-какие признаки выделяет система обработки;
-какие алгоритмы использует мозг для решения задачи классификации, оптимального управления процессом распознавания;
-как человеку удается избавиться от специфичности, свойственной техническим СР и т.д.
В процессе нашего дальнейшего изучения предмета Вы сами поставите еще много нерешенных в этом плане вопросов. А их разрешение чрезвычайно важно для построения быстродействующих и высокоэффективных технических СР, помогающих человеку в его повседневной практике.
Достижение соответствующих целей - задачи XXI века.
Òåìà 2
Çàäà÷è, ðåøàåìûå â ïðîöåññå ñîçäàíèÿ ñèñòåì ðàñïîçíàâàíèÿ.
Л Е К Ц И Я 2.1.
Проблематика задач создания систем распознавания на описательном уровне
При изучении первой темы мы уже создали представления о проблеме распознавания в целом. Казалось бы, можно было бы теперь сразу перейти к теоретическому осмысливанию составляющих этой проблемы. Однако какие это составляющие, как они соотносятся друг с другом в общей постановке проблемы, этого пока не было возможности выделить.
Поэтому, прежде чем перейти к формальной постановке соответствующих задач, постараемся рассмотреть их и осмыслить на описательном уровне.
Итак, мы уже знаем, что распознавание образов в технике - необходимый элемент процесса механизации и автоматизации машин, устройств и систем для
-замены человека там, где используется тяжелый физический труд;
-реализации быстрых реакций в управлении там, где нет времени на раздумье;
-замены человека в так называемых рутинных операциях, то есть, повторяющихся действиях, не требующих умственных усилий.
Уже протяжении 4-х десятков лет эти потребности реализовывались в таких конкретных на приложениях, как создание специалзированных роботов, техническая и медицинская диагностика, метеопрогноз, формализованная оценка общественных, экономических и социальных явлений и процессов. На это, начиная с 50-х годов, были направлены усилия научной и инженерной мысли.
В результате сопоставления конкретных решений и разработок оказалось, что несмотря на многообразие и особенности приложений, задачи создания систем распознавания имели много общего, не зависящего от указанной специфики.
Вот почему для выработки методических подходов теории распознавания имело смысл выделять общие повторяющиеся приемы, а их число естественно должно быть ограниченным и легко объединяемым в задачи. Сами же эти задачи должны были явиться ключевыми для создания любой системы распознавания. В результате оказалось, что найденный методический подход к построению систем распознавания образов инвариантен к предметной области.
Постараемся осмыслить эту инвариантность построения СР , рассмотрев простые реализации систем.
А. Распознавание стороной А самолетов стороны В (этот пример мы будем часто использовать в последующем, постепенно его усложняя).
Здесь фактически требуется создать автоматическую систему, обеспечивающую стороне А решение указанной задачи.
Понятно, что цель создания такой системы - оборона стороны А от возможного нападения, а следовательно - предотвращение возможного ущерба.
Первое, с чего естественно начать эту работу - провести изучение и анализ всей возможной информации об авиации стороны В и собрать необходимые данные.
Как эта информация может быть получена:
-из открытой печати (часто многие характеристики самолетов не скрываются);
-из разведданных;
-из экспериментальных наблюдений самолетов стороны В и измерений их характеристик (например, с помощью РЛС);
-из экспериментальной обработки данных, полученных по макетам и моделям соответствующих самолетов стороны В
(наземные стенды или электродинамические расчеты); и т.д.
Какие это характеристики? Это - численность экипажей, высоты полета, крейсерские скорости, дальности полета, число двигателей и т.д.
Рассматриваемое изучение позволит обнаружить в том числе и способы, которые применяет или предполагает применять сторона В для преодоления противовоздушной обороны (ПВО) стороны А и которые будут ухудшать возможности распознавания. Например, США по программе Стелс разработали бомбардировщик-невидимку для радиолокационных средств - В1).
Таким образом мы должны получить все мыслимые и существующие характеристики самолетов (признаки).
Второй шаг, логично следующий из проведенного изучения - на основе знания тактико-технических характеристик средств противодействия стороне В, имеющихся у стороны А, и знаний авиации стороны В можно выделить ситуации применения ее, существенно отличающиеся по возможному ущербу и по возможности его предотвращения.
Это фактически соответствует разделению самолетов стороны В на классы, для каждого из которых стороне А известно, что нужно предпринять.
