概述 口模式识别：（人、动物或机器）获取关于某一事 物的信息（数据），并将其归为某一类别的过程。 第一章模式识别引论 口模式识别能力普遍存在于人和动物的认知系统， 是人和动物获取外部环境知识，并与环境进行交 互的重要基础」 2009.09.15 “穆 ■通过感知环境，人类时时刻刻都在完成某种模式 识别的任务：辨认人脸或物体、区分声音、理解 语言的内容、根据气味辨别食物的类别或好坏等 概述 概述 口模式识别作为一门学科，是研究用机器完成自动 口模式识别的意义 识别事物的工作。 ■计算机能比人类更快速地处理海量数据。 ■人们希望赋予机器类似的感知、识别、理解、自 ■数字化感知数据：来源丰富、数量巨大 学习、自适应等能力。 ■处理人类难以解决的识别问题。 ■模式识别是使计算机模仿人的感知能力，从感知 ■研究机器三助理解人脑中的 数据中提取信息（判别物体和行为）的过程。 ■是由数学、控制理论、信息处理、计算机技术、 生物生理学和心理学等众多学科交叉融合产生。 是理论和应用并重的学科。 概述 概述 口模式识别的难点 口模式识别的发展简史 ■感知数据：非结构化（像素、波纹等） ■1929年 G.Tauschek.发明阅读机，能够阅 读0-9的数字。 ■30年代 Fisher提出统计分类理论，奠定了 统计模式识别的基础。在随后的60~70年代， 统计模式识别发展很快：但是由于被识别的模式 图片 电视 遥感图像 越来越复杂，特征也越多，因而出现“维数灾难” 不过由于计算机运算速度的迅猛发展，这个问题 得到了一定的克服。统计模式识别至今仍是模式 识别的主要理论。 语音 文木 网路数据
第一章 模式识别引论 2009.09.15 模式识别：（人、动物或机器）获取关于某一事 物的信息（数据），并将其归为某一类别的过程。 模式识别能力普遍存在于人和动物的认知系统， 是人和动物获取外部环境知识，并与环境进行交 互的重要基础。 通过感知环境，人类时时刻刻都在完成某种模式 识别的任务：辨认人脸或物体、区分声音、理解 语言的内容、根据气味辨别食物的类别或好坏等。 信息来源 83 11 6 视觉 听觉 其他（触觉、 味觉等） 概述 概述 模式识别作为一门学科，是研究用机器完成自动 识别事物的工作。 人们希望赋予机器类似的感知、识别、理解、自 学习、自适应等能力。 模式识别是使计算机模仿人的感知能力，从感知 数据中提取信息（判别物体和行为）的过程。 是由数学、控制理论、信息处理、计算机技术、 生物生理学和心理学等众多学科交叉融合产生。 是理论和应用并重的学科。 概述 模式识别的意义 计算机能比人类更快速地处理海量数据。 数字化感知数据：来源丰富、数量巨大。 处理人类难以解决的识别问题。 研究机器模式识别的能力可以帮助理解人脑中的 模式识别过程。（反之亦然） 概述 模式识别的难点 感知数据：非结构化（像素、波纹等） 概述 模式识别的发展简史 1929年 G. Tauschek发明阅读机，能够阅 读0-9的数字。 30年代 Fisher提出统计分类理论，奠定了 统计模式识别的基础。在随后的60～70年代， 统计模式识别发展很快；但是由于被识别的模式 越来越复杂，特征也越多，因而出现“维数灾难”。 不过由于计算机运算速度的迅猛发展，这个问题 得到了一定的克服。统计模式识别至今仍是模式 识别的主要理论
概述 概述 口模式识别的发展简史 口相关的学术组织 ■50年代N.Chomsky提出了形式语言理 ■1973年IEEE发起了第一次关于模式识别的国际 论；美籍华人付京荪提出句法结构模式识别。 会议“ICPR”,成立了国际模式识别协会 ■60年代L.A.Zadeh提出了模糊集理论，模 “IAPR",每2年召开一次国际学术会议。 糊模式识别理论得到了较为广泛的应用。 ■1977年IEEE的计算机学会成立了模式分析与机 ■80年代Hopfield提出神经元网络模型理论. 器智能(PAMI)委员会，每2年召开一次模式识 近些年人工神经元网络在模式识别和人工智能上 别与图象处理学术会议。 得到较广泛的应用。 ■国内的组织有电子学会，通信学会，自动化学 ■90年代 小样本学习理论，支持向量机也受 会，人工智能学会，中文信息学会… 到了很大的重视。 概述 概述 口主要期刊 口主要会议 IEEE Trans.on PAMI,1978-,IEEE Computer Society ■ICPR:2年一次，1000人规模 Pattern Recognition,1968-,PR Society,Elsevier ■ICCV:2年一次，1000人规模 Pattern Recognition Letter,1980-,IAPR, Elsevier ■CVPR:每年一次在美国，1000人规模 Machine Learning,Neural Computation,IEEE Trans.On NN ■ICDAR:2年一次，300-400人规模 Int.Journal of PR and AI,1988-(World Scientific) ■ICB:2年一次，200-300人规模 Pattern Analysis and Applications,1997- (Springer) ■其他(ICASSP,ICIP,ICML等) Int.J.Document Analysis Recognition,1998- ■模式识别与人工智能 ■中国图像与图形学学报 模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口样本(sample,object):一类事物的一个具体 口什么是模式(pattern)? 