В своей практике люди решают разнообразные задачи по классификации и распознаванию объектов, явлений и ситуаций (мгновенно узнают друг друга, с большой скоростью читают печатные и рукописные тексты, безошибочно водят автомобили в сложном потоке уличного движения, осуществляют отбраковку деталей на конвейере, разгадывают коды, древнюю египетскую клинопись и т.д.).
Рассмотрим некоторые примеры всепроникающего механизма распознавания образов человеком в природе и обществе.
1.Вы легко узнаете издалека своего знакомого (но задайтесь вопросом: как?) Обратите внимание на слабую зависимость результатов распознавания от дальности, если конечно мы еще видим отдельные элементы и движения.
2.Предположим Вам нужен для изучения или повторения такой раздел математики, как интегральное исчисление. Ваши действия :
а) распознаете по корешкам обложек справочник на книжной полке;
(на фоне других книг - прочитывая, распознавая названия при последовательном просмотре или по внешнему виду, хранимому Вами в памяти по предшествующему пользованию этим справочником)
б) листаете и распознаете страницу справочника с оглавлением; (по опыту знаете, что оглавление располагается в начале или в конце книги)
в) распознаете тексты заголовков оглавления; (читаете);
г) распознаете среди всех заголовков необходимый Вам (сравниваете прочитанный со смысловым содержанием интересующего Вас раздела)
д) распознаете соответствующую этому заголовку страницу; (зная, что в оглавлении против найденного раздела печатается интересующий номер страницы)
е) листаете справочник и распознаете по нумерации страниц необходимый номер;
(сравниваете запомненный номер с номерами открываемыхстраниц) и т.д., и т.п.
Обратите внимание, во-первых, на то, сколько знаний, хранящихся в Вашей памяти используется. Во-вторых, здесь, как и в предыдущих примерах, можно задаться многочисленными вопросами по поводу того, как это Вы сами все осуществляете, и не найти ответа.
В рассмотренном примере мы уже должны были заметить, что помимо “чистого” распознавания в нем присутствуют наши действия, но при этом любому действию предшествует распознавание. А любое выполненное действие влечет за собой новый этап распознавательной деятельности.
3.Вот может быть более очевидный пример из военного дела. Обратите в нем внимание на сочетание распознавания и действий, являющихся управлением.
Представьте себя в роли летчика в кабине самолета-истребителя. Вы взлетаете, набираете высоту, готовитесь и начинаете выполнять боевую задачу. Прежде всего:
-обнаруживаете (то есть, распознаете) в зоне обзора цель-самолет противника;
-идете на сближение;
-на основе имеющихся знаний о своем самолете как оружии - распознаете момент, когда произвести пуск ракеты по обнаруженной цели;
-производите пуск;
или:
-распознаете, что противник опередил Вас и произвел по вашему самолету пуск ракеты;
-распознаете среди большого набора тактических приемов в вашей памяти необходимый прием для управления самолетом в целях проведения противоракетного маневра;
-производите маневр.
-распознаете, что маневр удался (если не удался и есть возможность- повторяете) - и сами атакуете противника;
Затем:
-распознаете, что горючее на исходе или - задача выполнена - уходите на посадку;
-распознаете посадочную полосу - осуществляете посадку.
Вот далеко не полный и подробный перечень этапов распознавания и действий. Но если сами действия понятны и очевидны, то предшествующее им распознавание требует осмысливания соответствующего механизма. И прежде всего, каждый этап описанных последовательности - это действия на основе знаний, хранящихся в памяти.
4.Рассмотрим пример из области экономики. Руководитель экономического региона по экономическим показателям хозяйственной деятельности обнаруживает (распознает) ухудшение продовольственного обеспечения области, города и т.п.
Обратившись к другой группе экономических показателей, он распознает, что лежит в основе такого нежелательного явления (например, отсутствие горючего для автотранспорта). В итоге принимается решение о дополнительных договорах на бензин или дизельное топливо с поставщиками или, найдя новых поставщиков, организует отправку железнодорожного состава цистерн или автозаправщиков для доставки и т.д.
