深入解析机器学习中的模式识别概念

人的大脑具备模式识别能力，可以轻松地将所见信息与记忆中的信息相匹配。而在机器学习中，模式识别是一种通过识别共同特征将数据库中的信息与传入数据进行匹配的技术。

模式识别是如何工作的？

1.数据采集​​和预处理

模式识别系统可以处理各种类型的数据，如文本、视频、音频等，并进行数据预处理。该阶段至关重要，它主要关注数据的扩充和过滤系统噪音。

2.数据表示

神经网络分析过滤后的数据以获取和发现有意义的信息。这些提取的特征被分割成构成模式的内容。

3.决策制定

已识别的固有模式和见解被输入到模型l中，用于基于业务用例的类别预测、聚类预测或价值预测。

模式识别的两种情况

模式识别是机器学习的一个分支，强调对数据模式的识别。模式识别通常是分类或归类任务。这些类别要么由系统定义，要么根据模式之间的相似性学习。

探索性模式识别

旨在识别一般数据模式。这些算法专注于寻找数据中的隐藏模式或特征集群。他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它们识别为预定义类的一部分。它主要使用监督分类。

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：

统计模式识别

顾名思义，该模型依靠历史数据点和统计技术从数据中学习特征和模式。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。

模式根据其特征进行分组，特征的数量决定了模式如何被视为d维空间中的一个点。它遵循这种简单的技术来识别模式：

表示，可能通过n维向量空间来识别对象的相关方式。

概括，可以从示例集的给定表示中导出的规则和概念，因此可以应用于看不见的数据点。

评估，评估系统性能的模型的准确性和可信度估计。

句法模式识别

由于其潜在的复杂性，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，统计模式识别是不够的。但是，可以根据数据模式的结构相似性对数据进行分类。这就是句法模式识别技术适用于图片识别和场景分析的原因，在这些领域模式复杂且特征数量众多。

将复杂的模式分解为更简单的分层子模式对于识别图像中的道路、河流或人类，或文本中的句法和语法非常有用。

神经模式识别

到目前为止，它是检测模式最流行的技术，这要归功于它可以处理的复杂性。

人工神经网络是一种以神经网络架构为模型的计算系统，类似于人脑处理复杂信号的方式。

它可以学习识别各种数据类型中的模式，并有效地处理未知数据。

模板匹配

使用模板匹配的对象识别。该技术将对象的特征与预定义的模板进行匹配，并通过代理来识别对象。通常用于机器人、车辆跟踪等领域的计算机视觉对象检测，以找到与模板匹配的图像的小部分。

模式识别的优势

1.模式识别有助于解决分类场景，例如生物识别检测问题，以及在医学影像中将结节分类为肿瘤/非肿瘤细胞。

2.模式识别对于物体检测很有用，特别是对于识别远处和隐藏的物体，或者在与输入数据不同的角度可见的物体。人工智能模型可以进行细微的观察并关联大量数据中的多种模式，这是模式识别最有价值的应用之一。

3.模式识别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一般外推预测。

模式识别的挑战

1.模式识别往往需要大量数据。换句话说，需要大量训练数据来训练神经网络进行模式分析。存储如此庞大的数据量可能会进一步限制模式识别应用。

2.数据质量问题。机器学习算法的训练数据应该来自可靠的来源。它应该没有妨碍神经网络固有模式识别和决策能力的偏差和噪声。

3.训练时间长。识别出的模式不仅难以分析，而且需要花费大量时间来收集数据、预处理数据和训练模型。

模式识别的应用实例

1.股市预测

预测未来股票价值是最具挑战性的任务之一。最初，使用线性和决策机器学习模型，但现在也使用深度学习模型。许多交易者使用图表模式，并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和进行股市预测。

2.用户研究

模式识别作为一种描述数据的方式，通过突出其独特的特征，这些特征本身就是模式。它用于分析可用的用户数据并按选定的功能对其进行细分。

3.文本模式识别

模式识别是一种识别文本构建块的方法，例如单词、语法及其遵循的模式。这用于语法检查、机器翻译、内容分类等。

4.客户的反馈意见

模式识别系统在客户反馈和产品评论中寻找有用的信息。这包括使用的关键字、客户的感受以及他们想要什么。这对于竞争对手和市场分析之类的事情很重要。

5.光学字符识别(OCR)

光学字符识别(OCR)技术可将扫描的文档、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。OCR消除了手动数据输入的需要，从而节省了时间并提高了效率。要执行OCR，首先要对数字图像进行分割和处理以检测光学图案。然后将这些图案分类为字母、数字、符号等。

6.聊天机器人

每个聊天机器人都通过使用机器学习算法根据句子的固有模式对文本进行分类并产生合适的响应来工作。系统的管理员负责将所有可能的模式映射到一组可能的响应。这种以自然语言处理为核心的技术是模式识别应用的又一优秀范例。

7.图像识别

在图像中，模式识别可用于查找边缘、线条和形状。适用于图像处理、计算机视觉等。