Эта присущая ему одному
способность использовать для хранения информации язык
дает .возможность кодиров,ать запоминаемый материал не-
сколькими различными способами: поэтому различение раз-
ных кодов становится важной проблемой теоретического изу-
чения памяти.
Глава 4
Распознавание образов
Распознавая тот или иной образ, мы извлекаем смысл
из некоторых сенсорных данных. Процесс распознавания об-
разов имеет фундаментальное значение для нашего поведе-
ния, поскольку он составляет часть взаимодействия между
реальным миром и сознанием субъекта. Для распознания
данного образа информация, находящаяся в одном хранили-
ще памяти, сенсорном регистре, должна быть сопоставлена
с информацией, находящейся в другом хранилище-долго-
временной памяти. Информация первого рода только что по-
ступила в виде некоторого стимула, информацию второго ро-
да составляют приобретенные ранее сведения об этом сти-
муле. Если, например, нам предъявлен стимул, состоящий из
трехлиний (/, \ и -), то мы распознаем в нем букву А. В та-
ком случае мы можем дать этому стимулу название-из од-
ного или нескольких слов (например, <это буква А>). Распоз-
нание образа не всегда означает словесную формулировку;
нередко мы распознаем образы, не называя их (мы можем,
например, распознать некое лицо как знакомое; какой-то за-
пах может напомнить нам о месте, где мы его раньше ощу-
щали). Так или иначе, информация, поступающая от органов
чувств (о контурах, лицах, запахах и т. п.), сопоставляется
и соотносится со всем тем, что нам известно об окружающем
мире.
Нетрудно понять, что изучение распознавание образов
составляет важную часть исследования памяти/Во-первых,
оно связано с изучением таких хранилищ информации, как
сенсорные регистры и долговременная память (ДП). Во-вто-
рых, обсуждая процесс распознавания образов, мы столкнем-
ся с необходимостью выяснять характер представления хра-
нимого материала в памяти-информационного кода памяти.
(Вообще <кодом> памяти называют способ представления в
Глава 4
ней информации.) И наконец, мы рассмотрим некоторые про-
цессы, связанные с кодом памяти. Все это станет яснее, если
мы обсудим вначале, какими общими чертами должна обла-
дать любая модель или теория распознавания образов.
Распознавание образов
Рис. 4.1. Основные компоненты системы распознавания образов: сенсорный
регистр; сравнивающее устройство, сопоставляющее сенсорную информацию
с известными образами; долговременная память, в которой хранятся из-
вестные образы; устройство для принятия решения, выбирающее наиболее
подходящий образ.
Упрощенная схема распознавания образов представлена
на рис. 4.1. Можно видеть, что этот процесс слагается из не-
скольких этапов. Прежде всего подлежащий распознаванию
стимул поступает, в сенсорный регистр. Поскольку след со-
храняется "здесь очень недолго, процесс распознавания дол-
жен быстро завершиться, пока в регистре еще есть инфор-
мация о стимуле. Сам процесс распознавания заключается
в сопоставлении входного стимула с закодированной инфор-
1
мацией, находящейся в ДП, а это означает, что информация
вДП"ДОЯЖна быть представлена в такой форме, чтобы сти-
мул можно было с"Иёй~Сравнйвать. Иначе говоря, хранящееся
вДП закодированное представление о стимуле должно быть
в некотором смысле похожим на этот стимул или как-то опи-
сывать его внешний вид или форму. После сравнения вход-
ного стимула с содержащимися в ДП кодами принимается
решение о том, какой из этих внутренних кодов наилучшим
образом соответствует данному стимулу. От этого решения
зависит выходной сигнал распознающей системы-сообще-
ние о результате принятого решенияонечно, после того как
образ распознан, из ДП может быть извлечена дополнитель-
ная информация о нем. Например, распознав в предъявлен-
ном стимуле букву А, мы можем затем припоминать все, что
нам о ней известно: это первая буква алфавита; с этой буквы
начинается слово <арбуз>; это обозначение футбольных ко-
манд высшего класса и так далее
Итак, мы видим, что процесс распознавания образов со-
стоит из нескольких сложных субпроцессов. Это прежде все-
го сенсорная регистрация, рассмотренная в предыдущей гла-
ве. Затем идут процессы сравнения и принятия решения.
Здесь возникают вопросы, связанные с представлением ин-1
формации. В какой форме закодирована та хранящаяся з
ДП информация, с которой сравнивается входной стимул?
Насколько закодированный стимул сходен с первоначаль-
ным? В остальных разделах этой главы мы рассмотрим кодй
памяти и некоторые процессы сравнения и принятия реше-
ния, которые можно постулировать для системы распознава-
ния образов.