体现，对具体的个别事物进行观测所得到的某种 ■《说文》 形式的信号。（所见的具体事物） 口模，法也。 口式，法也 0123456789 ■《现代英汉词典》 A physical arrangement of elements. 0123456789 oRepeating;with some degree of correspondence in successive trials or 0123456789 observations. ■《美国传统词典》 0123456789 A reresentative sample 0
概述 模式识别的发展简史 50年代 N. Chomsky提出了形式语言理 论；美籍华人付京荪提出句法结构模式识别。 60年代 L.A.Zadeh提出了模糊集理论，模 糊模式识别理论得到了较为广泛的应用。 80年代 Hopfield提出神经元网络模型理论。 近些年人工神经元网络在模式识别和人工智能上 得到较广泛的应用。 90年代 小样本学习理论，支持向量机也受 到了很大的重视。 概述 相关的学术组织 1973年 IEEE发起了第一次关于模式识别的国际 会议“ICPR”，成立了国际模式识别协会— “IAPR”，每2年召开一次国际学术会议。 1977年 IEEE的计算机学会成立了模式分析与机 器智能（PAMI）委员会，每2年召开一次模式识 别与图象处理学术会议。 国内的组织有电子学会，通信学会，自动化学 会，人工智能学会，中文信息学会…… 概述 主要期刊 IEEE Trans. on PAMI，1978-，IEEE Computer Society Pattern Recognition，1968-，PR Society, Elsevier Pattern Recognition Letter，1980-，IAPR, Elsevier Machine Learning，Neural Computation，IEEE Trans. On NN Int. Journal of PR and AI, 1988- (World Scientific) Pattern Analysis and Applications, 1997- (Springer) Int. J. Document Analysis & Recognition, 1998- 模式识别与人工智能 中国图像与图形学学报 概述 主要会议 ICPR：2年一次，1000人规模 ICCV： 2年一次，1000人规模 CVPR：每年一次在美国，1000人规模 ICDAR： 2年一次，300-400人规模 ICB： 2年一次，200-300人规模 其他（ICASSP, ICIP,ICML等) 模式识别和模式的概念 样本(sample, object)：一类事物的一个具体 体现，对具体的个别事物进行观测所得到的某种 形式的信号。（所见的具体事物） 模式识别和模式的概念 什么是模式（pattern）？ 《说文》 模，法也。 式，法也。 《现代英汉词典》 A physical arrangement of elements. Repeating; with some degree of correspondence in successive trials or observations. 《美国传统词典》 A reresentative sample ……
模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口什么是模式(pattern)? 口什么是模式(pattern)? *Watanabe defines a pattern "as opposite ■广义地说，存在于时间和空间中可观察的物 of a chaos;it is an entity,vaguely defined, 体，如果我们可以区别它们是否相同或是否相 that could be given a name." 似，都可以称之为模式。 fingerprint image ■模式所指的不是事物本身，而是从事物获得的 handwritten word 信息。因此，模式往往表现为具有时间和空间 ohuman face 分布的信息！ speech signal 模式的直观特性： DNA sequence 口可规察性 口可区分性 口相似性 *5. Watanabe,Pattern Recognition:Human and Mechanical,1985 模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口模式表示一类事物。 口常见模式举例 ■如印刷体A与手写体A属同一模式。B与A则属于 Handwritten Characters 不同模式。 口样本是具体的事物，而模式是对同一类事物概念 性的概括。 ■如每一个具体的字母A、B是其模式的具体体现。 UPC BarCod 口模式类与模式联合使用时，模式表示具体的事 物，而模式类则是对这一类事物的概念性描述。 Fingerprint 13791980 口模式识别是从样本到类别的映射。 本 模式识别 别 Postnet Bar Code LALILI.IAL.M.M.M Data Trend 模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口常见模式举例 口常见模式举例 ■人脸的模式 Texture Patterns 口共性：人险作为一类目标区别于其他： 口个性：每个人作为一类区别于其他
