
【計】 structured approach to pattern recognition
結構化模式識别(Structured Pattern Recognition)是一種基于對象内部組成部分及其空間或邏輯關系進行識别的技術。其核心在于将模式視為由更小的結構基元(Structural Primitives)通過特定關系(Relations)組合而成的整體,而非僅依賴全局統計特征。以下從漢英詞典角度解釋其關鍵要素:
結構基元(Structural Primitives)
指模式的基本構成單元(如線條、角點、紋理基元)。例如,漢字識别中可将筆畫(橫、豎、撇、捺)作為基元,英文單詞識别則以字母為基元。
來源:《模式識别與機器學習》(Christopher M. Bishop, Springer)
關系描述(Relational Descriptions)
通過語法規則、圖結構或樹形關系定義基元間的拓撲/幾何約束。例如,漢字“木”由兩筆交叉構成,其關系可描述為“豎筆與橫筆相交于中點”。
來源:《計算機視覺:算法與應用》(Richard Szeliski, Cambridge University Press)
層次化組合(Hierarchical Organization)
基元按層級組合為複雜結構(如筆畫→部首→漢字),通過形式文法(如句法模式識别)或圖匹配實現推理。
來源:《模式識别》(Sergios Theodoridis, Elsevier)
句法模式識别(Syntactic Pattern Recognition)
類比自然語言語法,用産生式規則描述模式結構(如:英文句子→名詞短語+動詞短語)。
應用案例:手寫數學公式識别(基元:符號;關系:上下标、分數結構)
圖匹配(Graph Matching)
将模式表示為圖(節點=基元,邊=關系),通過子圖同構或相似度度量進行識别。
應用案例:分子結構識别、電路闆缺陷檢測
模式的結構可形式化為:
$$ P = (S, R) $$
其中 $S = {s_1, s_2, dots, sn}$ 為基元集合,$R = {r{ij} mid i,j in S}$ 表示基元間的關系集合(如距離、角度、拓撲連接)。
(第8章詳述結構方法)
(句法識别奠基著作)
結構化模式識别法(又稱句法模式識别)是一種通過分析模式内部結構特征進行分類的方法。其核心思想是将複雜模式分解為基本元素(基元),再通過結構關系組合描述整體特征,類似于語言學中字母構成單詞、句子形成語義的層次結構。
基元分解
将待識别模式拆解為基本單元(基元),例如圖像中的線條、文字筆畫或語音中的音素。基元需具有明确的幾何或語義特征。
結構關系建模
利用形式文法(如上下文無關文法)或圖結構描述基元之間的空間、時序關系。例如,漢字“口”由四個線段按矩形排列構成。
處理流程
適用領域:手寫文字識别、染色體分析、工程圖紙解析等具有明顯結構特征的對象。
優勢:對變形、噪聲具有一定魯棒性,可解釋性強。
局限:依賴人工設計基元和文法,複雜模式建模難度較高,現多與統計方法結合使用。
該方法在早期模式識别中占重要地位,當前常與深度學習結合,形成混合識别框架。
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