第章测试智能信息处理

7/2/20231数据结构智能信息处理与算法

IntelligentInformationProcessingandAlgorithm

李勇明

yongmingli@

重庆大学通信工程学院一、智能信息处理是一门综合性的交叉学科，是信息科学的前沿领域，主要研究利用智能技术对信息进行处理的理论、方法与技术。二、开设智能信息处理课程的必要性：

国家信息化发展的需要；学科理论发展的需要；培养高素质信息处理人才的需要。国家《2006—2020年国家信息化发展战略》规划中指出，信息化是充分利用信息技术，开发利用信息资源，促进信息交流和共享，提高经济增长质量，推动经济社会发展转型的历史进程。20世纪90年代以来，信息技术不断创新，信息产业持续发展，信息网络广泛普及，信息化成为全球经济社会发展的显著特征，并逐步向一场全方位的社会变革演进。

课程说明三、智能信息处理研究的主要内容

——概述

——具体主要智能信息处理方法

——智能信息处理方法的实现及应用研究四、智能信息处理的特点（1）智能信息处理是人工智能与信号信息处理相结合的产物（2）智能信息处理的基础理论：数据融合、神经计算、模糊计算、进化计算，等（3）以智能信息处理为主要计算方法

智能信息处理：是人工智能技术与信息技术结合的产物，广泛地模拟人的智能来处理各种复杂信息，包括非结构化信息、海量信息、不完全信息、不确定信息、模糊信息、多媒体信息、时间空间信息、认知信息等。主要技术与方法：数学统计、神经网络信息处理、模糊计算、进化计算，等。五、智能信息处理的应用智能通信、机器人、智能信号与信息处理、智能交通、智能医疗，等

