Методология распознавания объектов, сигналов, явлений, ситуаций, процессов и т. п. базируется на теоретических разработках и опыте практического построения систем распознавания образов. Распознавание, как процесс установления (опознавания, определения) сущности элементов окружающего мира, постоянно осуществляется человеком в процессе жизнедеятельности. Умение человека быстро узнавать окружающие его предметы, находить принадлежащую ему вещь из множества однотипных, достаточно быстро читать печатные или рукописные тексты, уверенно находить маршруты достижения необходимых пунктов в крупных городах и многое другое требует эффективного решения задач распознавания (стр. 2 )

Ограниченные ресурсы, выделяемые на реализацию процессов распознавания, и требования получения желаемого уровня эффективности их реализации, как правило, конфликтуют между собой при разработке и реализации процессов распознавания. Поэтому приходится искать компромисс в этих ситуациях. То есть искать наилучшее (наиболее приемлемое) решение в условиях имеющихся ограничений при проектировании и реализации процессов распознавания.

Формирование оптимального варианта разбиения множества исследуемых элементов среды на классы (оптимального алфавита классов), оптимального словаря признаков, наилучших решающих правил, эффективных алгоритмов распознавания требует формулирования и нахождения практически реализуемых методов решения соответствующих задач, применения математических методов, моделирования, итерационных подходов и т. п. при их решении.

На шестом этапе функционирования процесса распознавания осуществляется выполнение процедур отнесения неопознанных элементов среды к определенным классам. В этом случае, на основании информации, характеризующей конкретный неопознанный элемент среды, поступающий на вход процесса распознавания, полученной в результате выполнения четвертого этапа процесса распознавания, и сведений о принятом словаре признаков, полученных в результате выполнения пятого этапа процесса распознавания, осуществляется установление конкретного значения каждого признака, характеризующего данный неопознанный элемент среды.

Полученные сведения о каждом признаке рассматриваемого неопознанного элемента среды поступают на вход алгоритма распознавания, разработанного на пятом этапе процесса распознавания, сопоставляющего входную информацию о неопознаном элементе среды с априорной информацией о решающих правилах, полученную на пятом этапе процесса распознавания, и делающего заключение о том, к какому классу из принятого алфавита классов, в результате выполнении пятого этапа процесса распознавания, следует отнести рассматриваемый неопознанный элемент. Таким образом, именно на шестом этапе процесса распознавания фактически решается вопрос об опознавании неизвестного, до момента его завершения, элемента среды, поступившего на вход процесса распознавания.

Седьмой этап необходим для представления информации о результатах распознавания, полученных по окончанию выполнения шестого этапа, в требуемом виде ее пользователю. Эти требования формируются субъектом распознавания с учетом поставленных целей распознавания.

Осуществление целей распознавания должно быть достигнуто к моменту завершения процесса распознавания. Степень достижения целей распознавания характеризует эффективность реализации процесса распознавания. Чем выше степень достижения целей распознавания при равенстве затрат на реализацию процессов распознавания, тем выше его эффективность.

11.2. Системы распознавания и их классификация

Рассмотренный выше процесс распознавания в зависимости от природы, специфики предметной области, к которой относятся распознаваемые элементы среды, может быть реализован либо как самостоятельный (независимый, отдельный) процесс распознавания, либо в виде составной части (составных частей) систем различного уровня сложности: от простых до сложных, больших систем.

В достаточно простых условиях разработка и реализация процесса распознавания требует построения специальных распознающих устройств – простых распознающих систем, а по мере увеличения сложности систем, в которых используются процессы распознавания, реализующие разнообразные цели, – построения специальных сложных систем распознавания.

Примерами специальных распознающих устройств могут служить устройства автоматического размена монет, применявшиеся в метро, устройства распознавания монет, жетонов определенного достоинства, применяющиеся в автоматах по продаже газированной воды, телефонных автоматах и т. п.

Примерами специальных сложных систем распознавания являются системы медицинской, технической диагностики, системы распознавания движущихся объектов транспортных средств), превышающих установленный скоростной режим на автодорогах, и ряд других.

В организационных системах управления, как правило, применяются специальные системы распознавания.

Что же представляет собой система распознавания? На этот вопрос дан достаточно обстоятельный ответ в источнике [3], опираясь на который, сформулируем общее определение системы распознавания. Система распознавания – это определенная совокупность связанных между собой блоков, осуществляющих получение и преобразование входной информации о поступившем для опознавания неизвестном элементе среды в выходную, о его принадлежности к определенному эталонному классу элементов.

