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. 3 )

Процедура обучения заключается в том, что созданной системе распознавания, до начала ее практического использования, многократно предъявляются для распознавания обучающие элементы среды всех классов, выработанного алфавита классов, а «учитель» сообщает (подсказывает) разработанному алгоритму обучения к каким классам они принадлежат. В результате вырабатываются описания классов. Затем осуществляется оценка качества обучения, т. е. на вход системы распознавания подаются неизвестные элементы среды, система распознает их без подсказки «учителя», а «учитель» оценивает правильность результатов распознавания («экзаменует») и корректирует их до тех пор, пока система распознавания не будет распознавать с требуемой степенью достоверности.

Самообучение применяется, когда априорной информации недостаточно для осуществления классификации, выполняемой обычно на этапе разработки системы распознавания. Тогда, как и в случае обучения с учителем, на стадии самообучения системе распознавания предъявляется исходная совокупность элементов среды, а вместо подсказок «учителя» о принадлежности конкретного элемента среды к определенному классу, в алгоритме самообучения используется некоторый набор правил, позволяющий системе распознавания выработать «свою» классификацию элементов среды и применять ее на стадии функционирования.

Предложенный выше подход к классификации приведен на рис. 11.3. Перечень признаков классификации систем распознавания может быть продолжен, например, можно ввести в состав признаков критерий, характеризующий число распознаваемых классов, критерии, отражающие различия в информации о признаках, включенных в словарь признаков, и т. п.

Рис. 11.3. Классификация систем распознавания

Следует отметить, что приведенная на рис. 11.3 схема классификации, позволяет выделить нижнюю и верхнюю границы степени сложности систем распознавания. Нижней границей степени сложности систем распознавания являются автоматические, одноцелевые, закрытые, одноуровневые распознающие системы без обучения, а верхней – интегрированные, многоцелевые, открытые, многоуровневые комбинированные распознающие системы, в состав которых могут быть включены как системы без обучения, так и системы с различными вариантами обучения. Остальные варианты распознающих систем по степени сложности находятся между указанными границами.

11.3. Задачи при создании системы распознавания

В процессе создания и использования систем распознавания возникает необходимость решения ряда проблемных вопросов, которые можно представить в виде совокупности задач. В зависимости от специфики системы распознавания указанная совокупность задач может иметь различную структуру, то есть в состав решаемых задач в конкретном случае могут включаться определенные задачи из общего перечня возможных. Девять основных задач, решаемых в процессе разработки систем распознавания, сформулированы и рассмотрены в [3]. Однако, с позиций системного подхода перечень задач, решаемых в общем случае в процессе разработки и эксплуатации распознающей системы может быть расширен, например, до пятнадцати. Такой вариант состава задач приведен на рис. 11.4. Рассмотрим сущность и содержание каждой из них. Одной из основных задач, решаемых при создании и эксплуатации системы распознавания является выделение из среды субъекта распознавания – команды специалистов, осуществляющих ее разработку, изготовление и эксплуатацию. В состав команды, кроме ее руководителя (руководящего органа), следует включать специалистов, владеющих сущностью предметной области, для которой разрабатывается распознающая система, владеющих теорией и практикой разработки и построения систем распознавания, к которым можно отнести постановщиков задач, проектировщиков основных блоков распознающей системы, входящих в ее структуру, разработчиков технического, математического, программного, информационного и других необходимых видов обеспечения, требуемых при разработке и изготовлении конкретной распознающей системы, а также специалистов, которые будут задействованы на этапе эксплуатации системы распознавания как для ее обслуживания, так и для участия в подготовке, получении, оценке промежуточных и окончательных результатов распознавания.

Рис. 11.4. Совокупность задач распознающей системы

Второй задачей является установление назначения процесса распознавания. В ходе решения этой задачи надо дать описание сущности, актуальности процесса распознавания элементов среды, условий, в которых возникла необходимость применения распознавания, причин, периодичности ее возникновения, срочности получения выходных результатов, направлений использования результатов распознавания. При этом следует ответить на вопросы: Что? С какими целями (для чего) надо распознавать? Где находятся опознаваемые элементы (описать место, предметную область среды)? При каких условиях? Почему? Когда? Как быстро надо осуществлять распознавание? Кто? Как намерен использовать результаты распознавания? Ответы должны быть полными, точными, иметь аналитический характер.