В результате может оказаться, что классов 3 (А1- бомбардировщики, А2 - штурмовики ,А3 - истребители), а средств противодействия - 2 (S1 - ЗУР, S2 - истребители с их вооружением).
При этом наиболее эффективно их распределить следующим образом:
А1 - S1
А2 - S2
А3 - S1
то есть, классы А1 и А3 с точки зрения противодействия желательно объединить в один класс.
Если же средств противодействия - 3 (S1- ЗУР для больших высот, S2 - ЗУР маловысотные, S3 - истребители с их вооружением), то классы можно не объединять, а использовать стратегию
А1 - S1
А2 - S2
А3 - S3
Третий шаг по созданию системы распознавания самолетов стороны В - выбор измерителей.
Для обозначенных классов авиации из анализа имеющихся у стороны А средств наблюдения за самолетами (РЛС, ОЛС и т.п.) и полного перечня признаков соответствующих самолетов, полученных на первом нашем этапе разработки (например, крейсерские скорости, высоты полета, длины фюзеляжей, размахи крыльев, число двигателей и т.п.) выделить такие, которые могут быть определены по данным имеющихся средств измерений.
Здесь возможны и разочарования: может не оказаться таких средств измерений. Тогда принимается решение о их создании.
Итак, по каждому самолету мы имеем № характеристик - признаков. Но это еще ничего не дает нам для решения задачи. Мы не знаем, как разделить самолеты, пользуясь этими признаками по классам.
Для этого и нужен 4-й шаг - априорное описание классов. То есть, необходимо на языке выбранных признаков описать каждый класс самолетов или тактических способов их применения.
При этом в описании каждого класса должны содержаться сведения:
- о наличии или отсутствии признаков качественного характера (тип двигателя, наличие постановщика помех, тип помех и т.п.);
- о диапазонах или законах распределения признаков, имеющих количественное выражение.
Следует заметить, что все выбранные признаки должны получить соответствующее содержание (свое) для каждого класса.
На этом подготовительный этап работы заканчивается .
Теперь, если с помощью выбранных средств наблюдений за воздушными целями обнаружен неизвестный самолет и измерены (оценены) его признаки, то сопоставление полученных апостериорных данных (по результатам проведенных опытных измерений) с априорными (доопытным описанием классов) позволяет произвести его распознавание (отнесение к соответствующему классу А1,А2 самолетов стороны В).
Здесь априорные данные - доопытное признаковое описание классов;
апостериорные данные - послеопытный набор признаков классифицируемого самолета.
Рассмотрим вторую возможную реализацию СР.
Б. Распознавание заболеваний сердца. Требуется построить такого рода автоматическую систему.
1-й шаг создания такой системы - изучение всей информации о заболеваниях сердца.
На первый взгляд эта задача кажется более легкой, чем распознавание самолетов, так как все сведения носят открытый характер. Однако обольщаться здесь не следует. В процессе пристального ее изучения может обнаружиться, что некоторые стороны изучения явления человечеству пока еще неизвестны.
В результате мы должны иметь здесь все возможные характеристики заболеваний (признаки):
-зубцы кардиограмм;
-поведение пульса;
-поведение артериального давления и т.п.
2-й шаг - изучение всего арсенала средств лечения заболеваний и разделения их по классам, для которых известно, что нужно конкретно предпринимать для лечения (Посамолетам мы также добивалисьразделения их по классам).
В результате может оказаться, что:
-число средств лечения (S1, S2...) больше числа классов заболеваний (А1, А2,....); тогда их просто комплексируют или принимают решение о дополнительном распознавании противопоказаний;
-некоторые классы требуют одинаковых средств лечения (например, хирургическое вмешательство); тогда классы объединяют.
3-й шаг - из анализа имеющегося арсенала средств медицинской диагностики (кардиограф, фонокардиограф, УЗИ, рентген, анализ крови и т.д., и т.п.) и признаков классов заболеваний выделяют те признаки, которые реально определить имеющимися средствами ( Здесь возможны и решения о создании новых специальных средств диагностики).
Заметим, что те же действия предпринимались и для измерения признаков самолетов стороны В.
4-й шаг - на языке отобранных признаков описывается аналогично самолетам каждый класс заболеваний сердца, то есть, составляется перечень значений признаков каждого класса.
При этом для каждого класса должны быть выделены сведения:
-о наличии или отсутствии признаков качественного характера;
-о диапазонах или законах распределения признаков, имеющих количественное выражение.
Здесь также следует заметить, что все выбранные признаки должны получить соответствующее содержание (свое) для каждого класса.