Схематично структура системы распознавания представлена на рис. 11.2. Связи последующих блоков с предыдущими указывают на возможные итерации в процессе функционирования системы распознавания. В жизненном цикле системы распознавания можно выделить два укрупненных этапа: создание и эксплуатация.

Рис. 11.2. Схема системы распознавания

На первом этапе коллективом квалифицированных специалистов реализуются работы научно-исследовательского, проектного, конструкторско-технологического, технического, производственного характера. Формулируются цели распознавания, по необходимости осуществляется постановка задачи распознавания для некоторой предметной области, реализуется способ ее решения, разрабатываются методические материалы по осуществлению распознавания определенной совокупности элементов среды, структура распознающей системы, конструкция системы распознавания в целом и (или) ее составных частей, выбираются или (и) создаются технические средства получения, накопления, обработки, преобразования и передачи информации, при необходимости разрабатывается организационное, математическое, программное, информационное, лингвистическое и другие виды обеспечения, изготавливаются опытные и промышленные образцы системы распознавания или ее составных частей, и выполняется множество других работ.

На втором этапе осуществляется функционирование распознающей системы, заключающееся в классификации неизвестных элементов среды, зафиксированных на ее входе, и поддержании системы в работоспособном состоянии. Как правило, скорость выполнения классификации весьма высока и соизмерима со скоростью функционирования распознаваемых элементов, что дает право говорить о функционировании таких систем распознавания в реальном масштабе времени. Это обуславливается тем, что основной объем работ научно-производственного характера при решении проблемы распознавания выполняется на первом этапе.

Информацию (сведения, данные) об исследуемых элементах среды, получаемую на первом этапе жизненного цикла распознающих систем (на этапе разработки), принято называть априорной, а получаемую на втором этапе (в процессе распознавания поступающих на ее вход неизвестных элементов) – апостериорной.

Следует отметить тот факт, что на данный момент в литературных источниках по проблемам распознавания отсутствует целостная система классификации распознающих систем. Хотя попытки классифицировать системы распознавания имеются [4].

Классификация распознающих систем позволила бы типизировать решения по их созданию в различных предметных областях, что существенно снизило бы затраты ресурсов (трудовых, материальных, финансовых и других видов) на их проектирование и реализацию. Разработать нормативную базу для технико-экономической оценки параметров создаваемых распознающих систем (например, трудоемкость, материалоемкость, стоимость, длительность цикла исследования, разработки различных видов обеспечения, изготовления составных частей системы распознавания и т. п.), что позволило бы повысить эффективность управления процессом их создания. Решить задачи информационного характера по повышению эффективности поиска и выдачи полной информации об интересующих пользователя распознающих системах. А также использовать ее во множестве других аспектов.

Разработкой принципов классификации распознающих систем должны заниматься специализированные научно-исследовательские коллективы. Однако, по причине отсутствия результатов по указанной проблематике, предложим подход к классификации систем распознавания, основанный на личном опыте разработки таких систем в определенной предметной области (производственном менеджменте). Очевидно, что начальным признаком классификации должно стать назначение (тип) системы распознавания. По этому признаку (критерию) системы распознавания как существующие, так и потенциально возможные, следует разбить на классы, подклассы, группы, подгруппы, виды и т. д.

По критерию участия персонала (человека) в процессе функционирования систем распознавания по осуществлению классификации зафиксированных на ее входе объектов, их можно разделить на автоматические, автоматизированные и интегрированные (комплексные). Причем, автоматические функционируют без участия персонала, автоматизированные предполагают обязательное участие персонала в их функционировании, а интегрированные (комплексные) объединяют в своем составе и автоматические, и автоматизированные.

Следующим критерием может быть значение количества целей (число целей), реализуемых системой распознавания. По этому критерию их можно разделить на одноцелевые и многоцелевые. По возможности легко расширять количество распознаваемых классов (алфавит классов), словарь признаков, наращивать алгоритмы распознавания. Можно классифицировать распознающие системы на закрытые и открытые. Закрытые предполагают невозможность, нецелесообразность такого наращивания, а открытые наоборот, обладают этой замечательной способностью.

Очередным классификационным признаком, характеризующим структуру распознающей системы, может стать наличие или отсутствие иерархичности. По этому признаку системы распознавания можно разделить на одноуровневые и многоуровневые (иерархические).

Обучение распознающих систем осуществляется, как правило, в случае неполноты априорной информации об исследуемых элементах среды. В противном случае, в процессе разработки и функционирования системы распознавания, обучение не требуется. Такие системы называют «системы распознавания без обучения». Различают обучение систем распознавания с учителем и самообучение.

Обучение с учителем применяют, когда априорная информация не позволяет осуществить однозначное описание классов на языке признаков или воспользоватся ею для этого нецелесообразно.