模式识别和模式的概念 什么是模式（pattern）？ *Watanabe defines a pattern “as opposite of a chaos; it is an entity, vaguely defined, that could be given a name.” fingerprint image handwritten word human face speech signal DNA sequence …… *S. Watanabe, Pattern Recognition: Human and Mechanical, 1985. 模式识别和模式的概念 什么是模式（pattern）？ 广义地说，存在于时间和空间中可观察的物 体，如果我们可以区别它们是否相同或是否相 似，都可以称之为模式。 模式所指的不是事物本身，而是从事物获得的 信息。因此，模式往往表现为具有时间和空间 分布的信息。 模式的直观特性: 可观察性 可区分性 相似性 模式识别和模式的概念 模式表示一类事物。 如印刷体A与手写体A属同一模式。B与A则属于 不同模式。 样本是具体的事物，而模式是对同一类事物概念 性的概括。 如每一个具体的字母A、B是其模式的具体体现。 模式类与模式联合使用时，模式表示具体的事 物，而模式类则是对这一类事物的概念性描述。 模式识别是从样本到类别的映射。 模式识别和模式的概念 常见模式举例 模式识别和模式的概念 常见模式举例 人脸的模式 共性：人脸作为一类目标区别于其他； 个性：每个人作为一类区别于其他。 模式识别和模式的概念 常见模式举例 Texture Patterns
模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口常见模式举例 口什么是模式(pattern)? ■社会模式 ■对象的组成成分或影响因素中存在的直接或间接 口信用：收入、消费习惯、贷款 的规律性的关系： 口保险：驾龄、出险次数、车型、驾驶习惯. 口信息服务：爱好、浏览习惯、文化程度… or 口择偶：背景、爱好、性格、经济状况 ■存在确定性或随机规律的对象、过程或事件的集 口性格： 合； 口文化： 口事件：… 口政治：… 模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口什么是识别(recognition) 口什么是识别(recognition) ■《说文》 ■即再认知re-cognition; 口识，知也。 ■识别是人把具体事物归类，是时刻发生的活动： 口别，分解也。 口周国物体的认知：桌子、椅子… ■《现代英汉词典》 口人的识别：张三、李四 The act or process of identifying(or 口声音的辨别：汽车、火车、狗叫、人语… associating)an input with one of a set of 口气味的分辨：炸带鱼、红烧肉、臭豆腐… know possible alternatives ■本课程讨论机器对模式类的分辨，判断，分类； ■《美国传统词典》 主要研究相似和分类问题。 口人和动物的模式识别能力是极其平常的，但对计算机 An awareness that something perceived has 来说却是非常困难的， been perceived before. 口模式识别学科的目的：提高机器的感知能力，开拓更 广泛的应用。 模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口什么是模式识别？ Anil K.Jain:Pattern recognition is the Pattern Recognition The recognition of study of how machines can: patterns observe the environment; To see something 1 as something 2 learn to distinguish patterns of interest from their background; ■通过对事物的观察对其某种性质的认识. make sound and reasonable decisions about the categories of the patterns. 尤指 分类性质」
