第章測試智能信息處理

7/2/20231數據結構智能信息處理與算法

IntelligentInformationProcessingandAlgorithm

李勇明

yongmingli@

重慶大學通信工程學院一、智能信息處理是一門綜合性的交叉學科，是信息科學的前沿領域，主要研究利用智能技術對信息進行處理的理論、方法與技術。二、開設智能信息處理課程的必要性：

國家信息化發(fā)展的需要；學科理論發(fā)展的需要；培養(yǎng)高素質信息處理人才的需要。國家《2006—2020年國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》規(guī)劃中指出，信息化是充分利用信息技術，開發(fā)利用信息資源，促進信息交流和共享，提高經濟增長質量，推動經濟社會發(fā)展轉型的歷史進程。20世紀90年代以來，信息技術不斷創(chuàng)新，信息產業(yè)持續(xù)發(fā)展，信息網絡廣泛普及，信息化成為全球經濟社會發(fā)展的顯著特征，并逐步向一場全方位的社會變革演進。

課程說明三、智能信息處理研究的主要內容

——概述

——具體主要智能信息處理方法

——智能信息處理方法的實現及應用研究四、智能信息處理的特點（1）智能信息處理是人工智能與信號信息處理相結合的產物（2）智能信息處理的基礎理論：數據融合、神經計算、模糊計算、進化計算，等（3）以智能信息處理為主要計算方法

智能信息處理：是人工智能技術與信息技術結合的產物，廣泛地模擬人的智能來處理各種復雜信息，包括非結構化信息、海量信息、不完全信息、不確定信息、模糊信息、多媒體信息、時間空間信息、認知信息等。主要技術與方法：數學統(tǒng)計、神經網絡信息處理、模糊計算、進化計算，等。五、智能信息處理的應用智能通信、機器人、智能信號與信息處理、智能交通、智能醫(yī)療，等

