В конце
(концов испытуемые научились правильно классифицировать
"фигуры, т. е. относить все отклонения от одного прототипа
в одну категорию, все отклонения от другого - в другую и
т. д. Затем испытуемым дали новую задачу на классифика-
цию. Им предъявили ряд фигур и попросили отнести каждую
из них к одной из установленных ранее трех категорий. Не-
которые из этих фигур испытуемые уже видели прежде (из-
вестные отклонения), другие представляли собой новые ис-
кажения того же прототипа, а третьи были сами прототипы,
которых испытуемые раньше не видели. Известные отклоне-
ния, кк и следовало ожидать, классифицировались доволь-
но удачно-частота правильных ответов составляла 87%.
Неожиданным оказалось то, что примерно так же хорошо
классифицировались прототипы, хотя испытуемые никогда
их .прежде не видели. Однако новые отклонения, которые ис-
Глава 4
пытуемые увидели впервые, классифицировались менее точ-
но-частота правильных ответов составляла здесь уже толь-
ко 75%. Ввиду высокой точности классификации прототипов.
авторы высказали мнение, что испытуемые, обучаясь клас-
сифицировать первую группу отклонений, на самом деле .ус-
воили и прототипы. Иными словами, испытуемые а.бстраги-
ровали некую среднюю тенденцию - представление о прото-
типе-из ряда стимулов, которые были вариациями этого
прототипа.
В других экспериментах сходного рода были получены
еще более веские доводы в пользу теории прототипов.
Фрэнке и Брэнсфорд (Franks a. Bransford, 1971) создали
прототипы, составляя структурные группы из нескольких гео-
метрических фигур (треугольник, круг, квадрат и т. п.; рис.
4.2, Б). Затем путем одного или нескольких преобразований
прототипа получали отклонения от него. Преобразование
могло состоять, например, в удалении одной фигуры из дан-
ной группы, в замене ее другой фигурой и т. п. Испытуемым
сначала показывали несколько отклоняющихся образов, а
затем проводили тест на распознавание. При этом им предъ-
являли ряд образов-несколько искажений, которые они ви-
дели ранее, несколько таких, которых они прежде не видели,
и прототипы - и просили сказать относительно каждого, уз-
нают они его или нет. В каждой пробе испытуемые должны
были также указать, насколько они уверены в том, видели
они данный образ в первоначальном наборе или нет. Как по-
казывают эти оцеяки кажущейся достоверности, испытуемые
были больше всего <уверены> в том, что они видели раньше
прототипы, хотя в первой части эксперимента прототипов им
не показывали. Более того, на основании степени близости
того или иного варианта к прототипу можно было предска-
зывать степень уверенности испытуемых. Наибольшей она
была при <узнавании> прототипов; за ними шли структурные
группы, подвергшиеся только одному преобразованию, затем
двум и так далее. Варианты, виденные раньше, распознава-
лись ничуть не лучше, чем новые варианты, отличавшиеся
от прототипа тем же числом преобразований.
Судя по результатам этих экспериментов, ознакомление с
группой близких фигур приводит к выработке прототипиче-
ского представления об этой группе. В таких случаях говорят,
что испытуемые абстрагируют из виденных ими фигур некий
образ-прототип. Эксперимент Фрэнкса и Брэнсфорда позво-
ляет также предполагать, что испытуемые могут использо-
вать такие прототипы при идентификации новых образов.
Удача или неудача при распознавании данного образа опре-
делялась степенью искажения или преобразования прототи-
Распознавание образов
.па, а предъявлялась данная фигура раньше или нет, не име-
ло значения.
Иаксогласно протодипно.й, теорий, р.аспознавания обра-
"SB вДTrчeJnтвёкap.a.вд.тcя. ..прототипы обрда9а",длдкаждо-
""города информации, например прототипы букв, лиц или фи-
у~T05тSвлeнныx из точек. .Встречаясь с новым образом,
распознающая система сопоставляет его с этими прототипа-
""мй, проверяя не точное (эталонное), а скорее приблизитель-
ное соответствие допускающее некоторую..изменчивость сти-
мула. Какой прототип будет лучше всего соответствовать
данномустимулу, такой образ и будет распознан в этом сти-
муле. Подобная модель, включающая также механизм пред-
варительной "обработки стимула, представляет значительный
.шаг вперед по сравнению-с наивной эТалбнной гипотезой.