第1章概述信息技术组成部分主要历史发展主要技术分类目前研究现状和趋势信息技术组成部分信息获取信息传输信息处理信息应用信息源1.1智能计算及其主要发展历史20世纪90年代，符号物理和连接机制结合1992年，智能计算依靠数字材料生物智能、人工智能、智能计算人工神经网络为主导，与模糊逻辑系统、进化计算以及信号与信息学科的综合集成人工神经网络特点：并行性、互连性、存储分布性、非线性、容错性、结构可变性、计算非精确性模糊计算特点：非确定性进化计算特点：并行性、随机性1.2智能信息处理的主要技术神经计算技术BP,RBF,Hopfield,随机型,自组织竞争型权值计算，优化，软硬件实现，应用模糊计算技术模糊逻辑，粗糙集应用进化计算技术GA,Tabu，PSO，ACO软硬件实现，应用1.2.1神经计算技术NAPAN的提出和简化非线性（nonlinear），适应的（adaptive），并行的（parallel），模拟的（analogy），网络（network）神经网络接近人脑的表现与符号主义的区别前者：认知的基本元素是神经细胞，认知过程是大量神经细胞的连接引起神经细胞的不同兴奋状态和系统表现出的总体行为。后者：认知的基本元素是符号，认知过程是对符号表示的运算。PCASVM神经税轴突渣与人斥工神萌经网轰络简刑图神经排网络步接近仗人脑恩的表筑现能够闷处理遵连续惰的模啦拟信选号（滥例如邻连续须变换叛的图充像信屈号）能够酸处理华不精欣确的柴、不致完全裕的模洞糊信监息。冯.诺依筋曼计双算机目给出搜的是没精确刊解，河神经胀网络霞给出匪的是帐次最尾优的寄逼近榴解。神经胸网络础并行羡分布俱工作也，各副组成汤部分葛同时城参与室计算探；单过个神性经元由的动罩作速岭度不熔快，鞠但网画络总封体的急处理蔽速度商极快夺。神经检网络盗具有勿鲁棒森性，傻即信巨息分专布于帅整个迈网络破各个扶权重拖变换眠之中队，某荐些单峡元的绘障碍亏不会欲影响侮网络够的整酱体信拜息处篇理功蜘能。神经辨网络肃具有昼较好榴的容俱错性太，即价在只狂有部杂分输草入条检件，切甚至班包含荣了错遵误输宁入条遇件的悲情况培下，会网络利也能扣给出总正确邀的解卧。神经捕网络驼在处宣理自垮然语感言理旅解、军图像诸识别艰、智辞能机脑器人作控制植等疑纵难问碧题方洁面具摆有独侵特的粮优势刘。PC昏A（pr邮in抓ci数pa庄l汤co蹈mp顷on府en顽ts春a痰na惜ly叠si捞s）一种叫简化震数据鼓集的缺技术付。它馋是一晒个线情性变聚换。火这个编变换南把数惭据变橡换到伍一个孕新的猴坐标旋系统尼中，端使得滚任何莫数据您投影酒的第筹一大越方差纪在第疤一个甩坐标戴（称掏为第工一主歼成分辈）上抚，第讨二大管方差粗在第咏二个匀坐标剩（第淋二主石成分宴）上饰，依泳次类狗推泽。主惧成分耐分析狸经常誉用减谜少数低据集炊的维须数，更同时红保持衔数据者集的躬对方甲差贡流献最膊大的物特征嫂。设法既将原寒来变吃量重距新组桶合成植一组揪新的匆互相虑无关届的几未个综耗合变啄量，漫同时震根据概实际胳需要疯从中堡可以虽取出守几个未较少清的综各合变脑量尽泻可能芽多地篇反映亏原来眯变量盯的信陶息的搜统计茄方法订叫做放主成居分分苹析或咳称主桑分量诉分析里，也水是数劈燕学上千处理喂降维巴的一葬种方若法。与用变全维早观测执空间柳相比招，可锁以更听好的旗推广辽到独色立于旨训练捷集的秒数据时间忌代价虫小SV宰M支持厕向量但机是线将向妥量映柔射到责一个矮更高袍维的担空间律里，凶在这膛个空纪间里冶建立具有一仍个最框大间义隔超念平面艇。在承分开教数据羊的超乒平面处的两默边建矿有两烘个互碑相平皇行的货超平鼓面。街分隔恼超平狸面使贪两个捡平行鞭超平茧面的魔距离他最大晴化。辩假定楚平行倚超平贿面间侧的距否离或泛差距礼越大瓜，分咐类器未的总侵误差回越小悟。对支然持向言量的能分类宰等价行于对超整个菠样本呼集的歇分类针对躲小样延本情激况1.韵2.签2模糊榜计算侵技术模糊绢理论惠的提稿出（央不相郊容原厚理）与其长它方钉法的馅主要剪区别无需帐提供射数据添之外春的先犹验信择息模糊币逻辑模仿众人脑闸的不呆确定羊性概扑念判偷断、塔推理锻思维踩方式呜，对象于模啊型未坛知或锐不能抢确定默的描尿述系脸统，佛应用赶模糊仔集合糖和模戏糊规坏则进忙行推京理，档表达信过渡伯性界霉限或牌定性镜知识烘经验幻玉，模艳拟人但脑方鼠式，傅实行招模糊叉综合鉴判断铃，推删理解仔决常环规方曾法难师于对斤付的姻规则斥型模姿糊信趣息问朋题。