Третья задача заключается в формулировании целей создания и использования системы распознавания. Цели должны выражать желаемое состояние результатов создания и работы системы распознавания. Формулирование целей распознавания следует обязательно выполнять как для этапа создания распознающей системы, независимо оттого, является ли она самостоятельной или составной частью сложной системы, так и для этапа функционирования. Необходимость формулирования целей обуславливается следующим. Выполнение целеполагания на этапе создания системы распознавания обеспечивает основу для организации управления стадиями ее создания, что способствует эффективному использованию ресурсов, задействованных при разработке и построении распознающей системы, сокращению сроков ее создания. Наличие целей, характеризующих результаты работы распознающей системы, с одной стороны обуславливает поиск адекватных решений на этапе создания системы распознавания, обеспечивающих их эффективное достижение на этапе функционирования, а с другой стороны – возможность организации управления процессом распознавания и оценки результатов распознавания на этапе ее функционирования. Формулируемые цели могут быть разнохарактерными. Например, отражать научную, техническую, производственную, технологическую, экономическую и т. п. сущности системы распознавания и распознаваемых элементов среды.

Цели должны быть упорядоченными и ориентированными во времени, конкретными и измеримыми, достижимыми и реальными, взаимоподдерживающими. Рекомендуется устанавливать критерии и показатели степени достижения целей. Критерии определяют различные аспекты достижения целей. Их формулировка должна давать ответ на вопрос: Что означает достижение целей? Для одной цели можно сформулировать ряд критериев ее достижения. Показатели степени достижения целей – это меры текущих значений величин, определяемых критериями достижения целей, характеризующие конкретные моменты в процессе реализации целей, позволяющие судить об уровне достижения целей в эти моменты времени. Цели должны формулироваться четко, иметь повелительный характер и выражаться в компактной форме.

Четвертая задача состоит в выделении из среды предполагаемых к распознаванию элементов. Элементы окружающей среды должны быть подвергнуты фильтрации на предмет выявления из среды «своих» для распознающей системы элементов. Под фильтрацией понимается процесс установления разновидности элементов, включаемых во множество распознаваемых данной системой распознавания. В результате выполнения этой задачи должна быть установлена совокупность элементов – кандидатов на опознавание. Причем, она решается как на этапе проектирования, так и в процессе функционирования созданной системы распознавания. На этапе разработки определяется множество как реально существующих, так и потенциально возможных в будущем элементов – кандидатов на опознавание. В процессе функционирования осуществляется установление принадлежности поступившего на вход системы распознавания неопознанного элемента среды к множеству элементов – кандидатов на опознавание, сформированному на этапе разработки.

Пятой задачей является определение принципа опознавания. В результате решения этой задачи происходит выработка информации о способе осуществления разбиения множества элементов-кандидатов опознавания на определенные классы.

Основой для генерации принципа опознавания служат цели создания распознающей системы, ее назначение. Анализируя ответы на вопросы, полученные в результате решения второй задачи (Для чего необходимо решение задачи распознавания? Кто и как намерен использовать результаты распознавания?), следует путем логического мышления и (или) интуиции найти ответ на вопрос: Как следует проводить разбиение на классы, поступающие на вход распознающей системы элементы среды? Например, для распознающей системы, включаемой в систему организационного управления, обычно в виде принципа опознавания рекомендуется принимать информацию о мощности множества решений и разновидностях элементов, принадлежащих этому множеству, принимаемых управляющей системой на основе результатов распознавания. В качестве принципа опознавания может также приниматься информация о множестве возможных стратегий поведения потребителя результатов распознавания, сведения о совокупности свойств или свойстве распознаваемых элементов среды (например, коллекционер почтовых марок может отнести в первом случае к разным разделам марки по тематике Великой Отечественной войны 1941 – 1945 гг. и Отечественной войны 1812 г., а во втором – к одному) и т. д.

В шестой задаче осуществляется получение информации об элементах среды, принадлежащих множеству элементов - кандидатов на опознавание, с целью определения на этапе разработки системы распознавания алфавита классов, состава словаря признаков распознаваемых элементов и их конкретных значений, а на этапе эксплуатации – лишь значений признаков, входящих в словарь, характеризующих неопознанные элементы среды, поступающие на вход распознающей системы. Изучение множества элементов – кандидатов на опознавание следует проводить с учетом поставленных целей, установленного принципа опознавания, специфики предметной области, к которой принадлежат рассматриваемые элементы, с применением различных методов и технических средств. В этом случае важно выявить сходные характеристики и отличительные особенности рассматриваемой совокупности элементов.