C1：模式识别概述
课件--7.2模式识别技术应用
原始数据进行选择或者变换，得到最能反映分类本质的特征，构成特征向量。根据被识别的对象 产生出一组基本特征，它可以是计算出来的，也可以是仪表或者传感器测量出来的，这样产生出 来的特征叫原始特征。一般将原始数据组成的空间叫测量空间。
本做法是：用一定数量的样本（称为训练样本集），确定出一套分类判别规则，使得按这套 分类判别规则对待识模式进行分类所造成的错误识别率最小或引起的损失最小。 分类决策。在特征空间中用模式识别方法把被识别对象归为某一类别。基本做法是：在样本 训练集基础上确定某个判决规则，使得按这种规则对被识别对象进行分类所造成的错误识别 率最小或引起的损失最小。
《物联网技术》
模式识别的主要应用
1、文字识别
利用计算机自动识别字符的技术，是模式识别应用的一个重要领域。如图7-4所示。 文字识别系统一般包括文字信息的采集、信息的分析与处理、信息的分类判别等几个部分。 OCR（Optical Character Recognition，光学字符识别）是指电子设备（例如扫描仪或数码相
《物联网技术》
模式识别的主要应用
4、遥感图像识别
遥感图像识别已广泛用于农作物估产、资源勘察、气象预报和军事侦察等。如图7-6所示。
在癌细5胞、检医测学、X诊射断线照片分析、血液化验、染色体分析、心电图诊断和脑电图诊断等方面，模式识别
已取得了成效。
《物联网技术》
模式识别的主要应用
6、机器人视觉
用于景物识别、三维图像识别、解决机器人视觉问题，以控制机器人行动。
图7-8 医学诊断
模式识别介绍和案例讲解
60年代 L.A.Zadeh提出了模糊集理论，模糊模式识别理 论得到了较广泛的应用。
模式识别的发展
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。
模式识别和模式的概念
模式识别 – 直观，无所不在，“人以类聚，物以群分”
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
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。
模式识别的难点
概念
数字化感知数据：来源丰富、数量巨大
模式识别介绍和 案例讲解
第一章 模式识别概述
例子1：医生诊病过程
1)测量病人的体温和血压，化验血沉，询问临床表现； 2)通过综合分析，抓住主要病症； 3)医生运用自己的知识、经验，根据主要病症、测量化验结果， 作出正确的诊断。
在模式识别技术中，常用的术语有：样本、模式、特征、类型等 等，对照医生诊病过程，有：
➢ 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。
样 本
模式识别
类 别
模式识别和模式的概念
概念
Watanabe defines a pattern “as opposite of a chaos; it is an entity, vaguely defined, that could be given a name.”
可观察性 可区分性 相似性
模式（Pattern）实例
模式识别详细PPT
无监督学习在模式识别中的应用
无监督学习是一种从无标签数据中提取有用信息的机器学习方法，在模式识别中主要用于聚类和降维 等任务。
无监督学习在模式识别中可以帮助发现数据中的内在结构和规律，例如在图像识别中可以通过聚类算 法将相似的图像分组，或者通过降维算法将高维图像数据降维到低维空间，便于后续的分类和识别。
通过专家知识和经验，手 动选择与目标任务相关的 特征。
自动特征选择
利用算法自动筛选出对目 标任务最相关的特征，提 高模型的泛化能力。
交互式特征选择
结合手动和自动特征选择 的优势，先通过自动方法 筛选出一组候选特征，再 由专家进行筛选和优化。
特征提取算法
主成分分析（PCA）
通过线性变换将原始特征转换为新的特征， 保留主要方差，降低数据维度。
将分类或离散型特征进行编码 ，如独热编码、标签编码等。
特征选择与降维
通过特征选择算法或矩阵分解 等技术，降低特征维度，提高 模型效率和泛化能力。
特征生成与转换
通过生成新的特征或对现有特 征进行组合、转换，丰富特征
表达，提高模型性能。
04
