← Zpět na přehledROZ / 08
VýkladS komentářem
ROZ 08 · Výklad s komentářem

Strukturní a syntaktické rozpoznávání

Rozpoznávání obrazců VIII · Michal Haindl · podklady 2023–2024.

Místo jediného příznakového vektoru popíšeme části objektu a jejich vztahy. Pracovat budeme se slovy, stromy, gramatikami, automaty a grafy.

SaSbaaSbbaabb
Odvození slova aabb pravidly S → aSb a S → ε.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 1

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Objekt jako části a vztahy

Strukturní rozpoznávání porovnává relační popis objektu s modely. Syntaktické rozpoznávání zkoumá, zda popis dokáže vygenerovat gramatika určité třídy.

Řetězec zachytí pořadí, strom hierarchii a graf obecnější vztahy. Před vlastní analýzou musíme části detekovat a pojmenovat.

SABabcd
Schéma rozkladu na části; konkrétní pravidla definuje text.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 1, 2

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Volba primitiv

Primitivum je základní jednotka v rámci zvoleného popisu, ne absolutně nedělitelný fyzický objekt. Má být rozpoznatelné, stabilní a dostatečné k popisu sledovaných tvarů.

Freemanův řetězový kód zaznamenává směry obrysu. Porovnání slov vyžaduje ošetřit výchozí bod, orientaci, šum a případné chybějící části.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 3, 4

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Gramatika a jazyk

Gramatika obsahuje terminální symboly T, neterminály N, pravidla P a počáteční symbol S. Jazyk tvoří všechna terminální slova odvoditelná ze S.

Pravidlo přepisuje levou stranu na pravou v přípustném kontextu. Odvození poskytuje kromě přijetí také strukturu popisu.

G=(N,T,P,S)
L(G)={w∈T*:S⇒*w}

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 5, 6, 7

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Relace nejsou jen hrany obrázku

Relace je podmnožina kartézského součinu. Binární relace může být reflexivní, symetrická, tranzitivní nebo antisymetrická; tyto vlastnosti jsou nezávislé požadavky.

Ekvivalence rozděluje množinu na třídy. Kompatibilita nemusí být tranzitivní. Obecnou n-ární relaci nelze vždy bezeztrátově nahradit pouhou sadou jejích párových projekcí.

R⊆M1×⋯×Mn

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 7, 8

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Slova a prázdné slovo

Abeceda je konečná množina symbolů. Prázdné slovo značíme ε; prázdný jazyk ∅ neobsahuje ani toto slovo. Σ* obsahuje všechna konečná slova včetně ε.

Jazyk aⁿbⁿ generuje pravidlo S→aSb spolu se S→ε. Texturové gramatiky místo posloupností mohou používat sousednosti primitiv.

L={anbn:n≥0}
S→aSb∣ε
SaSbaaSbbaabb
Odvození slova aabb pravidly S → aSb a S → ε.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 9

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Chomského hierarchie

Regulární gramatiky odpovídají konečným automatům. Bezkontextové gramatiky mají na levé straně jediný neterminál a zachytí například vnořování.

Kontextové gramatiky mají obecně větší sílu, neomezené ještě větší. Vyšší popisná síla přináší složitější analýzu; u obecných gramatik není rozhodování členství obecně rozhodnutelné.

L3⊊L2⊊L1⊊L0

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 10, 11

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Stochastická a fuzzy pravidla

Stochastická gramatika přiřazuje pravděpodobnosti alternativním přepisům. Pro daný levý symbol se jejich pravděpodobnosti sčítají na jedna.

To samo nemusí zaručit, že odvození skončí s pravděpodobností jedna. Fuzzy váhy vyjadřují míru příslušnosti a nepodléhají stejnému normalizačnímu požadavku.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 11, 12

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Pravděpodobnost odvození

V ukázce S→1A, A→0B s pravděpodobností 0,8 a B→0 s pravděpodobností 0,3 vznikne slovo 100 s pravděpodobností 0,24.

Pokud má slovo více odvození, jeho pravděpodobnost je součet jejich pravděpodobností. Cyklus s faktorem 0,56 zde vede ke geometrické řadě s celkovou hmotností jedna.

P(100)=1·0.8·0.3=0.24
∑n=0∞0.44·0.56n=1

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 12, 13

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Grafové gramatiky a síla primitiv

Grafová pravidla přepisují část grafu a určují její napojení do okolí. U řetězce je toto vložení jednodušší, protože má lineární pořadí.

Složitější primitiva mohou zjednodušit gramatiku, ale přesunou obtížnost do detekce a segmentace. Obě části systému je třeba hodnotit společně.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 13

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Konečný automat

Deterministický automat má aktuální stav a pro každý symbol jednoznačný další stav. Přijme slovo, když po jeho přečtení skončí v přijímajícím stavu.

Nedeterministický automat dovoluje více pokračování. Převod na deterministický zachová jazyk, ale může výrazně zvýšit počet stavů. Regulární gramatika a konečný automat popisují stejnou rodinu jazyků.

A=(Q,Σ,δ,q0,F)
SAFab
Částečný deterministický automat přijímající pouze slovo ab; chybějící přechody odmítají.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 14

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Analýza shora a zdola

Top-down parser začíná v S a zkouší rozvinout popis ke vstupu. Bottom-up parser začíná ve vstupu a redukuje části podle pravidel směrem k S.

