浅谈模式识别中的特征提取

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     这两天一直在看深度学习的东西，看的头晕脑胀，不过晕乎归晕乎，感觉对模式识别中的特征提取有了更深一点的小理解，暂时记载下来。

　　突然觉得，模式识别的所有问题都绕不过两个关键门槛，第一是分类器，第二便是特征提取。而且几乎所有模式识别方面的研究都是在优化这两个问题，要么是造一个更牛的分类器，要么是找出一些表现力更高的特征形式。

　　然而这个问题再最近几年变得不那么明朗了，分类器的研究不用多说，从刚开始的K近邻分类器，贝叶斯分类器，到曾经风靡一时的SVM，再到目前处在浪潮之巅的DeepLearning（谷歌大脑主要就是用的这个，与其说是分类器，这应该更倾向于特征提取），分类器越来越复杂，性能越来越高。特征提取呢，大致也是如此。但存在这样一个问题，就是对经典的模式分类问题，比如指纹识别，文字识别等等，有规矩可循，特征提取自然举足轻重（角点，拐点之类的）；但对于那些更抽象、更智能、更拟人的模式分类问题，比如美丽度识别、警觉度识别、表情识别等等，我们用什么特征来描述它们呢？特征提取充当什么样的角色？

　　其实对于没搞过模式识别或者是模式识别的初学者来说，这的确值得思考。做惯了传统的识别，再去研究美丽度、表情、警觉度这些抽象的东西，确实有点不适应。究其原因，就是找不到实实在在的东西去描述美丽度、表情、警觉度这些抽象的概念，提不到特征，分类识别自然也就无从谈起。

　　难道抽象形式的分类问题无从解决了吗？这个命题显然是错的，但提不到特征怎么解决呢？这就是问题的关键，不是提不到特征，只是提取不到客观的、可见的、可衡量的特征。按照稀疏表示人脸识别的先驱Ma Yi的观点：“图像本身是图像内容信息表示最冗余、也是最全面的存在”，也就是说，图像本身就是特征的存在。换句话说，感觉实在提取不到特征了，那就千拳归一路，把图像本身直接送给分类器去吧。

　　用分类器直接处理图像本身，看似鲁莽，其实蕴藏着真正至简的大道理。每种特征都有自身的局限性，都是有意突出图像某些方面的特征，简化甚至忽略别的方面的特征，导致的最终结果就是信息的丢失。Gabor特征搞人脸识别效果好，但它直接忽略了整体的亮度特征，那白人和黑人怎么办？所以只要能提去出具体的、客观实在的特征，就不可避免的存在着信息的丢失，那些丢失的次要信息，对于某些问题的影响可以忽略（如指纹识别、文字识别），但对有些主观问题的影响却是不可估量的。总之，这种机械的选择特征来替代原图像，是机器的思维方式，不是人的思维方式。

　　当今对于那些无法用具体特征描述的分类问题，存在两种主流的处理方式，要么干脆直接把图像送给分类器去，这是稀疏表示问题（Ma Yi在文章《Robust Face Recognition via Sparse Representation》中证实稀疏表示分类器的人脸识别性能对特征选择的依赖程度很小）；要么然机器自己去学习该用那些特征，机器根据样本自己决定特征的取舍，这更是一种类人的智能化的做法，这也就衍生出了当今如火如荼的东西：深度学习（Deep Learning），名噪一时的谷歌大脑就是这样弄出来的。换句话说，如果不能判断解决一个识别问题应该用哪些特征，那就让机器自己去找好了。就好像支持向量机一样，既然人工找不到最优的分类超平面，就让机器自己去映射，自己去找。恰巧的是，人的大脑也是这么干的。

　　总之，在当今这个面向数据的年代，特征选择这个任务越来越不适合人工来做了，典型费力不讨好的工作，让机器自己去找，更符合人的思维。但特征提取是不存在了吗？不是的，因为Deep Learning就是在提特征，只不过让机器自己来做。