分类器设计
分类器选择
线性分类器
基于线性判别分析，适用于特征线性可 分的情况，如感知器、逻辑回归等。
结构模式识别
总结词
基于结构分析和语法理论的模式识别方法，通过分析输入数据的结构和语法进行分类和 识别。
详细描述
结构模式识别主要关注输入数据的结构和语法，通过分析数据中的结构和语法规则，将 输入数据归类到相应的类别中。这种方法在自然语言处理、化学分子结构解析等领域有
《模式识别课件》课件
医学诊断
要点一
总结词
医学诊断是利用医学知识和技术对疾病进行诊断的过程， 模式识别技术在医学诊断中发挥着重要作用。
要点二
详细描述
模式识别技术可以辅助医生进行影像学分析、病理学分析 等，提高诊断准确性和效率，为患者提供更好的医疗服务 和治疗效果。
05
模式识别的挑战与未来发 展
数据不平衡问题
《模式识别课件》 ppt课件
xx年xx月xx日
• 模式识别概述 • 模式识别的基本原理 • 常见模式识别方法 • 模式识别的应用实例 • 模式识别的挑战与未来发展
目录
01
模式识别概述
定义与分类
定义
模式识别是对各种信息进行分类和辨 识的科学，通过模式识别技术，计算 机可以识别、分类和解释图像、声音 、文本等数据。
深度学习在模式识别中的应用
总结词
深度学习在模式识别中具有广泛的应用，能够自动提取特征并实现高效分类。
详细描述
深度学习通过构建多层神经网络来学习数据的内在特征。在模式识别中，卷积神经网络和循环神经网络等方法已 被广泛应用于图像识别、语音识别和自然语言处理等领域。
THANKS
感谢观看
人脸识别
总结词
人脸识别是一种基于人脸特征的生物识 别技术，通过采集和比对人脸图像信息 进行身份验证和识别。
VS
详细描述
人脸识别技术广泛应用于安全、门禁、考 勤、移动支付等领域，通过摄像头捕捉人 脸图像，并与数据库中存储的图像信息进 行比对，实现快速的身份验证和识别。
手写数字识别
总结词
手写数字识别是一种利用计算机技术自动识 别手写数字的技术，通过对手写数字图像进 行预处理、特征提取和分类实现识别。
模式识别简述
模式识别简述
严红平;潘春洪
【期刊名称】《自动化博览》
【年(卷),期】2006(23)1
【摘要】模式识别可以使人们在影响因素很多的情况下仍能对众多信息进行方便的处理．进而对物群进行分类。
而在工业中使用模式识别．则可以节约原材料、提高产品质量和产量、降低单产能耗。
解决企业和工程技术人员所关心的问题。
从本期开始，“模式识别”专栏将陆续邀请国内外知名专家向广大读者介绍模式识别的发展和具体应用。
希望使更多读者认识和了解模式识别对自动化技术的推动。
【总页数】5页(P22-26)
【作者】严红平;潘春洪
【作者单位】中国地质大学(北京)信息工程学院,北京,100083;中国科学院自动化所模式识别国家重点实验室,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于仿生模式识别与传统模式识别的人脸识别效果比较研究 [J], 王守觉;曲延锋;李卫军;覃鸿
2.仿生模式识别(拓扑模式识别)——一种模式识别新模型的理论与应用 [J], 王守觉
3.“以人为本”：新一代生物识别核心理念--专访国际模式识别学会第一副主席、
模式识别国家重点实验室主任谭铁牛研究员 [J], 诚凌
4.2009年全国模式识别学术会议暨中日韩模式识别研讨会在南京召开 [J],
5.地震资料的统计模式识别和神经网络模式识别 [J], 代俊堂;钱绍新
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模式识别-特征选择
i 1
基于距离的可分性度量
(八) 多类情况下总的类内、类间及总体离差矩阵（续）
总体离差矩阵 S TN 1lN 1(x l m )x (l m )TS W S B
S W i c1P iN 1 i k N i1(xk(i)m (i))(xk(i)m (i))T
c
SB
P i(m (i)m )m ((i)m )T
当”模式”在空间中发生移动、旋转、缩放时，特征值应保 持不变，保证仍可得到同样的识别效果。
例：特征选择与特征提取的区别：对一个条形和圆进行识别。
B A
解：[法1] ① 特征选择：测量三个结构特征
(a) 周长 (b) 面积 (c)两个互相垂直的内径比