第1章概述信息技術組成部分主要歷史發(fā)展主要技術分類目前研究現狀和趨勢信息技術組成部分信息獲取信息傳輸信息處理信息應用信息源1.1智能計算及其主要發(fā)展歷史20世紀90年代，符號物理和連接機制結合1992年，智能計算依靠數字材料生物智能、人工智能、智能計算人工神經網絡為主導，與模糊邏輯系統(tǒng)、進化計算以及信號與信息學科的綜合集成人工神經網絡特點：并行性、互連性、存儲分布性、非線性、容錯性、結構可變性、計算非精確性模糊計算特點：非確定性進化計算特點：并行性、隨機性1.2智能信息處理的主要技術神經計算技術BP,RBF,Hopfield,隨機型,自組織競爭型權值計算，優(yōu)化，軟硬件實現，應用模糊計算技術模糊邏輯，粗糙集應用進化計算技術GA,Tabu，PSO，ACO軟硬件實現，應用1.2.1神經計算技術NAPAN的提出和簡化非線性（nonlinear），適應的（adaptive），并行的（parallel），模擬的（analogy），網絡（network）神經網絡接近人腦的表現與符號主義的區(qū)別前者：認知的基本元素是神經細胞，認知過程是大量神經細胞的連接引起神經細胞的不同興奮狀態(tài)和系統(tǒng)表現出的總體行為。后者：認知的基本元素是符號，認知過程是對符號表示的運算。PCASVM神經稅軸突渣與人斥工神萌經網轟絡簡刑圖神經排網絡步接近仗人腦恩的表筑現能夠悶處理遵連續(xù)惰的模啦擬信選號（濫例如鄰連續(xù)須變換叛的圖充像信屈號）能夠酸處理華不精欣確的柴、不致完全裕的模洞糊信監(jiān)息。馮.諾依筋曼計雙算機目給出搜的是沒精確刊解，河神經脹網絡霞給出匪的是帳次最尾優(yōu)的寄逼近榴解。神經胸網絡礎并行羨分布俱工作也，各副組成湯部分葛同時城參與室計算探；單過個神性經元由的動罩作速嶺度不熔快，鞠但網畫絡總封體的急處理蔽速度商極快奪。神經檢網絡盜具有勿魯棒森性，傻即信巨息分專布于帥整個邁網絡破各個扶權重拖變換眠之中隊，某薦些單峽元的繪障礙虧不會欲影響侮網絡夠的整醬體信拜息處篇理功蜘能。神經辨網絡肅具有晝較好榴的容俱錯性太，即價在只狂有部雜分輸草入條檢件，切甚至班包含榮了錯遵誤輸寧入條遇件的悲情況培下，會網絡利也能扣給出總正確邀的解臥。神經捕網絡駝在處宣理自垮然語感言理旅解、軍圖像諸識別艱、智辭能機腦器人作控制植等疑縱難問碧題方潔面具擺有獨侵特的糧優(yōu)勢劉。PC昏A（pr郵in抓ci數pa莊l湯co蹈mp頃on府en頑ts春a痰na惜ly疊si撈s）一種叫簡化震數據鼓集的缺技術付。它饞是一曬個線情性變聚換?；疬@個編變換南把數慚據變橡換到伍一個孕新的猴坐標旋系統(tǒng)尼中，端使得滾任何莫數據您投影酒的第籌一大越方差紀在第疤一個甩坐標戴（稱掏為第工一主殲成分輩）上撫，第討二大管方差粗在第詠二個勻坐標剩（第淋二主石成分宴）上飾，依泳次類狗推澤。主懼成分耐分析貍經常譽用減謎少數低據集炊的維須數，更同時紅保持銜數據者集的躬對方甲差貢流獻最膊大的物特征嫂。設法既將原寒來變吃量重距新組桶合成植一組揪新的匆互相慮無關屆的幾未個綜耗合變啄量，漫同時震根據概實際胳需要瘋從中堡可以雖取出守幾個未較少清的綜各合變腦量盡瀉可能芽多地篇反映虧原來瞇變量盯的信陶息的搜統(tǒng)計茄方法訂叫做放主成居分分蘋析或咳稱主桑分量訴分析里，也水是數劈燕學上千處理喂降維巴的一葬種方若法。與用變全維早觀測執(zhí)空間柳相比招，可鎖以更聽好的旗推廣遼到獨色立于旨訓練捷集的秒數據時間忌代價蟲小SV宰M支持廁向量但機是線將向妥量映柔射到責一個矮更高袍維的擔空間律里，兇在這膛個空紀間里冶建立具有一仍個最框大間義隔超念平面艇。在承分開教數據羊的超乒平面處的兩默邊建礦有兩烘?zhèn)€互碑相平皇行的貨超平鼓面。街分隔惱超平貍面使貪兩個撿平行鞭超平繭面的魔距離他最大晴化。辯假定楚平行倚超平賄面間側的距否離或泛差距禮越大瓜，分咐類器未的總侵誤差回越小悟。對支然持向言量的能分類宰等價行于對超整個菠樣本呼集的歇分類針對躲小樣延本情激況1.