)的位置和色彩值來(lái)決定。計(jì)算機(jī)中圖像根據(jù)顏色可分為黑白圖像、灰度圖像和真彩色圖像。（2）矢量圖(Vector)計(jì)算機(jī)中矢量圖使用直線和曲線來(lái)描述圖形，矢量圖由一系列的點(diǎn)、線段、圓、多邊形和曲線等圖形元素組成，而這些圖形又可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式的方式來(lái)描述，因此矢量圖可以用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法來(lái)存儲(chǔ)和顯示。比如一個(gè)圓，如果用矢量方式來(lái)描述，只需要存儲(chǔ)它的圓心坐標(biāo)和半徑大小即可。由于矢量圖形可通過(guò)公式計(jì)算獲得，所以矢量圖形文件體積一般較小，存儲(chǔ)量較少。信息科學(xué)導(dǎo)論6.2信息的識(shí)別信息特征獲取前述信息獲取主要解決“是否有信息存在”的問(wèn)題，但這還不夠，還需要對(duì)所感知的信息作出判斷，解決“存在的信息屬于哪一類”的問(wèn)題，這就是信息識(shí)別（也叫模式識(shí)別）的問(wèn)題。目前所討論的信息識(shí)別只能是基于語(yǔ)法信息的識(shí)別，也就是采用類比方式進(jìn)行的識(shí)別：將所感知的事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化形式與特定形式的“模板”進(jìn)行比較、匹配，確定二者是否相同。常規(guī)的做法是提取那些能代表事物主體的特征：一組形式化的參量，即用很少的數(shù)據(jù)量來(lái)表征某一事物的狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。

信息科學(xué)導(dǎo)論6.2信息的識(shí)別信息特征獲取把不同方面的特征有效集成起來(lái)獲得更全面地認(rèn)識(shí)，這便是“（特征）信息融合”問(wèn)題。融合(Fusion)是指采集并集成各種信息源、多媒體和多格式信息，從而生成完整、準(zhǔn)確、及時(shí)和有效的綜合信息過(guò)程。按照融合過(guò)程中信息抽象的層次，可以將信息融合過(guò)程分為三個(gè)層次，即數(shù)據(jù)層(DataLevel)融合、特征層(FeatureLevel)融合和決策層(DecisionLevel)融合。

信息科學(xué)導(dǎo)論信息識(shí)別的模型6.2信息的識(shí)別信息科學(xué)導(dǎo)論以二元識(shí)別為例來(lái)說(shuō)明統(tǒng)計(jì)識(shí)別法的基本工作原理。于是，任一模式只有兩種可能的類屬。用符號(hào)Ω表示模式空間，Ω1表示第一類模式的子空間，Ω2表示第二類模式的子空間，ω1和ω2分別表示Ω1和Ω2中的點(diǎn)，即Ω=｛Ω1，Ω2｝，其中6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法現(xiàn)有一未知模式x，問(wèn)題是要識(shí)別究竟x∈Ω1還是x∈Ω2？ 顯然，在判斷x的歸屬時(shí)有四種可能：

1，x本屬Ω1，判為x∈Ω1：判決正確；2，x本屬Ω1，判為x∈Ω2：判決錯(cuò)誤；3，x本屬Ω2，判為x∈Ω1：判決錯(cuò)誤；4，x本屬Ω2，判為x∈Ω2：判決正確。信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法舉例：假設(shè)在某個(gè)局部地區(qū)細(xì)胞識(shí)別中正常(ω1)和異常(ω2)先驗(yàn)概率為： 現(xiàn)有一待識(shí)別的細(xì)胞，其觀察值為x，從類條件概率密度分布曲線上查得： 試用最小錯(cuò)誤率分類方法對(duì)該細(xì)胞進(jìn)行分類。信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法解：利用貝葉斯公式可得信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法如果故合理的決策是把x歸類于正常狀態(tài)?；谧钚″e(cuò)誤率的貝葉斯決策規(guī)則為：則把x歸類于正常狀態(tài)ω1，反之歸于異常狀態(tài)ω2利用貝葉斯公式還可以得到其它決策的等價(jià)形式：似然比閾值信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法對(duì)細(xì)胞的分類不僅要考慮到盡可能作出正確判斷，而且還要考慮到作出錯(cuò)誤判斷時(shí)會(huì)帶來(lái)什么后果，因此，引入“損失”概念，在考慮錯(cuò)判所造成的損失時(shí)，就不能只根據(jù)后驗(yàn)概率的大小來(lái)做決策，而必須考慮所采取的決策是否使損失最小，為此建立一個(gè)決策表。狀態(tài)損失決策自然狀態(tài)ω1ω2Α1(判為ω1)C11C12α2(判為ω2)C21C22信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法Cij表示示本屬Ωi的x判為x∈Ωj所引起的損失，i，j=1，2.因此在采取決策αi情況下的條件期望損失為：最小風(fēng)險(xiǎn)貝葉斯決策規(guī)則為：信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法狀態(tài)損失決策自然狀態(tài)ω1ω2α1(判為ω1)06α2(判為ω2)10在上例中，若決策表：信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法由上例知后驗(yàn)概率為：再計(jì)條件風(fēng)險(xiǎn)：信息科學(xué)導(dǎo)論6.3統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法由于則采取決策α2，即判待識(shí)別的細(xì)胞為異常（ω2）總之，統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法的基本原理是要求出待識(shí)模式的某種統(tǒng)計(jì)特征（即鑒別函數(shù)和判決閾），然后通過(guò)類比的準(zhǔn)則作出分類判決。信息科學(xué)導(dǎo)論信息識(shí)別的基本原理總結(jié)如下：第一,語(yǔ)法信息識(shí)別（分類）的基本原理是信息特征的比較。不同類別的信息，其特征也不相同。因此，只要把握了類別特征，原則上就可能準(zhǔn)確識(shí)別。第二,識(shí)別的準(zhǔn)則是：相似而認(rèn)同，相異而