② 分析：(c)是具有分类能力的特征，故选(c)，扔掉(a) 、 (b) 。
类内均方距离也可定义为：
a1 a2
dc2(i)N i(N 1 i1)k N i1lN 1 i d2(xk (i),xl(i)) a1
(五) 类内离差矩阵
a2a1 a2
Si N 1i k N i1(x k(i)m (i))x (k(i)m (i))T an
a1
ana2a1a1a2a2 ...anan
当取欧氏距离时，总的均方距离为
d 2 (x ) 1 2 i c 1P ijc 1 P jN i1 N jk N i1lN 1 j(x k (i) x l(j))T (x k (i) x l(j))
基于距离的可分性度量
(八) 多类情况下总的类内、类间及总体离差矩阵
总的类内离差矩阵
S W i c 1 P iS i i c 1 P iN 1 ik N i 1 (x k (i) m (i))x k ( (i) m (i))T
模式识别(国家级精品课程讲义)
1.1 概述－模式识别的基本方法
一、统计模式识别
理论基础：概率论，数理统计 主要方法：线性、非线性分类、Bayes决策、聚类分析 主要优点：
1）比较成熟 2）能考虑干扰噪声等影响 3）识别模式基元能力强 主要缺点： 1）对结构复杂的模式抽取特征困难 2）不能反映模式的结构特征，难以描述模式的性质 3）难以从整体角度考虑识别问题
模式类(Class)：具有某些共同特性的模式 的集合。
模式识别的例子
计算机自动诊断疾病:
1. 获取情况(信息采集) 测量体温、血压、心率、 血液化验、X光透射、B超、心电图、CT等尽可 能多的信息，并将这些信息数字化后输入电脑。 当然在实际应用中要考虑采集的成本，这就是 说特征要进行选择的。
2. 运行在电脑中的专家系统或专用程序可以分析 这些数据并进行分类，得出正常或不正常的判 断，不正常情况还要指出是什么问题。
5元
反 射 光 波 形
10元
20元 50元 100元
1 2 3 4 5 6 7 8
1.1 概述－系统实例
数据采集、特征提取：
长度、宽度、磁性、磁性的位置，光反射亮度、光 透射亮度等等
特征选择：
长度、磁性及位置、反射亮度
分类识别：
确定纸币的面额及真伪
1.1 概述－系统实例
训练集：是一个已知样本集，在监督学习方法 中，用它来开发出模式分类器。
模式识别
★ 相关学科
●统计学 ●概率论 ●线性代数（矩阵计算）
●形式语言 ●人工智能 ●图像处理 ●计算机视觉
等等
讲授课程内容及安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
引论 聚类分析 判别域代数界面方程法 统计判决 学习、训练与错误率估计 最近邻方法 特征提取和选择 上机实习
模式识别 模式识别概述
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⑦ 相关系数
rij
n
Xki Xi Xkj Xj
k 1
n
2n
2
Xki Xi
Xkj Xj
k 1
k 1
Xi, Xj 为xi xj的均值
注意：在求相关系数之前，要将数据标准化
3. 分类的主观性和客观性
① 分类带有主观性：目的不同，分类不同。例如：鲸鱼， 牛，马从生物学的角度来讲都属于哺乳类，但是从产 业角度来讲鲸鱼属于水产业，牛和马属于畜牧业。
• 分类决策：在特征空间中对被识别对象 进行分类。
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§1-3 模式识别的应用
1 .字符识别：包括印刷体字符的识别；手写体 字符的识别（脱机），各种OCR设备例如信 函分拣、文件处理、卡片输入、支票查对、 自动排板、期刊阅读、稿件输入；在线手写 字符的识别（联机），各种书写输入板。
询，侦听，机器故障判断。
8. 军事应用
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§1-4 模式识别的基本问题
一.模式(样本)表示方法 1. 向量表示 : 假设一个样本有n个变量(特征)
Ⅹ= (X1,X2,…,Xn)T 2. 矩阵表示: N个样本，n个变量(特征)
变量
样本
x1
x2
X1
X11
X12
X2
X21