КОДЫ ПАМЯТИ И РАСПОЗНАВАНИЕ
ЭТАЛОНЫ
Мы начнем рассмотрение кодов памяти с тех кодов ДП,
которые используются при сопоставлении прошлого опыта с
вновь поступающими стимулами. Что это за коды?. ,Код дол-
жен либо соответствовать данному стимулу, либо описывать
/ его, иначе он не сможет быть образцом для сравнения. Одна
из возможных гипотез состоит в том, что хранящийся в ДП
код представляет собой миниатюрную копию (или <эталон>)
данного стимула; для каждого распознаваемого нами стиму-
ла в ДП имеется его внутренний дубликат, который и исполь-
зуется при распознавании. Согласно этой гипотезе, для рас-
познавания образа приходится сравнивать данный стимул с
длинным рядом эталонов, хранящихся в ДП. Распознание
совершится в тот момент, когда будет выбран наиболее под-
ходящий для данного стимула, эталон и тем самым опреде-
лится, что же представляет собой этот стимул.
Однако гипотеза эталонов слишком проста; она чересчур
наивна, чтобы служить основой для теории распознавания
образов. Ее главный недостаток-огромное количество не-
обходимых эталонов. Рассмотрим, например, распознавание
одного не очень сложного стимула - буквы А. Согласно ги-
потезе эталонов, в ДП имеется копия этой буквы, с которой
сравнивается любой стимул, похожий на А, когда бы он ни
появился, и которая соответствует ему лучше, чем любой дру-
гой эталон. Отсюда, однако, следует, что нам понадобится
отдельный эталон для каждой разновидности буквы А. Изме-
нилась величина стимула? Нужен другой эталон. Если слегка
повернуть букву, нужен будет еще один эталон. Для какого-
нибудь своеобразного начертания, например , опять-таки
потребуется свой особый эталон. Если у нас не будет эталонов
для всех этих разновидностей буквы А, то при распознава-
нии неизбежно возникнут ошибки. Например, может оказать-
ся, что наклонное А лучше соответствует эталону для R, чем
для А, и тогда, встретившись с А, мы распознаем его как R.
Чтобы исключить возможность таких ошибок, понадобится
бесчисленное множество эталонов, несомненно гораздо боль-
шее, чем может вместить ДП.
Гипотезу эталонов можно видоизменить, сделав ее го-
раздо более приемлемой. Одна модификация состоит в том,
чтобы добавить к модели процесс, который предшествует со-
поставлению и служит для <очистки> входного стимула. Та-
кая предварительная обработка могла бы придавать стимулу
стандартное положение и стандартные размеры. Этот про-
цесс называют <нормализацией>, так как он устраняет раз-
личные неправильности в форме стимула и приводит его к
более обычному виду. Например, если стимул имел вид Д ,
то в результате нормализации он уменьшился бы, искрив-
ленная правая часть была бы выпрямлена, и все это
произошло бы еще до сравнения стимула с эталоном.
Подобный процесс сильно сократил бы число эталонов, не-
обходимых для распознавания буквы А.
Однако нормализация, предшествующая сравнению, не
позволяет снять все трудности, связанные с эталонной гипо-
тезой. Логически возникает следующее возражение: для того
чтобы знать правильную ориентацию и величину стимула,
нужно заранее знать, какой образ представляет данный сти-
Распознавание образов
мул. Например, какую ориентацию должен иметь стимул,
имеющий вид наклоненного Q? В одном случае он будет
выглядеть как Р, а в другом как Q. Чтобы знать, какой из.
этих двух поворотов будет правильным, необходимо сначала
решить, какая это буква. Но эта задача возлагается именно.
на систему распознавания, а не на предшествующий ей пре-
образователь. С этой логической проблемой, однако, нетруд
но справиться. Во-первых, при резких отклонениях стимула
от стандартной ориентации он, по всей вероятности, окажется:
нераспознаваемым. Иными словами, нет нужды постулиро-
вать, что этот предварительный процесс сможет перерабо-
тать сильно наклоненную букву Q, если в действительности
распознающая система не способна иметь дело с такого
рода стимулами. Во-вторых, подлежащие распознаванию
стимулы обычно включены в какой-то более обширный кон-
текст, и этот контекст может помогать процессу нормализа-
ции, подсказывая, как нужно изменить положение или вели-
чину данного стимула.
В более общем плане контекст сильно помогает процессу
распознавания, сокращая число образов, которым мог бы со-
ответствовать данный стимул. Кроме того, контекст облег-
чает решение таких проблем, как распознавание совершенно.