5.Еще один военный пример из области обороны, где человек не выполняет ни распознающей функции, ни функции управления. СПРН (система предупреждения о ракетном нападении), находясь в режиме круглосуточного боевого дежурства автоматически обнаруживает в некоторый момент времени (то есть, распознает) КО (космический объект) и завязывает его траекторию. На этой основе автоматически определяется не является ли этот КО баллистической ракетой (распознается по попаданию пролонгированной во время полета КО точки его падения на обороняемую территорию, на территорию страны). Если указанное условие выполнилось СПРН дает сигнал тревоги на средства противодействия , например систему противоракетной обороны (ПРО). Система ПРО, в свою очередь, обязана автоматически по данным СПРН обнаружить (распознать ) интересующую цель, распознать, например, что это сложная баллистическая цель СБЦ (боевая часть БЧ +ложные цели ЛЦ), распознать БЧ среди ЛЦ, произвести пуск противоракеты и т.д., и т.п.
6.Теперь примеры из области биологии.
Семечко растения распознает достаточность температуры окружающей среды, достаточность влаги, питательных веществ - и включает механизм роста.
Росянка распознает насекомое, севшее на ее лепестки и резко закрывается как ловушка для последующего переваривания пищи.
Подсолнечник распознает, где расположено солнце, и поворачивает свое соцветие в его сторону.
Комар распознает человека и пьет его кровь.
Лягушка распознает и ловит комара.
Удав распознает и ловит лягушку. и т.д.
И здесь также мы задаемся уже знакомым нам вопросом: как?
7.Совсем уже утрированный случай из техники: дверной замок распознает свой ключ и разрешает открыть помещение.
В последнем примере человек, как создатель, знает все.
Таким образом, приведенные примеры показывают, что распознавание в природе, обществе, в жизни человека, в технике - всеобъемлюще. Но при этом мы отмечаем, что ответов на поставленные вопросы, когда речь касается распознающей деятельности человека в большинстве случаев мы не найдем. До настоящего времени полные представления о способностях живых организмов в распознавании многих явлений и объектов отсутствуют. В то же время, создавая технические системы, способные заменить его, человек высказывает гипотезы, продвигающие его к знанию распознающей деятельности в природе, что позволяет ему успешно решать стоящие задачи. Рассматриваемый курс “Основы построения систем распознавания образов” и должен научить пониманию того, что лежит в основе современных гипотез распознавательной деятельности и как на этой основе упомянутые задачи решаются.
1.1.2. Краткая история вопроса появления технических систем автоматического распознавания и методов их создания
Длительное время вопросы распознавания рассматривались человеком лишь с позиций методов биологии и психологии. При этом целью изучения являлись в основном качественные характеристики, не позволяющие вскрыть и точно описать соответствующий механизм. Если и получались числовые характеристики, то они, как правило, были связаны с изучением рецепторов, таких как органы зрения, слуха, осязания. Что же касалось характеристик принятия решений, то до их математической оценки дело не доходило. И только кибернетика позволила ввести в изучение психологического процесса распознавания образов, лежащего в основе принятия любых решений, количественные методы, что открыло принципиально новые возможности в исследовании и проектировании автоматических систем распознавания. Только кибернетика позволила ввести в область распознавания, как явления природы, математические представления. В этом можно увидеть в частности реализацию взглядов Галилея, который утверждал:
“Книга природы написана на языке математики. И тот, кто хочет прочесть ее, должен изучать этот язык”.
Исторически сложилось, что многие задачи такого класса, как распознавание метеоосадков; распознавание авиационной ситуации в районе аэропорта авиадиспетчером; распознавание полосы посадки летчиком в сложных условиях, человек, как правило, решает эффективно, то есть с необходимым качеством. Этим и объясняется исторически появившаяся необходимость использования человека в качестве элемента или звена сложных автоматических систем.
Примечательно то, что в процессе указанной деятельности человека число принимаемых решений по результатам распознавания ситуаций конечно, в то время как число состояний внешней среды, оцениваемых в процессе самого распознавания и приводящих к указанным решениям, может быть бесконечным.
Это можно видеть на примере машинистки, печатающей под диктовку. Из бесчисленного множества вариантов произношения одного и того же звука она выбирает только один, всегда ударяя по одной, определенной клавише пишущей машинки. В результате она безошибочно печатает слова, независимо от их искажения при устном произнесении.
К принятию такого конечного числа решений человек подготовлен всем своим жизненным опытом. Поэтому принятие идеологии автоматизации указанных процессов, замены человека как звена автоматических систем привело к тому, что человечество прежде всего научилось строить автоматы, способные реагировать на множество изменений характеристик внешней среды некоторым ограниченным числом рациональных решений (реакций) исполнительных органов этих автоматов. Это не значит, что были найдены механизмы, лежащие в основе человеческих и природных способностей распознавания, но главные особенности этих способностей, лежащие на поверхности представлений, созданные автоматы во многих случаях хорошо имитировали.