Однако, если бы это
было так, то разве могли бы мы делать тонкие дифференцировки, необхо-
димые для обычного зрительного восприятия? Возьмем, например, сход-
ство деталей в буквах О и Q или В, Р и R. Хотя эти зрительные паттерны
похожи друг на друга, мы редко их путаем. Значит, эталоны не могут быть
"приблизительными" или "размытыми"- иначе мы слишком часто оши-
бались бы при распознавании образов, что очевидно не так.
Таким образом, сравнение с эталоном как принцип распознавания об-
разов полезно для компьютерных программ (чтение кодов на чеках и т.п.),
но в своей жестой форме оно не может адекватно объяснить разнообра-
зие, точность и экономичность распознавания образов человеком. Подво-
дя итог, скажем, что распознавание образов предполагает проведение опе-
раций с памятью. В простейшем случае можно полагать, что при распоз-
навании образа происходит сопоставление сенсорной информации с неко-
торым следом, хранящимся в памяти.
Абстрагирование зрительной информации. Как мы
предположили, на одном уровне зрительного опознания может происходить
сравнение с эталоном, но на другом уровне могут использоваться прототипы.
Предполагается, что прототип - это абстракция набора стимулов,
воплощающая множество сходных форм одного и того же паттерна.
Прототип позволяет нам распознавать образ, даже если он не идентичен
прототипу, а только похож на него. Так, мы распознаем различные
написания буквы "А" не потому, что они точно подходят к некоторой
ячейке памяти, а потому, что члены класса "А" обладают некоторыми
общими чертами.
Экспериментальные исследования, направленные на подтверждение те-
ории прототипов как средства распознавания образов, часто обращались к
вопросу о том, как формируются прототипы и как обеспечивается быстрая
классификация новых паттернов. Этот вопрос не нов; он беспокоил епис-
копа Беркли (Berkeley) еще много лет назад:
"Перед его мысленным, взором все изображения треугольников
обладали весьма конкретными свойствами. Они были или
равносторонними, или равнобедренными, или прямоугольными.
треугольниками, и он напрасно искал мысленный образ
"универсального треугольника". Хотя то, что мы имеем в виду
под треугольником, легко определяется вербально, совсем не ясно,
как выглядит "совершенный" треугольник. Мы видим множество
самых разнообразных треугольников: что же из всего этого
множества мы создаем в своих мыслях как основу для опознания
треугольника?" (Цит по: Calfee, 1975, р.222).
Воображаемая Одиссея Беркли о "совершенном" треугольнике
растянулась на несколько столетий и, наконец, стала предметом
эмпирического исследования в эксперименте, который сам стал для многих
прототипом (Posner, Goldsmith, and Welton, 1967). Эти ученые нашли
прототип треугольника (и других фигур), а затем измеряли время реакции
испытуемых на другие фигуры, в чем-то подобные прототипу. В первой
части эксперимента они разработали серию прототипов (Рис.3.8) путем
Распознавание паттернов
93
Рис. 3.8. Четыре паттерна-прототипа и четыре искаженных паттерна треугольника, использо-
ванные в эксперименте Познеро и др. Адаптировано из: Posner, Goldsmith, and Welton (1967J.
расстановки 9 точек в матрице 30х30 (стандартный лист в клеточку, 20
квадратов на дюйм) так, чтобы получились треугольник, буква или
случайная фигура. Путем сдвига этих точек с их исходных позиций были
получены по четыре искаженных фигуры для каждого оригинала. (На
Рис.3.8 показаны также искаженные треугольные паттерны.) Испытуемым
показывали по одному каждый из четырех искаженных паттернов и просили
классифицировать их по прототипам. После того как испытуемые
классифицировали каждый паттерн (они делали это нажатием
соответствующей кнопки), им сообщали, какой из их выборов был верен;
прототип не предъявлялся.
Из этого первого эксперимента стало очевидно, что испытуемые на-
учались относить искаженные паттерны конкретного прототипа к некото-
рой общей категории, тогда как другие паттерны, полученные из другого
прототипа, были отнесены к другой общей категории. За первоначальной
задачей шла задача на перенос, в которой испытуемых просили рассорти-
ровать ряд паттернов по трем предыдущим категориям. Новые наборы
паттернов состояли из: (Остарых искаженных паттернов, (2)новых иска-
женных паттернов (основанных на тех же исходных прототипах) и (3)са-
мих прототипов. Старые искаженные паттерны были классифицированы
правильно и легко - с точностью около 87%, но что более важно, прото-
типы (которых испытуемые никогда не видели и не классифицировали)
были "правильно" классифицированы примерно с тем же успехом. Новые
искаженные паттерны были классифицированы менее удачно, чем другие
два типа. Поскольку прототипы были столь же точно классифицированы,
как и старые искаженные паттерны, это означало, что испытуемые дей-
ствительно что-то узнали о прототипах,- хотя они видели только их
искаженные изображения.