X22
…
…
…
XN
黄两种颜色
2. 中层特征：经过计算，变换得到的特征
3. 高层特征：在中层特征的基础上有目的的经过运
算形成
例如：椅子的重量=体积*比重
体积与长，宽，高有关；比重与材料，纹理，颜 色有关。这里低、中、高三层特征都有了。
概述-模式识别的基本方法
三、模糊模式识别
模式描述方法： 模糊集合 A={(a,a), (b,b),... (n,n)}
模式判定： 是一种集合运算。用隶属度将模糊集合划分
为若干子集， m类就有m个子集，然后根据择近原 则模糊统计法、二元对比排序法、推理法、
模糊集运算规则、模糊矩阵 主要优点：
由于隶属度函数作为样本与模板间相似程度的度量， 故往往能反映整体的与主体的特征，从而允许样本有 相当程度的干扰与畸变。 主要缺点： 准确合理的隶属度函数往往难以建立，故限制了它的 应用。
10
四、人工神经网络法
模式描述方法： 以不同活跃度表示的输入节点集（神经元）
模式判定： 是一个非线性动态系统。通过对样本的学习
理论基础：概率论，数理统计
主要方法：线性、非线性分类、Bayes决策、聚类分析
主要优点：
1）比较成熟
2）能考虑干扰噪声等影响
3）识别模式基元能力强
主要缺点：
1）对结构复杂的模式抽取特征困难
2）不能反映模式的结构特征，难以描述模式的性质
3）难以从整体角度考虑识别问题
3
二、句法模式识别
模式描述方法： 符号串，树，图
概述－模式识别的基本方法
一、统计模式识别 二、句法模式识别 三、模糊模式识别 四、人工神经网络法 五、人工智能方法
1
一、统计模式识别
模式描述方法： 特征向量 x
( x1 ,
x2 ,,
xn
)
模式判定：
模式类用条件概率分布P(X/i)表示,m类就有 m个分布，然后判定未知模式属于哪一个分布。
2
一、统计模式识别
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五、逻辑推理法（人工智能法）
模式描述方法： 字符串表示的事实
模式识别实验课程设计
模式识别实验课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解模式识别的基本概念，掌握其应用领域及重要性。
2. 学生能够运用课本知识，对给定的数据集进行预处理，包括数据清洗、特征提取等。
3. 学生能够掌握并运用基本的模式识别算法，如K-近邻、决策树、支持向量机等，对数据集进行分类和识别。
4. 学生能够理解并解释模式识别算法的原理及其优缺点。
技能目标：1. 学生能够运用编程工具（如Python等）实现模式识别算法，对实际问题进行求解。
2. 学生能够通过实验，学会分析数据，选择合适的模式识别方法，并调整参数以优化模型。
3. 学生能够通过小组合作，培养团队协作和沟通能力，提高解决问题的效率。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习模式识别，培养对人工智能和数据分析的兴趣和热情。
2. 学生在实验过程中，学会面对困难和挑战，培养坚持不懈、勇于探索的精神。
3. 学生能够认识到模式识别在生活中的广泛应用，意识到科技对生活的影响，增强社会责任感和使命感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，旨在提高学生的理论知识和实践技能。
课程以实验为主，注重培养学生的动手能力和实际问题解决能力。
通过本课程的学习，使学生能够更好地理解和掌握模式识别的理论和方法，为未来进一步学习和应用奠定基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 模式识别概述：介绍模式识别的基本概念、应用领域及其重要性。
关联课本第一章内容。
2. 数据预处理：讲解数据清洗、特征提取和特征选择等数据预处理方法。
关联课本第二章内容。
3. 模式识别算法：- K-近邻算法：原理、实现和应用。
- 决策树算法：原理、实现和应用。
- 支持向量机算法：原理、实现和应用。
关联课本第三章内容。
4. 模式识别模型的评估与优化：介绍模型评估指标，如准确率、召回率等，以及模型优化方法。
关联课本第四章内容。
5. 实际案例分析与实验：- 结合实际案例，运用所学算法进行模式识别。