模式识别和模式的概念 常见模式举例 社会模式 信用：收入、消费习惯、贷款…… 保险：驾龄、出险次数、车型、驾驶习惯…… 信息服务：爱好、浏览习惯、文化程度…… 择偶：背景、爱好、性格、经济状况…… 性格：…… 文化：…… 事件：…… 政治：…… 模式识别和模式的概念 什么是模式（pattern）？ 对象的组成成分或影响因素中存在的直接或间接 的规律性的关系; or 存在确定性或随机规律的对象、过程或事件的集 合; 模式识别和模式的概念 什么是识别（recognition） 《说文》 识，知也。 别，分解也。 《现代英汉词典》 The act or process of identifying (or associating) an input with one of a set of know possible alternatives. 《美国传统词典》 An awareness that something perceived has been perceived before. 模式识别和模式的概念 什么是识别（recognition） 即再认知 re-cognition; 识别是人把具体事物归类，是时刻发生的活动： 周围物体的认知：桌子、椅子…… 人的识别：张三、李四…… 声音的辨别：汽车、火车、狗叫、人语…… 气味的分辨：炸带鱼、红烧肉、臭豆腐…… 本课程讨论机器对模式类的分辨，判断，分类； 主要研究相似和分类问题。 人和动物的模式识别能力是极其平常的，但对计算机 来说却是非常困难的。 模式识别学科的目的：提高机器的感知能力，开拓更 广泛的应用。 模式识别和模式的概念 什么是模式识别？ Pattern Recognition The recognition of patterns To see something 1 as something 2 通过对事物的观察对其某种性质的认识. 尤指 分类性质 模式识别和模式的概念 Anil K. Jain：Pattern recognition is the study of how machines can: observe the environment; learn to distinguish patterns of interest from their background; make sound and reasonable decisions about the categories of the patterns
模式识别和模式的概念 模式识别和模式的概念 口什么是模式识别？ 口什么是模式识别？ 看到东西→得出看法 ■对象：样本sample(模式) ■模式：类class(模式类) 观察→判断 ■观察：特征features(属性) 观测决策 ■模式识别： 量化观测)分类决策 口把样本根据其特征归类；又称模式分类(pattern classification) x∈Rd)ye{-1,1 ■例如：硬币分类 口三类：1角、5角、1元 口特征：重量、体积、文字、图案… 模式识别 模式识别系统 模式识别系统 口执行模式识别的计算机系统，该系统被用来执行 口数据获取(data acquisition) 模式分类的具体任务。 ■由不同形式的传感器（摄像机、话筒等）构成； 原始观测技取 ■实现信息获取以及信息在不同媒介之间的转换： ■将非电信息转换成电信号 口一维波形：话简将声音信号转换成电信号（声波）， 脑电图，心电图，震动波形等： 信号料 口二维图像：景物信息在摄像机粑面成像并转换成二维 的像素矩阵（照片），文宇，指纹，地图等； 特征提取与选择 分类方法 口物理参量和逻辑值：各种化验数据，某参童正常与否 分表器 症状有无等； 计 理 ■过程包括测量、采样和量化。 雪 分兵决单 模式识别系统 模式识别系统 口预处理(preprocessing) 口特征选择和提取(feature extraction and ■去除所获数据中的噪声； selection ■对所获取的信息实现从测量空间到特征空间的转 ■增强有用的信息： 换。 ■对输入测量仪器或其他因素所造成的退化现象进 ■将所获取的原始量测数据转换成能反映事物本质 行复原。 并将其最有效分类的特征表示。 ■输入：原始的测量数据（经过必要的预处理)； ■输出：将原始测量数据转换成有效方式表示的信 息，从而使分类器能根据这些信息决定样本的类 别
模式识别和模式的概念 什么是模式识别？ 模式识别和模式的概念 什么是模式识别？ 对象：样本 sample ( 模式） 模式：类 class ( 模式类） 观察：特征 features ( 属性） 模式识别： 把样本根据其特征归类；又称模式分类（pattern classification) 例如: 硬币分类 三类：1角、5角、1元 特征：重量、体积、文字、图案…… 模式识别系统 执行模式识别的计算机系统，该系统被用来执行 模式分类的具体任务。 模式识别系统 数据获取（data acquisition） 由不同形式的传感器（摄像机、话筒等）构成； 实现信息获取以及信息在不同媒介之间的转换； 将非电信息转换成电信号 一维波形：话筒将声音信号转换成电信号（声波）， 脑电图，心电图，震动波形等； 二维图像：景物信息在摄像机靶面成像并转换成二维 的像素矩阵（照片），文字，指纹，地图等； 物理参量和逻辑值：各种化验数据，某参量正常与否、 症状有无等； 过程包括测量、采样和量化。 模式识别系统 预处理（preprocessing） 去除所获数据中的噪声； 增强有用的信息； 对输入测量仪器或其他因素所造成的退化现象进 行复原。 模式识别系统 特征选择和提取（feature extraction and selection） 对所获取的信息实现从测量空间到特征空间的转 换。 将所获取的原始量测数据转换成能反映事物本质 并将其最有效分类的特征表示。 输入：原始的测量数据（经过必要的预处理）； 输出：将原始测量数据转换成有效方式表示的信 息，从而使分类器能根据这些信息决定样本的类 别