驰模糊解逻辑守善于妇表达止界限爆不清屑晰的夹定性妥知识袖与经大验驻，它惯借助题于隶吗属度呀函数蝴概念付，区哈分模炒糊集吨合，救处理咳模糊跃关系尼，模塑拟人味脑实钉施规宣则型缩慧推理兆，解奏决因输“排辱中律挑”的众逻辑的破缺以产生摆的种循种不海确定错问题罢。处理颗部分也真实东概念织的布纹尔逻记辑扩类展。蓄经典掉逻辑殖坚持悲所有暴事物(陈述)都可南以用鹊二元签项(0或1，黑窜或白乌，是它或否)来表抛达，绒而模说糊逻叛辑用真实瓣度替代筐了布茄尔真映值。但这些面陈述医表示辆实际批上接络近于畅日常板人们梯的问赶题和哨语意盯陈述弃，因徒为“曲真实端”和统结果晴在多眠数时靠候是连部分(非二铺元)的和/或不精精确伤的(不准杂确的卧，不覆清晰主的，柱模糊阁的)。应用1.筒2.纽奉3粗糙竞集它是列一种结刻划护不完烂整性绕和不阵确定慎性的麻数学都工具,能有砖效地近分析湿不精郊确,不一辈致,不完滨整等昆各种设不完室备的角信息,还可康以对叫数据怜进行稻分析计和推酒理,从中坏发现食隐含筐的知肢识,揭示锐潜在达的规挂律.粗糙燃集理沃论是寺建立更在分警类机汇制的括基础体上的,它将然分类申理解枣为在暑特定骡空间中上的叼等价答关系,而等建价关款系构孤成了集对该顿空间右的划体分.粗糙给集理例论将妹知识朗理解爷为对悟数据恋的划棋分,每一疼被划毕分的播集合郊称为车概念.粗糙凑集理患论的所主要扇思想坟是利绍用已疑知的替知识郊库,将不煤精确道或不秩确定愈的知剂识用况已知似的知僚识库婚中的闷知识齐来(近似)刻画.该理洞论与捐其他椒处理易不确凯定和绪不精敬确问另题理蔑论的纺最显歌著的乞区别粒是它立无需凑提供钩问题轿所需税处理估的数胞据集侮合之梁外的爸任何唐先验论信息,所以天对问上题的约不确始定性毫的描狼述或施处理举可以古说是登比较嫂客观扫的应用汇举例1.柳2.价4进化筝计算帽技术为什堡么要御研究根？遗传膊算法蚁群鞠算法微粒装群算榨法（款粒子旋群算睬法）为什阁么？遗传之算法堂（Ge辅ne录ti担c慎Al附go锁ri誉th催m，GA）在遗洁传算摄法里饱，优积化问捡题的票解被奥称为萌个体秧，它替表示海为一面个变膛量序秒列，垮叫做染色这体或者基因串。染妇色体窝一般损被表度达为膛简单鸡的字胞符串不或数滑字串沸，不求过也悠有其件他的窝依赖犬于特桂殊问嘱题的亚表示诵方法干适用团，这插一过县程称浑为编谣码。震首先范，算愿法随机生成善一定冬数量纱的个衡体，热有时尚候操性作者丙也可禁以对捷这个汗随机场产生妙过程芳进行址干预老，以维提高甘初始渴种群芦的质做量。万在每穗一代让中，荐每一潮个个腐体都辆被评追价，眉并通屋过计处算适应载度函投数得到禁一个适应常度数值浙。种蒙群中粗的个花体被轿按照患适应但度排序，适锈应度愿高的桥在前线面。旁这里伍的“遵高”界是相见对于疮初始馒的种族群的辣低适扑应度黎来说条的。算法炸主要迅流程算法选择己初始伍生命渡种群循环评价篮种群刮中的间个体绸适应车度以比挎例原帜则（功分数卸高的流挑中卫机率歌也较支高）惕选择袖产生佣下一帽个种企群（艰轮盘墨法ro弯ul碧et置te爱w深he辽el尊s校el不ec绕ti和on、竞或争法to垫ur咏na盟me望nt欺s口el御ec犹ti划on及等壮级轮卵盘法Ra艺nk饱B甘as胶ed忧W科he要el迟S论el纹ec允ti例on）。取不仅膀仅挑私分数防最高偷的的希原因个是这朽么做打可能斗收敛喇到局歇部的阀最佳雕点，府而非估整体包的。改变隙该种认群（咽交叉苗和变惰异）直到忙停止势循环耍的条堤件满总足主要物参数种群怎规模(P沃,p樱op工ul得at专io视n赖si盾ze属)：即岩种群痒中染朽色体歇个体春的数倍目。字串痕长度(l段,根st稠ri菠ng沟l资en唐gt辫h)交叉东概率(p灵c,爱p字ro雪ba权bi急li单ty赵o碌f浪pe才rf尼or流mi周ng惯c秃ro厦ss镜ov牢er维)：控畅制着脏交叉互算子抵的使容用频愤率。校交叉嫂操作棚可以者加快温收敛脂，使蝇解达荷到最炸有希步望的安最优敏解区鼓域，劳因此男一般纠取较堡大的赌交叉戒概率努，但客交叉障概率讯太高晕也可因能导盼致过钳早收手敛。变异张概率(p脆m,族p柜ro指ba认bi送li伏ty子o揉f晨mu罩ta后ti全on云)：控恐制着盈变异帮算子匹的使耻用频尊率。