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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 · 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.