Книга посвящена одной из актуальных проблем кибернетики — распознаванию случайных объектов или явлений различной физической природы. В ней излагаются основы статистической теории распознавания и рассматриваются приложения этой теории. Анализ модели распознавания охватывает широкий круг вопросов, таких, как определение классов, признаков, критериев решения, оптимизация процесса распознавания, построение распознающих систем, особенности приложений теории. Этот анализ сопровождается примерами, доведенными до численных результатов.
Относительно большое внимание уделяется распознаванию изображений, радиосигналов, звуков речи, прогнозу погоды, диагностике заболеваний. Общность модели для различных задач позволяет использовать разработанные методы и в других областях.
Книга может быть использована научными работниками, инженерами и студентами, специализирующимися в теории информации, вычислительной технике, автоматическом управлении.
Введение
Человек успешно решает разнообразные задачи по классификации и распознаванию объектов, явлений и ситуаций. Этим объясняется необходимость использования человека в качестве элемента или звена сложных автоматических систем. Создание устройств, которые выполняют функции распознавания различных объектов, во многих случаях открывает возможность замены человека как элемента сложной системы специализированным распознающим автоматом. Такая замена позволяет значительно расширить возможности различных систем, выполняющих сложные информационно-логические задачи. Распознающие устройства, например, могут повысить эффективность систем связи, систем ввода и вывода данных вычислительных и информационно-логических машин, помогут устанавливать объективный диагноз заболеваний, осуществлять автоматический контроль функционирования сложных технических систем и т. д. Исследования по, распознаванию объектов различной природы приводят к выводу, что, несмотря на многообразие конкретных задач распознавания, в основу их решения должны быть положены общие принципы. Поэтому представляет интерес попытка обсудить вопросы, связанные с теми общими закономерностями, которые существуют в задачах распознавания конкретных объектов или явлений.
Длительное время вопросы распознавания рассматривались лишь с применением методов биологии и психологии. Кибернетика позволила ввести в изучение психологического процесса распознавания образов количественные методы, что открывает принципиально новые возможности в исследовании и проектировании автоматических систем распознавания. Однако в самой
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . , . , . . . . . ,., . з ГЛАВА 1. ЗАДАЧА РАСПОЗНАВАНИЯ И МЕТОДЫ ЕЕ РЕШЕНИЯ
§ 1.1. Распознавание как проблема . . . . . 5
§ 1.2. Постановка задачи . . "...... 8
§ 1.3. Методы решения.........10
ГЛАВА 2. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
РАСПОЗНАВАНИЯ § 2.1. Основные определения . . . . . . . 13
§ 2.2. Структура распознающей системы .... 21
§ 2.3. Накопление и обработка статистических данных 25 § 2.4. Вычисление вероятностей гипотез и принятие
решения . .......... 29
ГЛАВА 3. РАСПОЗНАВАНИЕ
КАК ИНФОРМАЦИОННАЯ ЗАДАЧА § 3.1. Количество информации при распознавании . 32
§ 3.2. Дискретное распознавание......40
§ 3.3. Распознавание при непрерывных значениях признаков ...........46
ГЛАВА 4. АПРИОРНЫЕ СВЕДЕНИЯ И ОБУЧЕНИЕ
§ 4.1. Методы получения априорных сведений . . 51 § 4.2. Представление априорных данных . . . . 57 § 4.3. Обучение и самообучение . ..... 68
ГЛАВА 5. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЭТАЛОНОВ
§ 5.1. Основные свойства пространства эталонов . . 83
§ 5.2. Свойства признаков и количество информации 89 ГЛАВА 6. НАДЕЖНОСТЬ РАСПОЗНАВАНИЯ
§ 6.1. Мера надежности ........ 98
§ 6.2. Вычисление вероятности ошибки . . . . '. Ю1
§ 6.3. Неопределенность решения и вероятность ошибки 109^
§ 6.4. Дивергенция . . ........ "6.
§ 6.5. Риск распознавания........ 122
ГЛАВА 7. МИНИМИЗАЦИЯ ОПИСАНИИ
§ 7.1. Минимальный маршрут....... 125
§ 7.2. Общее правило минимизации . . ... 127
398
§ 7.3. Независимые обобщенные признаки .... 131
§ 7.4. Детерминированные эталоны..... 133
§ 7.5. Независимые признаки классов . . . " . . 135
§ 7.6. Метод дихотомии......... 137
ГЛАВА 8. ОБРАБОТКА РЕАЛИЗАЦИЙ
§ 8.1. Признаки классов........ 142
§ 8.2. Реализация . ......... 144
§ 8.3. Нормирование реализаций и оптимальная дискретизация опытных распределений . ... . 148 § 8.4. Точность измерений........ 157
ГЛАВА 9. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ
§ 9.1. Решающие схемы........ 163
§ 9.2. Критерии распознавания....... 166
§ 9.3. Ассоциативная схема, распознавания . . . 173
ГЛАВА 10. РАСПОЗНАВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ПОМЕХ
§ 10.1. Вводные замечания........ 179
§ 10.2. Виды помех, воздействующих »а распознающие
системы............ 180
§ 10.3. Распознавание в условиях помех первого вида 184
§ 10.4. Распознавание в условиях помех второго вида 192
§ 10.5. Оценка эффективности помех..... 207
ГЛАВА 11. РАСПОЗНАВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ
§ 11.1. Осг^енности распознавания . . . . . . 219
§ 11.2. Распознавание по одному отсчету .... 224
§ 11.3. Метод -накопления . . ,..... 230
§ 11.4. Дискретизация по времени...... 239
§ 11.5. Особенности распознавания при наличи шума 242 § 11.6. Работа распознающей системы при наличии
шума . . .......... 247
§ 11.7. Надежность распознавания...... 253
ГЛАВА 12. РАСПОЗНАВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
§ 12.1. Психологическая сторона задачи .... 258 § 12.2. Сопоставление результатов распознавания изображений человеком и автоматом .... 262
§ 12.3. Системы координат...... 267
§ 12,4. Особенности минимизации...... 272
§ 12.5. Моделирование распознавания изображений 277
ГЛАВА 13. РАСПОЗНАВАНИЕ СИГНАЛОВ В РАДИОЛОКАЦИИ
§ 13.1. Особенности задачи....... 285
§ 13.2. Оптимальное распознавание радиолокационных
сигналов , , , . , . . . . . . 290
399
§ 13.3. Влияние статистической связи между параметрами на их оценку........298
§ 13.4. Разрешающая способность устройства распознавания ...........302
ГЛАВА 14. РАСПОЗНАВАНИЕ ЗВУКОВ РЕЧИ
§ 14.1. Основные трудности автоматического распознавания звуков речи . ....... 308
§ 14,2. Методы и устройства анализа и автоматическо- в
го распознавания речи.......315
§ 14,3. Модель распознавания звуков речи . . . 322 ' § 14.4. Анализатор текущего спектра звуков . . ' . 332 § 14.6. Определение векторов-эталонов фонем и моделирование распознавания звуков на ЦВМ . 339
ГЛАВА 15. ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕОРИИ РАСПОЗНАВАНИЯ
§ 15,1. Области приложения теории распознавания . 349
§ 15.2. Прогноз погоды . ....... 353
§ 15.3. Диагностика заболеваний....... 360
§ 15.4. Реализация распознающих систем .... 364
Приложения............ 375"
Литература............391
Именной указатель............396
Цена: 300руб.