人工智能中的识别思想论文摘要

 

原文：中国科技论文在线《人工智能中的识别思想 人工智能中的识别思想》刘建忠 云南昆船设计研究院，昆明 (650051)

 

人工智能中有各种各样的识别方法，这些方法所隐含的思想有些可能是相同的，也有些可能是不相同的。我们将各种思想方法归纳整理为：模板思想、规则思想、反演集合思想和进化思想，下面我们分别予以论述。

 

1．模板思想

优点： 模板思想方法过程简单，易于应用，在有限的样品空间中、在模板易于提取的情况下，容易取得很好的应用结果。

模板选取在理论上存在着难以克服的困难： 模板思想方法要求模板与被识别物体之间必须是一一对应的关系。这在有限的样本、有限的被识别物体情况下是容易做到的。在实际应用中，我们往往是用有限的样本提取的模板（子信息），去识别无限多的被识别物，用有限的经验总结去适应无限多的情况，使得我们提取的模板常常不能保证这个一一对应关系。若模板存储量过大会导致计算机的计算量加大。

 

2. 规则思想

规则思想方法与模板思想方法的根本区别：模板是样本的交集和真子集，它可归属于被识别物体。规则思想方法中的规则不是样本的子集，更不是它的交集。所谓规则是我们为识别物体而主观确定的一组约束条件，它是主观认识的产物。

规则思想方法不需要计算机存储大量模板，可节省计算机大量的空间; 但规则是主观认知的产物，规则的合理性取决于对客观物体的认知程度。

 

3．反演集合思想

在模板思想方法和规则思想方法中，一旦模板或规则确定，物体识别过程仅仅是一个判断：符合条件则属于，不符合条件则不属于。

所谓反演集合，是指任何事物都有两面性，一面属于正集合（正面），另一面属于反集合（反面），正、反集合中元素是一一对应的。正、反集合是相互对应、相伴相生、既不一定对称、又不是互不相干，一集合中任意元素都在另一集合中存在有与其对应的反元素，反之亦然，对应元素之间的变化演示出事物的属性归属，这两种集合体互称为反演，我们将这样的一对集合定义为：反演集合。

 

反演集合思想方法与模板思想方法、规则思想方法的根本区别在于：基于反演集合思想方法的物体识别是一个用一分为二方法反复分析物体特征的过程，而其它两种方法则是一个简单的条件判断。

 

在反演集合思想方法中，物体的识别是一个分析过程，每一步都要一分为二的分析。即：根据一组（或几组）规则对被识别物体的所有特征进行一分为二的分析，对分析后形成的正、反集合中元素还需要进一步一分为二的分析，最后综合最终形成的正、反集合中的结果来判断被识别物体属性，正、反集合共同决定着被识别物体的属性。

 

指纹图像上任一点，要么属于脊线元素集合，要么属于谷线元素集合，二者仅居其一。

 

在提取的指纹图像中，即便是经过一定的平滑处理后，由于（见图 4）脊线间污垢的粘连、脊线上元素灰度值不均匀等原因，导致有些脊线元素灰度值比谷线元素灰度值小。如果用简单的局部图像灰度平均值作为阈值对图像进行识别分割，则会将一些本应该属于脊线集合的元素分割进谷线集合（图 4 中 A 点）中，一些本应该属于谷线集合的元素却分割进脊线集合中（图 4 中 B，C 点），从而造成纹脊集合和纹谷集合中元素“你中有我，我中有你”。

 

我们的反演集合方法步骤如下（见图 5）：a).  将图像分成 n×n 个区域，以每一区域的图像灰度平均值 t 为基点，设定两个阈值 t1，t2(t1 < t < t2)；b).  将小于 t1 的元素归为纹谷初始集合，将大于 t2 的元素归为纹脊初始集合，灰度值界于 t1、t2 之间的元素暂不处理。c).  正如我们上面所述，此时，纹脊初始集合中可能混有纹谷元素，而纹谷初始集合中可能混有纹脊元素。所以需要对纹脊初始集合中元素再次按一定规则（如：元素领域中是否有足够数量的纹谷元素）进行判断；同理，也还需要对纹谷初始集合中元素再次按一定规则（如：元素领域中是否有足够数量的纹脊元素）进行判断。进一步分割完成后我们得到纹脊确定集合和纹谷确定集合。d).  以纹脊确定集合和纹谷确定集合为基础，建立一个规则（如：元素到领域中所有纹脊集合元素的欧氏距离和到所有纹谷集合元素的欧氏距离之大小比较），来判断所有界于 t1，t2之间的元素的归属问题。这样，我们就最终得到所需要的纹脊集合和纹谷集合。

模板思想方法和规则思想方法中的物体识别仅仅是一个判断，而反演集合思想方法中的物体识别是一个用一分为二方法反复分析物体特征的过程。在识别一些复杂物体时，它优于模板思想方法和规则思想方法。

 

3 进化思想

模板或规则的改变——进化，需要依赖反馈信息，即需要根据反馈的信息来决定是否改变，改变量的大小等。也就是说：进化依赖反馈信息。
这样，我们可将进化思想归结为两个要素：F-E(反馈-进化)（见图 6）。

 

需要指出的是这四种思想方法在应用时往往不是孤立使用的。在实际应用中，几种思想方法经常可能是交织在一起使用的。例如，在我们的产品《基于反演集合算法的指纹自动认证系统》中，既将模板思想方法和规则思想方法交织在一起使用，又将反演集合思想方法和进化思想方法交织在一起使用的。