从图像到语音：机器学习与模式识别到底是什么关系？

对人类来说，模式识别是一种大脑中的认知过程。
我们可以轻松地将接收到的信息与记忆中存储的数据进行匹配，例如，大脑可以立即区分花朵和动物的图像，或者在浏览抖音时迅速识别出老朋友的面孔。
这种能力不仅体现了人类大脑的惊人效率，也是我们日常生活中不可或缺的一部分。
无论是在自然环境中辨认植物和动物，还是在数字世界中识别图像和文本，我们的大脑都能迅速地对信息进行分类和识别，帮助我们做出快速反应和决策。
这种模式识别的能力是人类智能的一个重要方面，也是现代机器学习技术试图模仿和实现的关键功能。


模式识别与机器学习

当我们将接触到的信息与存储在记忆中的数据进行匹配时，我们的大脑就会进行模式识别，体内的模式识别受体（PRR）具有识别和处理致病和损伤相关分子模式的特定任务。但这只是生物学，而不是技术。
在机器学习中，模式识别是一种通过识别共同特征将数据库中存储的信息与输入数据进行匹配的技术。
有时人们会混淆机器学习和模式识别。为了简化这一点，我们可以假设模式识别是机器学习的一部分。
什么是模式识别？
模式识别是机器学习的一个分支，它使用数据分析来识别传入的模式和规律。这些数据可以是任何内容，从文本和图像到声音或其他可定义的特性。



数据模式识别

这项技术可以快速准确地识别出不熟悉的物体中部分隐藏的模式。模式识别涉及根据从过去的表征中统计得出的知识对数据点进行分类和聚类。
数据特征的模式识别
模式识别涉及将原始数据实体处理成聚类模式或特征。
模式是数据特征，可以是连续的，例如语音的频谱特征，也可以是离散/二进制的，例如文本或图像。模式通常具有矢量表示。



模式识别模型的不同类型输入数据的示例


机器学习模型通过数学方法，利用统计模式识别技术，从输入数据中学习并识别模式。
这些模式结合特定领域的知识，以及从数据中提取的关键特征，被抽象化并分类到相应的目标类别中。


模式识别如何工作？

现在，让我们继续讨论模式识别技术的组成部分：
寻找数据中的模式

• 数据采集和预处理：模式识别系统处理任何类型数据（如文本、视频、音频等）的关键阶段。此阶段至关重要，因为它专注于数据增强和过滤系统中的噪声。
  
• 数据表示：神经网络随后分析过滤后的数据，以得出并发现有意义的信息。提取的特征被分割成构成模式的部分。
  

• 决策：识别出的固有模式和见解输入到模型中，根据业务用例进行类预测（标记数据集）、聚类预测（未标记数据集）或值预测（回归发挥作用）。
  

模式识别的阶段
模式识别是机器学习的一个分支，强调数据模式的识别。它主要包括两个部分：

• 探索性模式识别：旨在识别一般的数据模式。算法专注于寻找数据中的隐藏模式或特征簇。它们主要依赖于将输入模式分配为未定义类的无监督分类。
  

• 描述性模式识别：旨在对检测到的模式进行分类，并将其识别为预定义类别的一部分。它主要使用监督分类。
  

模式识别通常是一种分类或归类任务。类别要么由系统定义（在监督分类的情况下），要么基于模式之间的相似性进行学习（如在无监督分类中）。

模式识别模型的类型

模式识别的主要方法定义了常用的不同类型的模型：

模式识别模型的类型

• 统计模式识别：该模型依靠历史数据点和统计技术来学习数据中的特征和模式。这包括收集观察结果、研究和分析它们以推断可应用于新的、未见过的观察结果的一般规则或概念。
  

• 句法模式识别：由于模式本身的复杂性，包含结构或关系信息的模式很难量化为特征向量。在这种情况下，统计模式识别可能不够有效。句法模式识别技术适用于图像识别和场景分析，因为这些领域的模式很复杂，特征数量也很多。
  

• 神经模式识别：到目前为止，由于它能够处理大量复杂情况，它是最流行的模式检测技术。人工神经网络是一种仿照神经网络结构建模的计算系统，类似于人类大脑处理复杂信号的方式。
  

使用模板匹配进行对象识别

• 模板匹配：该技术将对象的特征与预定义的模板进行匹配，并通过代理识别对象。它通常用于计算机视觉领域，用于机器人、车辆跟踪等领域的物体检测。
  

模式识别的优势与挑战

模式识别技术有其明显的优势和挑战：
优势

• 模式识别有助于解决分类场景，例如生物特征检测问题，以及在医学成像中将结节分类为肿瘤/非肿瘤细胞。
  
• 对于物体检测非常有用，尤其是识别远处和隐藏的物体，或者与输入数据中不同角度可见的物体。
  
• 擅长总结所有特征向量和数据模式，这使其能够预测股票价格并做出准确的推断预测。
  

挑战

• 模式识别往往需要大量数据。需要大量训练数据来训练神经网络进行模式分析。
  
• 数据质量问题。机器学习算法的训练数据应来自可靠来源，它应该没有偏见和噪音。
  
• 训练时间长。识别出的模式不仅难以分析，而且还需要花费大量时间来收集数据、进行预处理和训练模型。
  

模式识别的应用
模式识别在各个行业中有着广泛的应用：

• 股市预测：预测未来股票价值是最具挑战性的任务之一。许多交易员使用图表模式，结合涉及深度学习和 LSTM 的其他模式识别算法来做出交易决策并进行股市预测。
  
• 受众研究：模式识别是一种描述数据的方式，它通过突出数据的独特特征来描述数据。它用于分析可用的用户数据并根据选定的特征对其进行细分。
  
• 文本模式识别：模式识别是一种识别文本构成要素的方法。它可用于语法检查器、机器翻译、内容分类等。
  
• 客户的反馈意见：在商业世界中，文本处理被广泛用于改善客户服务。模式识别系统在客户反馈和产品评论中寻找有用的信息。
  

聊天机器人：幕后运作

• 光学字符识别 (OCR)：光学字符识别是一种技术，可让您将扫描的文档、屏幕截图和其他数字图像转换为可编辑和可搜索的电子文件。
  

扫描并标注的文本示例

• 图像识别：在图像中，模式识别可用于查找边缘、线条和形状。这可用于图像处理、计算机视觉等。
  
• 医学图像识别：计算机视觉技术被用于生物医学成像，以检测肿瘤的存在或识别疾病的发生。
  

X 射线中肺部图像的自动分割

• 视觉图像搜索：搜索引擎和电子商务市场使用的图像处理和计算机视觉依靠模式识别技术来支持图像搜索。
  
• 语音识别：模式识别用于语音激活设备，以识别语音中的模式。
  

说话人识别概述

• 入侵检测情报：模式识别可用于解决安全问题，例如通过社交媒体检测民间骚乱。
  

关键要点

模式识别技术常用于大数据分析，以发现经常或很少出现的固有模式的组合。这些信息构成了数据的特征集，并有助于预测未知数据。
随着模式识别变得越来越具有未来性和智能化，其对人类生活的影响将是巨大的。
模式识别应用的未来在于图像处理领域，如医疗诊断、物体检测、计算机视觉、自然语言处理等等。