仿生模式识别的算法实现与应用.pdf
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1、第 3 9卷 第 1期 2 O 1 1年 2月 浙 江 工 业 大 学 学 报 J OURNAL OF Z HEJ I ANG UNI VERSI TY OF TECHNOL OGY Vo l _ 3 9 No 1 Fe b2OI 1 仿 生模 式识 别 的算法 实现与应用 王宪保,陆(1 浙 江工业 大学 智能信息系统研究所,浙江 飞,陈 勇,方 路 平,王守 觉 2 杭州 3 1 0 0 3 2;2 中国科学 院 半导体研究所神经 网络实验室,北京 1 0 0 0 8 3)摘 要:运 用 高 维空 间几何 学和流 形 学 习理论,讨论 了仿 生模 式 识 别 的 原理,给 出 了具 体 算
2、 法妻 乏 计 和 基 于 高维 空 间几何 的 实现 方 法 在 不 限 定流 形 维数 的情 况下,对 学 习样 本覆 盖 方 法和测 试样 本识 别 方 法进行 了具体 实现,为仿 生模 式识 别 的应 用和 推 广奠 定 了基础 通 过设 计 的说话 人无 关语 音识 别 的试 验,验证 了方 法的 可行性,并取得 了 比传 统识 别 方 法更 高的识 别 效果 关键 词:仿 生模 式识 别;几何 体覆 盖;高维 空间几 何 学;流形 学 习 中图分 类号:T P 1 8 文献 标识 码:A 文章 编号:1 0 0 6 4 3 0 3(2 0 1 1)0 1 0 0 7 1 0 4 A
3、l g o r i t hm a nd a ppl i c a t i o n o f bi o m i m e t i c pa t t e r n r e c o g ni t i o n W ANG Xi a n b a o ,LU Fe i ,CHEN Yo n g ,FANG Lu p i n g ,WANG S h o u j u e (1 I n s t i t u t e o f I n t e l l i g e n t I n f o r ma t i o n S y s t e m,Z h e j i a n g Un i v e r s i t y o f Te c h
4、 n o l o g y,Ha n g z h o u 3 1 0 0 3 2,C h i n a;2 La b o f Ar t i f i c i a l Ne u r a l Ne t wo r k s,I n s t i t u t e of S e mi c o n du c t o r s,CAS,Be i j i n g 1 0 0 0 8 3,Ch i n a)Ab s t r a c t:By me a n s o f t he hi g h di me ns i o na l s p a c e ge o me t r y a n d ma ni f o l d s l e
5、 a r n i ng t he o r y,t he p r i n c i pl e s o f Bi omi m e t i c pa t t e r n r e c og ni t i on a r e di s c u s s e d The d e s i g n m e t ho d a nd pr o c e s s i ng r e a l i z a t i o n ha v e be e n f u r t he r pr e s e nt e d o n t he b as i s of t h e hi g h di me ns i o na l s p a c e
6、ge o m e t r y Und e r t he c o nd i t i on of unl i mi t e d ma ni f o l d s d i me ns i o n,t he d i s t r i bu t i ng m e t ho d of 1 e a r ne d s a mpl e s a n d t h e r e c o g n i t i o n me t h o d o f r e c o g n i t i o n s a mp l e s a r e p r a c t i c a l l y r e a l i z e d Th e wo r k
7、ma k e s a c o nt r i bu t i o n t o t he pr a c t i c a l a pp l i c a t i o n a nd i m p l e me nt a t i o n of Bi omi me t i c p a t t e r n r e c o gn i t i o n The s p e e c h r e c o gni t i on e x pe r i me nt ha s pr o v e d t he va l i d i t y o f t he a l go r i t h m a nd t he c o r r e c
8、 t r e c o gni t i o n r a t e i s h i gh e r t h a n t r a di t i on a l r e c og ni t i o n me t h od Ke y wo r d s:bi o mi m e t i c pa t t e r n r e c o gni t i on;ge ome t r i c a l di s t r i bu t i o n;hi gh di me n s i o n a l s p a c e ge ome t r y;ma ni f ol ds l e a r ni n g 仿生 模式 识别 理论 自