Výraz a+b×c má respektovat násobení uvnitř sčítání. Neúspěšné slepé větvení není samo o sobě obecný rozhodovací algoritmus pro všechny gramatiky; používáme parser vhodný pro danou třídu.

SABabcd
Schéma rozkladu na části; konkrétní pravidla definuje text.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 14, 15, 16

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Chyby a učení gramatiky

Chybově opravná analýza připouští vložení, smazání či záměnu symbolu a hledá přípustný popis s nízkou cenou změn.

Konečná trénovací sada neurčuje jediný nekonečný jazyk. Potřebujeme induktivní předpoklad, omezení rodiny gramatik nebo negativní příklady. Přesné zapamatování vzorků není zobecnění.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 17

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Crespi-Reghizzi: využití známé struktury

Ukázková metoda předpokládá, že známe závorkování nebo odvozovací strukturu trénovacích slov. Nejdříve vytvoří pravidla pro nejhlouběji uzavřené podřetězce a postupuje k větším celkům.

Podřetězec a se stane samostatným pravidlem; a následované b lze reprezentovat dalším neterminálem. Sjednocení pravidel z více stromů umožní opakování i nové kombinace, které je potřeba kontrolovat.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 18, 19, 20

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Evansova indukční metoda

Z opakujících se podřetězců sestavíme dílčí gramatiky. Poté odstraňujeme duplicitní pravidla a sjednocujeme vhodné neterminály.

Historický příklad končí pravidly S→cA nebo S→bbA a A→aA nebo A→b. Výsledek tedy obsahuje c aⁿ b i bb aⁿ b pro n≥0; generuje více než původních sedm ukázek.

S→cA∣bbA
A→aA∣b

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 20, 21, 22, 23

ROZ 08 · Výklad s komentářem

Porovnávání grafů

Izomorfismus hledá bijekci vrcholů zachovávající hrany v obou směrech. Podgrafový izomorfismus hledá odpovídající část většího grafu.

U reálných dat bývá potřebné přibližné porovnání s cenou změny vrcholu či hrany. Požadavek přesné shody může být příliš citlivý na chybu detekce primitiv.

Michal Haindl · podklad 2023–2024 · tematický přepis GRAFIT. Zdrojové PDF · strany 23

ROZ 08 · Interaktivní doplněk GRAFIT

Gramatika S → aSb | ab

Vyzkoušejte · doplněk GRAFIT

Konstruovaný didaktický model. Měňte vstupy a sledujte výpočet; nejde o naměřený výkon ani plný učící algoritmus.

ROZ 08 · Řešený příklad · doplněk GRAFIT

Jazyk aⁿbⁿ

Gramatika S → aSb | ab vytváří řetězce aⁿbⁿ pro n ≥ 1. Například aabb odvodíme S ⇒ aSb ⇒ aabb. Řetězec abab do tohoto jazyka nepatří. Je to ilustrace gramatiky, nikoli plný model obrazu.

Syntaktická přijatelnost a významová správnost jsou různé vlastnosti. Ukázkový rozpoznávač řetězců níže není obecný parser všech gramatik.

ROZ 08 · Ověření porozumění · doplněk GRAFIT

Zkuste si odpovědět

Patří abab do jazyka vytvořeného pravidly S → aSb | ab?

Zobrazit vysvětlení

Ne. Všechny symboly a musejí předcházet všem symbolům b a jejich počty musejí být stejné a kladné.

ROZ 08 · Shrnutí souvislostí · komentář GRAFIT

Proč nestačí vektor

U některých úloh je důležité uspořádání částí: pořadí znaků, sousednost segmentů nebo vazby v grafu. Strukturální reprezentace toto uspořádání zapisuje přímo, místo aby je vždy převáděla do pevného seznamu čísel.

ROZ 08 · Shrnutí souvislostí · komentář GRAFIT

Primitiva a relace

Primitiva jsou základní rozpoznané části, relace popisují jejich vztahy. Volba primitiv a jejich spolehlivá detekce je klíčová. Chyba segmentace může způsobit, že správný objekt do zvolené struktury vůbec nezapadne.

ROZ 08 · Shrnutí souvislostí · komentář GRAFIT

Gramatika a rozbor

Gramatika určuje, jak lze z terminálních symbolů pravidly vytvořit přípustný objekt. Parser zkoumá, zda a jak lze vstup odvodit. Síla gramatiky ovlivňuje vyjadřovací schopnost i složitost rozboru.

ROZ 08 · Shrnutí souvislostí · komentář GRAFIT

Nejisté pozorování

Reálné symboly či relace bývají chybné nebo neúplné. Pravděpodobnostní modely, nákladové opravy nebo tolerantní párování dovolují nejistotu vyjádřit. Samotná existence odvození ještě neznamená nejpravděpodobnější význam.

ROZ 08 · Provenience

Podklady a způsob zpracování

Autor původních podkladů: Michal Haindl, FIT ČVUT / ÚTIA AV ČR, 2023–2024. Český tematický přepis, vysázení a didaktické doplňky: GRAFIT, 2026.

Tato verze slučuje postupná odhalení a vysvětluje témata vlastními větami. Není doslovnou reprodukcí každé původní tabulky ani náhradou aktuálních organizačních pokynů. Zdrojové PDF zůstává beze změny; žádný původní snímek zde není vložen jako obrázek.

Stáhnout původní PDFAutorský zdrojMapa témat a SHA-256

Obsah přednášky

Moje poznámky

Ukládají se jen v tomto prohlížeči.