ЭЛЕМЕНТЫ ОБРАЗА -
До сих пор мы рассматривали распознавание образов, не
давая определения слову <образ> (pattern); это, конечно,
серьезное упущение. Согласно одному из определений (Lus-
пе, 1970), образ-это конфигурация из нескольких элемен-
тов сдставляющих некое целое. Подобное определение под-
разумевает, что любОй образ можно разбить на более прос-
тые элементы и что при воссоединении этих элементов вновь
. возникает образ. Например, можно представить буквы алфа-
вита состоящими из таких элементов, как вертикальные ли-
нии, горизонтальные линии, линии с наклоном в 45Ї и кри-
вые. С этой точки зрения букву А можно представить как
/ плюс \ плюс -. Эти элементы в надлежащем сочетании
дают образ буквы А. В общем концепция элементов, или
элементарных признаков, сводится к тому, что из относи-
тельно небольшого множества более простых частей, взятых
в различных сочетаниях, можно создать все образы, входя-
щие в некое более мощное множество (например, множество
печатных букв алфавита).
Другой пример множества образов, которые можно соз-
дать из более простых элементов (<признаков>),- это устная
речь. Речь состоит из основных звуковых единиц, называемых
фонемами и аналогичных буквам, из которых слагаются
слова, предъявляемые зрительно. Фонему можно определить
как такой звук, который, изменяясь как отдельный элемент,
может изменить смысл слова. Например, звуки, соответству-
ющие буквам л, в ил,и б в словах лес, вес, и бес, .представля-
ют собой разные фонемы, потому что каждый из этих звуков
изменяет смысл произносимого слова. Одна фонема мажет
быть представлена множеством акустических вариантов, так
Глава 4
как каждый человек произносит ее немножко иначе, чем дру-
гие, но тем не менее мы узнаем одну и ту же фонему, произ-
носимую разными людьми. Все это означает, что мы можем
считать фонему единицей речи, некой абстракцией, объеди-
няющей множество сходных звуков. В этом смысле ее можно
сравнить с рукописной буквой, которую каждый человек вы-
водит немножко по-своему, но которую тем не менее всегда
удается распознать.
Выявление набора признаков, которые можно использо-
вать в различных сочетаниях для получения фонем (подобно
тому как можно использовать прямые и кривые линии и уг-
лы в качестве основы для получения печатных букв),-очень
трудная проблема, но все же было сделано несколько попы-
ток решить ее. Один из методов основан на том, чтобы
исследовать механизм артикуляции звуков и попытаться опи-
сать каждый звук речи в соответствии с тем, как человек
использует при его произнесении свой речевой аппарат. В ре-
чевой аппарат входят язык, нос, зубы и губы, голосовые
связки и мышцы диафрагмы.
Рассмотрим, например, звуки с и з. Попробуйте произ-
нести каждый из них, и вы сможете заметить, что при произ-
несении з звук кажется исходящим из горла, тогда как в
произнесении с участвует только рот. По этому признаку
звуки делят на глухие и звонкие: с-глухой звук, при его
произнесении голосовые связки неподвижны; з-звонкий
звук, при его произнесении голосовые связки вибрируют. По-
этому говорят, что эти два звука различаются по одному
признаку-звонкости. Конечно, звуки речи обладают и мно-
гими другими признаками. К ним относятся положение язы-
ка в ротовой полости (переднее, среднее или заднее), про-
хождение воздуха через нос или только через рот и многие
другие. Предполагается, что каждой фонеме соответствует
единственное в своем роде сочетание таких признаков - ка-
кая-то специфическая для нее конфигурация речевого аппа-
рата. Исследуя речевую артикуляцию, пытаются выявить
набор элементов, характеризующий каждую отдельную фо-
нему.
Несмотря на все старания установить отличительные
признаки звуков речи или печатных букв, полного успеха
достигнуть не удалось, хотя некоторые результаты можно
считать удовлетворительными. Тем не менее идея о возмож-
ности описывать образы при помощи набора элементарных
признаков кажется весьма привлекательной. Выработана
довольно подробная спецификация фонем английского языка,
основанная на их отличительных признаках (Jakobson а. о.,
1961); возможно также установить элементарные признаки
Распознавание образов
различных печатных букв для шрифтов определенного типа
(Rumelhart, 1971). Например, буквы алфавита можно опи-
сать при помощи одних только вертикальных и горизонталь-
ных линий, если принять такие начертания, как Р Q Ц
/ Итак, мы рассмотрели сначала наивную эталонную гипо-
. тезу и установили ее полную непригодность. Однако мы на-
шли, что если добавить к ней процесс предварительной обра-
ботки (небольшое видоизменение входного стимула, прида-
ющее ему стандартные размеры и положение) и концепцию
прототипа, то можно создать модель гораздо лучшую, чем
эталонная система. Другая альтернатива эталонной гипоте-
Ы?_?а??М:0.фению.Д.о.ТОроймн.сейчас. переходим,-.это ги-
потеза признаков. Согласно этой гипотезе, подлежащий рас-
познаванию стимул сначала анализируется по отдельным
признакам. В результате составляется перечень признаков,
при объединении которых получился бы данный стимул. За-
тем этот перечень сравнивается с перечнями, хранящимися
в ДП. Таким образом, код ДП для данного стимула пред-
ставляет ..собой перечень признаков, а не эталон или прото-
"тип Выбирается-наиболее подходящий перечень, что и при-
., ..водит к распознанию образа.
