37. Примеры применения распознавания образов:

Содержательная постановки задачи. С задачей распозна­вания любой человек встречается ежедневно, ежечасно и даже ежеминутно. Все мы узнаем, друг друга, понимаем речь, можем различать буквы печатного и рукописного текста. Специалисты-медики могут распознавать болезнь, геологи могут по косвенным данным установить наличие того или иного месторождения полезного ископаемого и т.п.

Под феноменом распознавания мы будем в дальней­шем подразумевать узнавание того или иного объекта (болезни, слова, ситуации), т.е. классификацию объекта, определение его как элемента некоторой совокупности (класса) объектов, выделенной нами по каким-то особенностям составляющих ее элементов.

Сферы применения распознавания образов огромны и исчисляются сотнями областей. Так, например, врач, устанавливая диагноз заболевания, проводит распознавание болезни пациента. Симпто­мы заболевания позволяют врачу сделать вывод о том, что перед ним вполне конкретный образчик некоторого забо­левания, а все возможные симптомы одного и того же заболевания образуют множество симптомов, элементами которого являются различные клинические картины забо­левания. Человек умеет правильно относить наблюдаемый объект к тому или иному классу объектов, к тому или иному понятию. Более того, человек умеет также сам или с помощью учителя (понимаемого в широком смысле сло­ва) вырабатывать новые классы, новые понятия и проводить распознавание объектов относительно этих новых классов. Таким образом, распознавание означает фактически классификацию распознаваемого объекта, отнесе­ние его к некоторому классу. Предметом теории распозна­вания образов является построение математической моде­ли распознавания объектов и явлений. Другими словами, теория распознавания образов моделирует одну из важ­нейших сфер интеллектуальной деятельности человека.

Естественно, возникает вопрос: а как человек распознает объекты? Очевидно, что если известны правила, по кото­рым человек классифицирует объекты или явления, то модель такой классификации тривиальна, хотя конкретное воплощение ее может быть достаточно громоздким. Но все дело в том, что обычно у человека нет твердых правил, которых он придерживается при распознавании объекта или явления.

Обычно человек проводит классификацию исходя из того насколько сходен объект распознавания с другими объектами. Распознаваемый объект зачисляется в тот класс, объекты которого наиболее сходны с ним. При всем этом само понятие сходства зачастую не формализовано или даже не осознано человеком.

Действительно, для человека не составит большого труда узнать (распознать) известного ему человека, даже если тот одет по-другому или же по-другому причесан. При этом классификация (в данном случае идентификация человека) проводится не по каким-то формальным пра­вилам, а просто потому, что объект классификации сходен с объектом из некоторого класса (похож на известного человека).

Чтобы создать модель распознавания объектов и яв­лений, необходимо прежде всего выяснить, как у челове­ка формируется понятие сходства. Как правило, для того чтобы человек мог выделять элементы сходства между объектами и явлениями, его обучают этому. При этом учитель не может сформировать правило, по которому он действует, однако у него есть много примеров сходных объектов. Так, трудно указать четкое правило различе­ния рукописных букв, однако учитель, многократно пока­зывая эти буквы и сообщая ученикам их значения, выра­батывает у ученика умение распознавать их. Таким об­разом, этапу распознавания, т. е. непосредственной клас­сификации объекта или явления, обязательно предшест­вует этап обучения. Отметим здесь, что всезнающий учи­тель может и отсутствовать, но этап обучения, который превращается теперь в самообучение, обязательно дол­жен присутствовать. По-видимому, можно говорить, что человек вырабатывает умение распознавать объекты внеш­него мира на основе опыта обучения. Если человеку го­ворят, что первый предъявляемый символ есть буква А, второй предъявляемый символ есть также буква А и т.д.), то начиная с некоторого момента он начнет узнавать (рас­познавать) этот символ. Аналогично, если человеку не­сколько раз показать какое-нибудь животное и назвать его, то он начнет узнавать его во всевозможных ситуа­циях. Что же происходит в голове человека, позволяю­щее нам, в конце концов распознавать объекты и явления? Существует прямой подход к изучению деятельности моз­га, развиваемый нейрофизиологами. Они изучают электриче­скую, биохимическую активность мозга в процессе обу­чения и распознавания. Этот подход здесь рассматри­ваться не будет. Мы будем рассматривать тот подход, который сложился в рамках математической кибернетики начиная с 50-х годов ХХ в. и основан на моделировании феномена распознавания путем описания и построения некоторой математической модели феномена. При этом модель не обязательно формализует деятельность человека в процессе распознавания. Единственное требование к модели - это умение модели тем или иным способом решать задачу распознавания.