Отличительной чертой этого эксперимента было то, что прототип или
схема классифицировались правильно примерно с той же частотой, что и
первоначально выученные искаженные паттерны и более часто, чем новые
(контрольные) искаженные паттерны. Познер и др. утверждали, что ин-
формация о прототипах была очень эффективно абстрагирована из со-
храненной информации (основанной на искаженных паттернах). Имело
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
94
место не только абстрагирование прототипов из искаженных паттернов; в
самом процессе заучивания паттернов содержалось также знание об их
изменчивости. Возможность того, что верная классификация прототипов
основана на их знакомости (треугольник, буквы F и М) для большинства
людей, была исследована в эксперименте Петерсона, Мегера, Чейта и
Джилли (Peterson, Meagher, Chait, and Gillie, 1973). Их результаты пока-
зали, что прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны наибо-
лее значащих конфигураций легче идентифицируются, чем бессмыслен-
ные прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны. Однако,
там, где степень искажения была велика, оказалось верным противопо-
ложное, т.е. наиболее значимые прототипы опознавались реже, чем мало-
значащие. Такие результаты не противоречат Познеру, но бросают вызов
идее Беркли о взаимодействии между "универсальным треугольником" и
его искаженным паттерном. Видимо, мы абстрагируем прототипы на осно-
ве сохраненной в памяти информации. Очевидно, хорошо знакомые фор-
мы будут подходить к менее широкому диапазону искаженных форм, чем
формы относительно малознакомые. Поиски епископом Беркли "совер-
шенного треугольника" привели к выводу, что все треугольники равны, но
некоторые равнее!
Наши поиски прототипов и наша способность к их абстрагированию,
даже когда мы не воспринимаем их непосредственно, была хорошо проил-
люстрирована в эксперименте Франкса и Брансфорда (Franks and Bransford,
1971). Они составили серию карточек 5х8, которые содержали пары цвет-
ных геометрических фигур, причем на одной карточке был прототип, а на
остальных - его "преобразования". Прототипом, или "базой", служил
маленький треугольник в большом квадрате слева и маленький ромб в
большом круге справа.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185
было так, то разве могли бы мы делать тонкие дифференцировки, необхо-
димые для обычного зрительного восприятия? Возьмем, например, сход-
ство деталей в буквах О и Q или В, Р и R. Хотя эти зрительные паттерны
похожи друг на друга, мы редко их путаем. Значит, эталоны не могут быть
"приблизительными" или "размытыми"- иначе мы слишком часто оши-
бались бы при распознавании образов, что очевидно не так.
Таким образом, сравнение с эталоном как принцип распознавания об-
разов полезно для компьютерных программ (чтение кодов на чеках и т.п.),
но в своей жестой форме оно не может адекватно объяснить разнообра-
зие, точность и экономичность распознавания образов человеком. Подво-
дя итог, скажем, что распознавание образов предполагает проведение опе-
раций с памятью. В простейшем случае можно полагать, что при распоз-
навании образа происходит сопоставление сенсорной информации с неко-
торым следом, хранящимся в памяти.
Абстрагирование зрительной информации. Как мы
предположили, на одном уровне зрительного опознания может происходить
сравнение с эталоном, но на другом уровне могут использоваться прототипы.
Предполагается, что прототип - это абстракция набора стимулов,
воплощающая множество сходных форм одного и того же паттерна.
Прототип позволяет нам распознавать образ, даже если он не идентичен
прототипу, а только похож на него. Так, мы распознаем различные
написания буквы "А" не потому, что они точно подходят к некоторой
ячейке памяти, а потому, что члены класса "А" обладают некоторыми
общими чертами.
Экспериментальные исследования, направленные на подтверждение те-
ории прототипов как средства распознавания образов, часто обращались к
вопросу о том, как формируются прототипы и как обеспечивается быстрая
классификация новых паттернов. Этот вопрос не нов; он беспокоил епис-
копа Беркли (Berkeley) еще много лет назад:
"Перед его мысленным, взором все изображения треугольников
обладали весьма конкретными свойствами. Они были или
равносторонними, или равнобедренными, или прямоугольными.
треугольниками, и он напрасно искал мысленный образ
"универсального треугольника". Хотя то, что мы имеем в виду
под треугольником, легко определяется вербально, совсем не ясно,
как выглядит "совершенный" треугольник. Мы видим множество
самых разнообразных треугольников: что же из всего этого
множества мы создаем в своих мыслях как основу для опознания
треугольника?" (Цит по: Calfee, 1975, р.222).