韻2.簽2模糊榜計算侵技術模糊絹理論惠的提稿出（央不相郊容原厚理）與其長它方釘法的餡主要剪區(qū)別無需帳提供射數據添之外春的先猶驗信擇息模糊幣邏輯模仿眾人腦閘的不呆確定羊性概撲念判偷斷、塔推理鍛思維踩方式嗚，對象于模啊型未壇知或銳不能搶確定默的描尿述系臉統(tǒng)，佛應用趕模糊仔集合糖和模戲糊規(guī)壞則進忙行推京理，檔表達信過渡伯性界霉限或牌定性鏡知識烘經驗幻玉，模艷擬人但腦方鼠式，傅實行招模糊叉綜合鑒判斷鈴，推刪理解仔決常環(huán)規(guī)方曾法難師于對斤付的姻規(guī)則斥型模姿糊信趣息問朋題。馳模糊解邏輯守善于婦表達止界限爆不清屑晰的夾定性妥知識袖與經大驗駐，它慣借助題于隸嗎屬度呀函數蝴概念付，區(qū)哈分模炒糊集噸合，救處理咳模糊躍關系尼，模塑擬人味腦實釘施規(guī)宣則型縮慧推理兆，解奏決因輸“排辱中律挑”的眾邏輯的破缺以產生擺的種循種不海確定錯問題罷。處理顆部分也真實東概念織的布紋爾邏記輯擴類展。蓄經典掉邏輯殖堅持悲所有暴事物(陳述)都可南以用鵲二元簽項(0或1，黑竄或白烏，是它或否)來表拋達，絨而模說糊邏叛輯用真實瓣度替代筐了布茄爾真映值。但這些面陳述醫(yī)表示輛實際批上接絡近于暢日常板人們梯的問趕題和哨語意盯陳述棄，因徒為“曲真實端”和統(tǒng)結果晴在多眠數時靠候是連部分(非二鋪元)的和/或不精精確傷的(不準雜確的臥，不覆清晰主的，柱模糊閣的)。應用1.筒2.紐奉3粗糙競集它是列一種結刻劃護不完爛整性繞和不陣確定慎性的麻數學都工具,能有磚效地近分析濕不精郊確,不一輩致,不完濱整等昆各種設不完室備的角信息,還可康以對叫數據憐進行稻分析計和推酒理,從中壞發(fā)現食隱含筐的知肢識,揭示銳潛在達的規(guī)掛律.粗糙燃集理沃論是寺建立更在分警類機匯制的括基礎體上的,它將然分類申理解棗為在暑特定騾空間中上的叼等價答關系,而等建價關款系構孤成了集對該頓空間右的劃體分.粗糙給集理例論將妹知識朗理解爺為對悟數據戀的劃棋分,每一疼被劃畢分的播集合郊稱為車概念.粗糙湊集理患論的所主要扇思想墳是利紹用已疑知的替知識郊庫,將不煤精確道或不秩確定愈的知劑識用況已知似的知僚識庫婚中的悶知識齊來(近似)刻畫.該理洞論與捐其他椒處理易不確凱定和緒不精敬確問另題理蔑論的紡最顯歌著的乞區(qū)別粒是它立無需湊提供鉤問題轎所需稅處理估的數胞據集侮合之梁外的爸任何唐先驗論信息,所以天對問上題的約不確始定性毫的描狼述或施處理舉可以古說是登比較嫂客觀掃的應用匯舉例1.柳2.價4進化箏計算帽技術為什堡么要御研究根？遺傳膊算法蟻群鞠算法微粒裝群算榨法（款粒子旋群算睬法）為什閣么？遺傳之算法堂（Ge輔ne錄ti擔c慎Al附go鎖ri譽th催m，GA）在遺潔傳算攝法里飽，優(yōu)積化問撿題的票解被奧稱為萌個體秧，它替表示海為一面?zhèn)€變膛量序秒列，垮叫做染色這體或者基因串。染婦色體窩一般損被表度達為膛簡單雞的字胞符串不或數滑字串沸，不求過也悠有其件他的窩依賴犬于特桂殊問囑題的亞表示誦方法干適用團，這插一過縣程稱渾為編謠碼。震首先范，算愿法隨機生成善一定冬數量紗的個衡體，熱有時尚候操性作者丙也可禁以對捷這個汗隨機場產生妙過程芳進行址干預老，以維提高甘初始渴種群蘆的質做量。萬在每穗一代讓中，薦每一潮個個腐體都輛被評追價，眉并通屋過計處算適應載度函投數得到禁一個適應常度數值浙。種蒙群中粗的個花體被轎按照患適應但度排序，適銹應度愿高的橋在前線面。旁這里伍的“遵高”界是相見對于瘡初始饅的種族群的辣低適撲應度黎來說條的。算法炸主要迅流程算法選擇己初始伍生命渡種群循環(huán)評價籃種群刮中的間個體綢適應車度以比挎例原幟則（功分數卸高的流挑中衛(wèi)機率歌也較支高）惕選擇袖產生傭下一帽個種企群（艱輪盤墨法ro彎ul碧et置te愛w深he遼el尊s校el不ec繞ti和on、競或爭法to墊ur詠na盟me望nt欺s口el御ec猶ti劃on及等壯級輪卵盤法Ra藝nk飽B甘as膠ed憂W科he要el遲S論el紋ec允ti例on）。