новых стимулов. Как нам удается распознать такой стимул,
как /\, если мы его никогда раньше не видели? Совершен-
но очевидно, что в ДП не может быть соответствующих эта-
лонов. В каком качестве будет распознан подобный стимул,
зависит от того, когда и где мы с ним встретимся. Если он
появится при обсуждении распознавания букв алфавита, то
он, возможно, будет воспринят как буква А, если же мы.
встретим его в такой карикатуре:

то вряд ли он нам покажется похожим на А
И он совершен
но прав"
ПРОТОТИПЫ
Контекст может помочь нам справиться с некоторыми
трудностями, присущими гипотезе эталонов, но он не позво-
ляет решить проблему полностью. Дело в том, что многие
стимулы, которые мы умеем распознавать, предстают перед
нами вне специального контекста, и тем не менее мы рас-
Глава 4
познаём их, несмотря на различия в размерах и ориентации.
В связи с этим нужно, по-видимому, иметь такую эталонную
систему, которая допускает некоторые вариации или <рас-
плывчатость> входящих в нее образов. Иными словами, рас-
познающее устройство должно хорошо работать и при нали-
чии мелких вариаций, которые могут оставаться после <очи-
стки> стимула. После введения в распознающее устройство
эталонов, допускающих вариации, система становится более
сходной с так называемой системой прототипов, или систе-
мой, основанной на схемах.
""-Схема-это просто набор правил для создания или опи-
сания прототипа, под которым мы здесь имеем в виду некую
.абстрактную фигуру, отображающую основные элементы ка-
кого-то множества стимулов. Например, прототип самолета
можно представлять себе в виде длинной трубы, к которой
прикреплены два крыла; все самолеты окажутся различными
вариантами этого прототипа. Иными словами, прототип-это
некая сущносгь, некая главная или средняя тенденция, да-
Г"Ж6, если хотите, платонова <идея>. Согласно прототипной ги-
J потезе распознавания образов, в ДП хранятся прототипы-
\J обобщенные, идеализированные образцы известного множе-
ства стимулов. Теоретически любой стимул можно закодиро-
вать в виде Трототипа в сочетании с перечнем вариаций,
_ после чего все поступающие стимулы можно сопоставлять с
прототипами, а не с эталонами, (Таким образом, концепция
..эталонов заменяется здесь концепцией прототипов). Предпо-
лагается, что наша долговременная память содержит прото-
типы всех распознаваемых нами категорий-собак, челове-
ческих лиц, букв А и т. д.,- что и позволяет нам узнавать
отдельных представителей этих категорий.
Существуют ли прототипы на самом деле? Судя по неко-
торым экспериментальным данным, на этот вопрос можно
ответить утвердительно: известны случаи формирования про-
тотипов для множеств стимулов. Например, Познер и Кил
(Posner a. Keele, 1968) провели эксперимент, в котором испы-
туемые вели себя так, как если бы у них вырабатывались
прототипы. Прежде всего Познер и Кил построили прототи-
пические образы, состоявшие из 9 точек каждый. В некото-
рых случаях эти точки располагались в виде геометрической
фигуры, например треугольника, в других-в виде буквы,
в третьих-случайным образом. Затем, несколько сдвигая
некоторые точки, экспериментаторы создавали новые фигу-
ры-искаженные формы тех же прототипов (рис. 4.2, А).
Иногда точки сдвигались в одном направлении, иногда - в
другом, так что исходный прототип соответствовал фигуре,
которая бы получилась, если бы мы поместили каждую точ-
Распознавание образов
ку в среднее положение по отношению ко всем отклонениям.
Создав прототипы и по нескольку искажений каждого из них,
Познер и Кил приступили к экспериментам на нескольких
группах испытуемых. Рассмотрим пример, когда прототипы
представляли собой случайные группировки точек; отклоне-
ния от прототипов при этом тоже, конечно, были случайными




..

Исходнаяi Л 5 7.7 9.7
фигура
faR1 foal ГА ri 1Rл1
Прототип Преобразование Преобразование Преобразование Преобразование
] 2 3 1+2+5
<Рис. 4.2. А. Прототип (треугольник, составленный из точек) и его <искаже-
ния> (все более сильные в направлении слева направо), использованные
.Познером и Килом (см. Posner а. о., 1967). Б. Прототип и его преобразо-
вания (Franks a. Bransford, 1971).
наборами. Испытуемым показывали сначала (одно за дру-
1гим) четыре отклонения от каждого из трех случайных про-
тотипов. Им предлагалось классифицировать каждое откло-
нение, т. е. указать, к какой из трех категорий оно принад-
-лежит. Все отклонения, соответствующие одному прототипу,
следовало относить к одной и той же категории, однако ис-
пытуемым не показывали ни один из прототипов.
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