模式识别理论及其应用简介课件.pptVIP

什么是模式识别l模式识别（PatternRecognition）是一种从大量信息和数据出发，在专家经验和已有认识的基础上，利用计算机和数学推理的方法对形状、模式、曲线、数字、字符格式和图形自动完成识别的、评价的过程。l从数学角度而言，模式识别也是一个数学建模过程。只是给出的是定性结论而不是定量指标。

什么是模式识别l模式识别包括两个阶段，即学习阶段和实现阶段，前者是对样本进行特征选择，寻找分类的规律，后者是根据分类规律对未知样本集进行分类和识别。l广义的模式识别属计算机科学中智能模拟的研究范畴，内容非常广泛，包括声音和语言识别、文字识别、指纹识别、声纳信号和地震信号分析、照片图片分析、化学模式识别等等。计算机模式识别实现了部分脑力劳动自动化。

模式识别的特点l模式识别的理论基础是多元统计理论和一些近代数学方法（如神经元网络理论）。l模式识别给出的是统计和经验的规律，无法提供关于样本理论模型。

l例如根据大批物质的化学结构数据和物理、化学特性或生物活性的数据，采用计算机模式识别方法总结结构与物性间的经验规律，进而预报未知物的特性，有目的地研制新物质。在新材料、药物的设计方面应用很广。l建立各类化合物的各种红外光谱、极谱、色谱、波谱谱图数据库，借助于计算机模式识别方法，可自动鉴定样品的结构。

用计算机模式识别方法总结规律预报未知，虽然不如纯粹的理论方法严格和有明确的机理及解释，但却有广泛的适应面，能够在现有知识、理论不够完善的情况下发挥作用。在用计算机模式识别方法解决问题时，我们仍需要借助于与研究对象相关的理论知识，去估计、判断影响研究对象的大致因素，用这些因素的参数构筑多维空间（即模式空间）描述研究对象的特征，才能用模式识别的方法总结规律。

模式识别计算过程示意图

有监督模式识别（判别分析）l如果样本的类别数是已知的，先用一组已知类别的化合物作为训练集，建立判别模型，再用建立的模型根据相似性原则来对未知样本进行识别，称为判别分析。判别分析是在事先知道类别特征的情况下建立判别模型对样本进行识别归属，是一种有监督模式识别。

无监督模式识别（聚类分析）l如果预先不知道样本的类别，要在学习过程中根据样本的相似性对被识别的样品进行识别分类和归类，称为聚类分析。聚类分析是完全依靠样本自然特性进行识别的方法，是一种无监督模式识别。

模式空间化学样本或化工过程x可用一组参量(矢量)i来表征，即x=(x,x,...,x)，在化学模ii1i2in式识别的文献中，这种参量值又称特征。通常这些参量实际上就是原始化学量测数据。这样一组参量构成了化学模式识别空间的一个点，或称一个n维的化学模式。由这些化学模式所构成的n维变量空间，称为模式空间。因高维模式空间提供了更多的信息，故有可能解决一些低维空间中难于解决的问题。

化学模式识别l计算机模式识别可用来进行有机结构解析，研究定量构效关系，识别真伪商品，追踪污染源，进行药物分类、临床诊断、矿物普查、考古研究、材料设计等。这一类模式识别同化学有密切关系，都是化学模式识别的研究对象。

化学模式识别的应用l为烟、酒、茶叶定级；l与标准样本对照，用化学模式识别辨别营养品、饮料、药品、化妆品等的真伪，能为查处市场上出售的各种假冒商品提供可靠的技术证据；l区别癌症等疾病潜伏期，为疾病早期诊断和预防提供科学依据，等等。

AnexamplefromTCM:同种中药材的指纹图谱

不同草药的指纹图谱

计算机品茶－用化学模式识别进行茶叶评级l用1988年商业部颁布的4套6个等级的炒青绿茶标准样，选取茶叶中的氨基酸、咖啡碱、水浸出物、粗纤维、叶底、茶汤等10个理化指标作为特征量，建立模式识别模型，编成计算机茶叶品质评定软件包。l对未知等级的茶叶进行评定时，将其10个特征理化指标值输入计算机，计算机便按照建好的模式识别模型和这10个输入的特征量值，自动评定它们的等级。

计算机品茶－用化学模式识别进行茶叶评级模式识别对6个市售茶样定级的结果后验概率指已知级别的样品落入应落入那一级别的概率

计算机打假－用化学模式识别判别化妆品的真伪l检验人员从送检的3瓶市售永芳珍珠膏中取出少量样品，置于广口瓶中，放入一根吸附丝在30℃吸附样品放出的气体2小时后,取出吸附丝放入居里点裂解器中加热，将吸附的挥发气体导入毛细管气相色谱仪进行测定，定性分析检测出21个组分，这21个指标再加上总挥发量，共计22个指标。

计算机打假－用化学模式识别判别化妆品的真伪l分析在过去一年内生产的24个永芳珍珠膏真品。对其22个指标进行R因子分析，发现有些指标之间的相关性很好，这样就不必将所有指标列出，只需在相关性好的一类指标中选择1个或2个贡献最大的指标就可以了。最终从22个指标中选择了1，2-二甲苯、蒈烯、邻散化烃、对邻散化烃、苎烯