取不僅膀僅挑私分數防最高偷的的希原因個是這朽么做打可能斗收斂喇到局歇部的閥最佳雕點，府而非估整體包的。改變隙該種認群（咽交叉苗和變惰異）直到忙停止勢循環(huán)耍的條堤件滿總足主要物參數種群怎規(guī)模(P沃,p櫻op工ul得at專io視n賴si盾ze屬)：即巖種群癢中染朽色體歇個體春的數倍目。字串痕長度(l段,根st稠ri菠ng溝l資en唐gt辮h)交叉東概率(p靈c,愛p字ro雪ba權bi急li單ty趙o碌f浪pe才rf尼or流mi周ng慣c禿ro廈ss鏡ov牢er維)：控暢制著臟交叉互算子抵的使容用頻憤率。校交叉嫂操作棚可以者加快溫收斂脂，使蠅解達荷到最炸有希步望的安最優(yōu)敏解區(qū)鼓域，勞因此男一般糾取較堡大的賭交叉戒概率努，但客交叉障概率訊太高暈也可因能導盼致過鉗早收手斂。變異張概率(p脆m,族p柜ro指ba認bi送li伏ty子o揉f晨mu罩ta后ti全on云)：控恐制著盈變異幫算子匹的使恥用頻尊率。中止搶條件(t料er褲mi橫na爹ti耍on鼓c配ri皆te嫁ri昂a)應用遺傳林計算牧、遺橋傳編話程、丹遺傳驢學習優(yōu)化東神經疑網絡數值披優(yōu)化宇、圖矮像處友理、很儀器農參數歐優(yōu)化立、工蠟程設糾計，永搜索噴，等蟻群甜算法愈（An肉t筒Co托l(wèi)o本ny奸O腸pt鈴im宜iz動at偽io少n，AC碰O）是一名種用灑來在里圖中娘尋找巧優(yōu)化獄路徑珍的機芬率型域算法紹。它皇由Ma航rc斤o表Do層ri雹go于19范92年在想他的仇博士醫(yī)論文嗚中提丟出，傅其靈璃感來智源于米螞蟻知在尋奪找食胳物過磨程中寸發(fā)現升路徑擴的行匯為。菊蟻群喘算法妖是一字種模旦擬進迅化算重法,初步步的研侍究表并明該站算法唱具洗有許蔥多優(yōu)愧良的量性質.針對PI粱D控制悲器參裝數優(yōu)盈化設的計問熟題,將蟻負群算杜法設混計的營結果域與遺可傳算起法設哲計的世結果都進行標了比訂較,數值覆仿真絕結果史表明,蟻群咽算法瞇具有市一種喚新的縣模達擬進肝化優(yōu)篩化方耍法的趴有效濫性和霞應用校價值主要傍規(guī)則主要堪參數最大漆信息鍵素：番螞蟻味在一拆開始烈擁有斗的信殘息素磁總量蛙，越獄大表蔽示程杜序在啄較長命一段郊時間乖能夠融存在濤信息寒素。貓信息殺素消敗減的浩速度床：隨壁著時冠間的脈流逝介，已也經存訂在于旦世界斃上的打信息肢素會澇消減勺，這追個數薄值越陷大，態(tài)那么宿消減卡的越架快。錯誤雜概率短：表舒示這肝個螞匪蟻不烘往信紫息素并最大猛的區(qū)優(yōu)域走和的概粱率，倉越大捧則表崇示這搜個螞脅蟻越仗有創(chuàng)界新性絨。速度甘半徑手：表神示螞嗎蟻一盯次能貧走的接最大墨長度圾，也蟲表示赴這個漫螞蟻陣的感衰知范宏圍。記憶你能力豆：表仁示螞榮蟻能言記住吳多少鞠個剛嚷剛走浪過點盲的坐趣標，輪這個四值避唇免了爭螞蟻野在本輸地打節(jié)轉，此停滯頓不前歇。而領這個腰值越粥大那棕么整紐奉個系勁統(tǒng)運血行速習度就喬慢，舅越小慰則螞稍蟻越情容易塵原地姜轉圈娛。粒子誘群算襖法（Pa歸rt豬ic蘇le混S肥wa信rm簡O安pt榮im泳iz印at槽io撓n，PS漁O）PS喇O算法霉屬于客進化魄算法俊的一動種，旱和遺傳養(yǎng)算法相漢似，梨它也北是從兇隨機邪解出恐發(fā)，割通過環(huán)迭代職尋找量最優(yōu)會解，捷它也絹是通糟過適芳應度蔑來評衫價解過的品折質，愛但它棄比遺息傳算拆法規(guī)劣則更抄為簡付單，醉它沒掏有遺斥傳算姥法的溉“交脆叉”(C禽ro驚ss擾ov椅er滔)和“鴉變異擔”(M社ut菌at垮io葛n)操作盜，它扶通過更追隨喝當前機搜索撿到的恥最優(yōu)疫值來首尋找票全局堪最優(yōu)藥。這調種算資法以馬其實涉現容胸易、懇精度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