Одной из теоретических моделей, основанных на анализе
признаков, является система <Дандемо1шу.м> (Selfridge,
1959). Эта система представлена на рис. 4.3. Как и в нашей
общей модели (рис. 4.1), здесь предполагается, что процесс
распознавания образов состоит из нескольких этапов или
уровней.
На каждом уровне имеется отряд <демонов>, которые вы-
полняют ту или иную работу, связанную с распознаванием
предъявленного образа. На первом уровне действуют демо-
ны изображения, которые заняты тем, что мы назвали сен-
сорной регистрацией, т. е. регистрируют стимул как некое
событие на сенсорном уровне. Затем это событие анализиру-
ется демонами выделения признаков, которые разбивают
первичное изображение на"сос"гавЛя1ощие элементы. Каждый
такой демон ищет в изображении лишь один признак-оп-
ределенную прямую, расположенную под определенным уг-
лом, или кривую-и регистрирует его, если находит. За
демонами выделения признаков следят демоны опознавания,
соответствующие перечням признаков. Перечень, имеющий-
ся у каждого из таких демонов, относится к одному опреде-
ленному образу, и работа этого демона состоит в том, чтобы
<кричать>, или сигнализировать, тем громче, чем больше
<своих> признаков он найдет среди тех, которые были вы-
делены в результате анализа признаков. Наконец, на самом
верхнем уровне восседает демон принятия решения (процесс
принятия решения); он должен устано.вить, какой яз демонов
опознавания кричит громче всех, и .в результате раопоз.нать
образ.
Не удивителько, если все эти рассуждения покажутся зна-
комыми, так как гипотеза признаков очень сходна с гипоте-
Рис. 4.3. Система <Пандемониум>, предложенная Селфриджем в качестве
модели распознавания признаков. Поступающий от органов чувств стимул
регистрируется демонами изображения. Демоны выделения признаков ана-
лизируют его, чтобы выяснить, какие у него имеются признаки. Демоны
опознавания сопоставляют выделенные признаки со своими образами Де-
мон Принятия решения окончательно устанавливает, какому образу соот-
ветствует стимул.
зой эталонов. Ведь в сущности всякий признак является не-
ким эталоном; только в данном случае эталон соответствует
не стимулу в целом, а лишь некоторой его части. Преимуще-
ство гипотезы признаков состоит в том, что если можно вы-
делить набор признаков, позволяющих описывать гораздо
более широкий круг образов (например, описать речь при
помощи нескольких элементарных признаков), то число эта-
лонов, с которыми нужно иметь дело, резко сокращается.
Однако сходство гипотезы признаков с гипотезой эталонов
Распознавание образов
влечет за собой множество проблем, общих для них обеих.
Как, например, система, основанная на анализе призна-
ков, будет справляться с вариациями в величине того или
иного зрительного элемента? Как она будет распознавать
новые признаки, никогда прежде не виденные? Что произой-
дет, если два стимула будут различаться только присутстви-
ем или отсутствием какого-либо элемента? Примером может
служить нижняя горизонтальная линия, которая есть у буквы
Е, но отсутствует у F. В этом случае в ДП могут найтись
два перечня признаков, подходящих для опознания стимула
F, так как все элементы буквы F соответствуют признакам,
содержащимся в перечнях как для Е, так и для F. В случае
распознавания элементов речи возникают еще большие слож-
ности. Прежде всего далеко не всегда ясно, где именно на-
чинается или кончается данная речевая единица, что сильно
затрудняет разбиение образа на отдельные признаки. По-
слушайте речь на незнакомом языке: вам будет казаться,
что человек говорит невероятно быстро, и почти невозможно
будет решить, где кончается одно слово и начинается дру-
гое. Если мы внимательно прислушаемся к людям, говоря-
щим по-английски, то мы обнаружим, что они нередко дела-
ют более длительные паузы в середине слова, чем между
двумя словами.
Пока у нас нет возможности окончательно разрешить все
эти проблемы, связанные с распознаванием образов. Это не
значит, однако, что гипотезу, основанную на анализе приз-
наков, следует отбросить.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51