中止抢条件(t料er裤mi横na爹ti耍on鼓c配ri皆te嫁ri昂a)应用遗传林计算牧、遗桥传编话程、丹遗传驴学习优化东神经疑网络数值披优化宇、图矮像处友理、很仪器农参数欧优化立、工蜡程设纠计，永搜索喷，等蚁群甜算法愈（An肉t筒Co托lo本ny奸O肠pt铃im宜iz动at伪io少n，AC碰O）是一名种用洒来在里图中娘寻找巧优化狱路径珍的机芬率型域算法绍。它皇由Ma航rc斤o表Do层ri雹go于19范92年在想他的仇博士医论文呜中提丢出，傅其灵璃感来智源于米蚂蚁知在寻夺找食胳物过磨程中寸发现升路径扩的行汇为。菊蚁群喘算法妖是一字种模旦拟进迅化算重法,初步步的研侍究表并明该站算法唱具洗有许葱多优愧良的量性质.针对PI粱D控制悲器参装数优盈化设的计问熟题,将蚁负群算杜法设混计的营结果域与遗可传算起法设哲计的世结果都进行标了比订较,数值覆仿真绝结果史表明,蚁群咽算法眯具有市一种唤新的县模达拟进肝化优筛化方耍法的趴有效滥性和霞应用校价值主要傍规则主要堪参数最大漆信息键素：番蚂蚁味在一拆开始烈拥有斗的信残息素磁总量蛙，越狱大表蔽示程杜序在啄较长命一段郊时间乖能够融存在涛信息寒素。猫信息杀素消败减的浩速度床：随壁着时冠间的脉流逝介，已也经存订在于旦世界毙上的打信息肢素会涝消减勺，这追个数薄值越陷大，态那么宿消减卡的越架快。错误杂概率短：表舒示这肝个蚂匪蚁不烘往信紫息素并最大猛的区优域走和的概粱率，仓越大捧则表崇示这搜个蚂胁蚁越仗有创界新性绒。速度甘半径手：表神示蚂吗蚁一盯次能贫走的接最大墨长度圾，也虫表示赴这个漫蚂蚁阵的感衰知范宏围。记忆你能力豆：表仁示蚂荣蚁能言记住吴多少鞠个刚嚷刚走浪过点盲的坐趣标，轮这个四值避唇免了争蚂蚁野在本输地打节转，此停滞顿不前歇。而领这个腰值越粥大那棕么整纽奉个系劲统运血行速习度就乔慢，舅越小慰则蚂稍蚁越情容易尘原地姜转圈娱。粒子诱群算袄法（Pa归rt猪ic苏le混S肥wa信rm简O安pt荣im泳iz印at槽io挠n，PS渔O）PS喇O算法霉属于客进化魄算法俊的一动种，旱和遗传养算法相汉似，梨它也北是从凶随机邪解出恐发，割通过环迭代职寻找量最优会解，捷它也绢是通糟过适芳应度蔑来评衫价解过的品折质，爱但它弃比遗息传算拆法规劣则更抄为简付单，醉它没掏有遗斥传算姥法的溉“交脆叉”(C禽ro惊ss扰ov椅er滔)和“鸦变异担”(M社ut菌at垮io葛n)操作盗，它扶通过更追随喝当前机搜索捡到的耻最优疫值来首寻找票全局堪最优药。这调种算资法以马其实涉现容胸易、恳精度筐高、亲收敛游快等缸优点技引起顿了学俊术界抓的重迎视，训并且垫在解术决实钟际问蔑题中导展示夏了其恶优越纵性吗。PS苏O的特纹点实数鱼编码随机笼化没有领遗传放操作爆如交匪叉(c迷ro易ss疯ov侍er尊)和变瘦异(m巩ut犁at纯io舅n)牛.而是寒根据宵自己借的速华度来瓦决定需搜索零。粒子漫有记柳忆。PS秩O的应罢用优化差神经葛网络连接悟权重乌，结疤构（私拓扑采结构读，传走递函激数）究，学刊习算卧法数值豆优化图像杏处理笼、仪征器参凑数优兼化、轰工程咐设计雀，搜顿索，部等1.漫3智能活技术约的综春合集他成模糊洁系统圆与神姓经网晒络结条合神经赖网络成和遗涝传算险法结摧合模糊低技术祥、神农经网蓄络和咏遗传轻算法辰综合秩集成智能青计算向研究舅展望神经能网络观与模毅糊系己统和糕进化幼计算语结合神经怖网络精与模答糊及轰混沌淹三者闭结合神经霞网络范与近黄代信乳号处体理方论法小降波、捆分形舅结合专家京系统警与模瓦糊逻亩辑、质神经名网络枝结合1.校3.懂1模糊柳系统歼与神切经网恭络结摆合1、各凤自优挥点：模糊鸦技术伶以模侄糊逻期辑为典基础题，抓擦住了目人类滚思维葬中的浸模糊蛛特点帆，以家模仿载人的胳模糊星综合惭判断隐推理刻来处军理常炼规方注法难窄以解煤决的凤模糊责信息孤处理刘难题塞。神经继网络拘以生麻物神诱经网也络为扁模拟姐基础金，试率图在么模拟论推理犯及自当动学怀习等怨方面围向前岗发展尸一步黎，使鹅人工毒智能什更接虑近人楚脑的粮自组半织和补并行蒸处理则等功今能。2、互亩补性跟：将模凡糊技见术引牌入神倾经网心络可眼以使画其处绒理不遵精确取信息话。3、相尸似点眉：都着桂眼于针模拟箱人的导思维拘；形拆式上偷有不击少相讨似之辈处。1.纤