9、从 2 0 0 2年被 提 出 以来 口 ,已在 众多 领域 得 到 了广 泛 应 用 覃 鸿、徐 春燕、潘 晓 霞等 ,把 仿 生 模 式 识 别 理 论 应 用 到 语 音 识 别 领 域,通 过对 高 维空 间 同类语 音 样本 的覆 盖,达 到识别 的 目的 徐建、曲延 锋、王 志 海 等L 5。,在 人 脸 识 别 和 人脸 确认 过程 中,运 用 多 权 值 神 经 元 构 造 了 同类 样 本 的高维 复 杂几 何 体,取 得 了 比传 统 模 式 识 别 更 高 的识 别 效 果 安 东 则 把 仿 生 模 式 识 别 理 论 应 用 到 DoA估 计方 法 当 中 8 剐,通
10、 过 对 天 线 阵 列 输 出 信 号 特征 矢量 的高维 空 间几 何 分 析 与 处 理,实 现 了对 空 间角度 的识别 可 以看出,上述实验都是运用仿生模 式 识别 理 论对 样本 空 间或处 理方 法 在高 维空 间进行 覆 盖 或模 拟,但 都 没有 给 出具体 的实 现方 法 针对 不 同的识别 对 象在 高 维 空 间 中怎 样 进 行 合 适 的 处 理,不 同的处 理方 法 又有什 么 样 的区别 是需 要深 入研 究 的课题 收 稿 日期:2 0 0 9 0 9 0 7 基金项 目:国家 自然科学基金资助项 目(6 0 8 7 1 0 9 3);浙 江省 教育厅 科研资
11、助项 目(Y2 0 0 9 0 7 8 0 1)作者简介:王宪保(1 9 7 7-),男,山东菏泽人,讲师,博士,主要从事仿生模式识别和神经网络方面的研究,E-ma il:wx b z j u t e d u c n 7 2 浙江工业大学学报 第 3 9卷 1 仿生模式识别 仿生 模 式识 别 也称 为 拓扑 模 式识 别,是 一种 全 新 模式识别 理论 体 系 它从 人 类认 识 事 物 的 角度 出 发,依据特 征空 间 中同类 样 本 点 分布 连 续 的一 般 性 规 律,提 出了“认识”而非“划分”的识 别概念,为模式 识别 的发展 提供 了一个全 新 的发展方 向 仿生模式识别认
12、为,自然界任何欲被认识的两个“同源”同类 而不完全 相等 的事物,而这 两个 事物 的差 别是可 以渐变的或非量子 化的,则 这两个 同类 事物之 间必至少存 在一个渐变过 程,在这个 渐变过程 中间的 各事物都是属于同一类的 以数学 公式描述为:设 特征 空间 R 中所有属于 A类事物 的全体所做成 的点集 为 A,若集合 A 中存 在任意两个 元素 与,则对 e为任 意大于零的值时,必定存在集合 B,使得 B 一(X1,X2,X f X1:X,X 一 Y,N,p(X,Xm 十 1),1 m l l ,B A 在特征 空 间 R 中同类 样 本点 之 间所 存 在 的这 个连续性规律是超出了
13、传统模式识别与学习理论的 基本 假定 的,该假 定认为“可用 的信 息都包含 在训 练 集 中”但这个 连续 性规律 却是 客观世 界 中人 类直观 认识 范围 的客观存 在 的规 律;因而 也 是仿 生 模式 识 别 中用来 作 为样本 点分 布 的“先 验 知识”,从 而来 提 高对事物 的认识 能力 在仿生模式识别中引入 了特征空间中同类 样本 的 连续性规律后,对一类事物的“认识”,实 质上就是对这 类事物的全体 在特征空 间 中形成 的无穷点集 合 的“形 状”的分析 和“认识”因而,与传统 模式识 别 中把不 同 类样本 在特征空 间中的最佳划分作 为 目标不 同,仿生 模式识 别
14、是以高维空 间几何学 和点集 拓扑学为基础,把一类样本 在特征空 间的分布 的最佳 覆盖作为 目标 仿生模式识别在二维空间的一个示意图见图 1 图 1仿 生模 式 识 别 示 意 图 Fi g 1 Bi o mi me t i c pa t t e r n r e c o gn i t i o n t h e or y 图中,三角形为要识别的样本,圆圈和十字是其 他两类样本 折线为传统线性划分的模式识别方式,大 圆为 R B F神 经 网络 的划分方 式,细 长椭 圆构成 的 折线 代表仿 生模 式识别 的“认 识”方式 可以看 出,仿 生模 式识别 对数 据 集分 布 的 认识 最 精 确,
15、采用 的方 式最合 理 2高维 空间的基本理论 仿生模式识别是在高维空间中对数据进行分析 与处理 的 高维 空 间叉称 为多维 空 间,是 一个 抽象 的 概 念口 ”,是 随着 人们 对 多 维数 字 信 号处 理 的 发展 而发展起来的一门理论 由于在数字信息处理中,所 有信 息都 是 由离散 的信号 即空 间 的点 来 表示 的,所 以近年来 得到 了很大 的发展 需要 说 明的是:笔 者 只 是试 图在应 用领 域 做一 些 初 步 的 阐述 与补 充,并 不 是数 学严格 意 义上 的定 义或 定理 点:用 A,B,c,P等表示 直线:用 以 表 示 A 丽 表示 经 过 点 A,点
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- 关 键 词:
- 仿生 模式识别 算法 实现 应用
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