
【计】 structured approach to pattern recognition
结构化模式识别(Structured Pattern Recognition)是一种基于对象内部组成部分及其空间或逻辑关系进行识别的技术。其核心在于将模式视为由更小的结构基元(Structural Primitives)通过特定关系(Relations)组合而成的整体,而非仅依赖全局统计特征。以下从汉英词典角度解释其关键要素:
结构基元(Structural Primitives)
指模式的基本构成单元(如线条、角点、纹理基元)。例如,汉字识别中可将笔画(横、竖、撇、捺)作为基元,英文单词识别则以字母为基元。
来源:《模式识别与机器学习》(Christopher M. Bishop, Springer)
关系描述(Relational Descriptions)
通过语法规则、图结构或树形关系定义基元间的拓扑/几何约束。例如,汉字“木”由两笔交叉构成,其关系可描述为“竖笔与横笔相交于中点”。
来源:《计算机视觉:算法与应用》(Richard Szeliski, Cambridge University Press)
层次化组合(Hierarchical Organization)
基元按层级组合为复杂结构(如笔画→部首→汉字),通过形式文法(如句法模式识别)或图匹配实现推理。
来源:《模式识别》(Sergios Theodoridis, Elsevier)
句法模式识别(Syntactic Pattern Recognition)
类比自然语言语法,用产生式规则描述模式结构(如:英文句子→名词短语+动词短语)。
应用案例:手写数学公式识别(基元:符号;关系:上下标、分数结构)
图匹配(Graph Matching)
将模式表示为图(节点=基元,边=关系),通过子图同构或相似度度量进行识别。
应用案例:分子结构识别、电路板缺陷检测
模式的结构可形式化为:
$$ P = (S, R) $$
其中 $S = {s_1, s_2, dots, sn}$ 为基元集合,$R = {r{ij} mid i,j in S}$ 表示基元间的关系集合(如距离、角度、拓扑连接)。
(第8章详述结构方法)
(句法识别奠基著作)
结构化模式识别法(又称句法模式识别)是一种通过分析模式内部结构特征进行分类的方法。其核心思想是将复杂模式分解为基本元素(基元),再通过结构关系组合描述整体特征,类似于语言学中字母构成单词、句子形成语义的层次结构。
基元分解
将待识别模式拆解为基本单元(基元),例如图像中的线条、文字笔画或语音中的音素。基元需具有明确的几何或语义特征。
结构关系建模
利用形式文法(如上下文无关文法)或图结构描述基元之间的空间、时序关系。例如,汉字“口”由四个线段按矩形排列构成。
处理流程
适用领域:手写文字识别、染色体分析、工程图纸解析等具有明显结构特征的对象。
优势:对变形、噪声具有一定鲁棒性,可解释性强。
局限:依赖人工设计基元和文法,复杂模式建模难度较高,现多与统计方法结合使用。
该方法在早期模式识别中占重要地位,当前常与深度学习结合,形成混合识别框架。
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