Воображаемая Одиссея Беркли о "совершенном" треугольнике
растянулась на несколько столетий и, наконец, стала предметом
эмпирического исследования в эксперименте, который сам стал для многих
прототипом (Posner, Goldsmith, and Welton, 1967). Эти ученые нашли
прототип треугольника (и других фигур), а затем измеряли время реакции
испытуемых на другие фигуры, в чем-то подобные прототипу. В первой
части эксперимента они разработали серию прототипов (Рис.3.8) путем
Распознавание паттернов
93
Рис. 3.8. Четыре паттерна-прототипа и четыре искаженных паттерна треугольника, использо-
ванные в эксперименте Познеро и др. Адаптировано из: Posner, Goldsmith, and Welton (1967J.
расстановки 9 точек в матрице 30х30 (стандартный лист в клеточку, 20
квадратов на дюйм) так, чтобы получились треугольник, буква или
случайная фигура. Путем сдвига этих точек с их исходных позиций были
получены по четыре искаженных фигуры для каждого оригинала. (На
Рис.3.8 показаны также искаженные треугольные паттерны.) Испытуемым
показывали по одному каждый из четырех искаженных паттернов и просили
классифицировать их по прототипам. После того как испытуемые
классифицировали каждый паттерн (они делали это нажатием
соответствующей кнопки), им сообщали, какой из их выборов был верен;
прототип не предъявлялся.
Из этого первого эксперимента стало очевидно, что испытуемые на-
учались относить искаженные паттерны конкретного прототипа к некото-
рой общей категории, тогда как другие паттерны, полученные из другого
прототипа, были отнесены к другой общей категории. За первоначальной
задачей шла задача на перенос, в которой испытуемых просили рассорти-
ровать ряд паттернов по трем предыдущим категориям. Новые наборы
паттернов состояли из: (Остарых искаженных паттернов, (2)новых иска-
женных паттернов (основанных на тех же исходных прототипах) и (3)са-
мих прототипов. Старые искаженные паттерны были классифицированы
правильно и легко - с точностью около 87%, но что более важно, прото-
типы (которых испытуемые никогда не видели и не классифицировали)
были "правильно" классифицированы примерно с тем же успехом. Новые
искаженные паттерны были классифицированы менее удачно, чем другие
два типа. Поскольку прототипы были столь же точно классифицированы,
как и старые искаженные паттерны, это означало, что испытуемые дей-
ствительно что-то узнали о прототипах,- хотя они видели только их
искаженные изображения.
Отличительной чертой этого эксперимента было то, что прототип или
схема классифицировались правильно примерно с той же частотой, что и
первоначально выученные искаженные паттерны и более часто, чем новые
(контрольные) искаженные паттерны. Познер и др. утверждали, что ин-
формация о прототипах была очень эффективно абстрагирована из со-
храненной информации (основанной на искаженных паттернах). Имело
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
94
место не только абстрагирование прототипов из искаженных паттернов; в
самом процессе заучивания паттернов содержалось также знание об их
изменчивости. Возможность того, что верная классификация прототипов
основана на их знакомости (треугольник, буквы F и М) для большинства
людей, была исследована в эксперименте Петерсона, Мегера, Чейта и
Джилли (Peterson, Meagher, Chait, and Gillie, 1973). Их результаты пока-
зали, что прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны наибо-
лее значащих конфигураций легче идентифицируются, чем бессмыслен-
ные прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны. Однако,
там, где степень искажения была велика, оказалось верным противопо-
ложное, т.е. наиболее значимые прототипы опознавались реже, чем мало-
значащие. Такие результаты не противоречат Познеру, но бросают вызов
идее Беркли о взаимодействии между "универсальным треугольником" и
его искаженным паттерном. Видимо, мы абстрагируем прототипы на осно-
ве сохраненной в памяти информации. Очевидно, хорошо знакомые фор-
мы будут подходить к менее широкому диапазону искаженных форм, чем
формы относительно малознакомые. Поиски епископом Беркли "совер-
шенного треугольника" привели к выводу, что все треугольники равны, но
некоторые равнее!
Наши поиски прототипов и наша способность к их абстрагированию,
даже когда мы не воспринимаем их непосредственно, была хорошо проил-
люстрирована в эксперименте Франкса и Брансфорда (Franks and Bransford,
1971). Они составили серию карточек 5х8, которые содержали пары цвет-
ных геометрических фигур, причем на одной карточке был прототип, а на
остальных - его "преобразования". Прототипом, или "базой", служил
маленький треугольник в большом квадрате слева и маленький ромб в
большом круге справа.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185