Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии

Если же объединенные в сеть компьютеры вынуждены будут решать некую совершенно новую задачу, процесс решения значительно усложнится; и в этом нет абсолютно ничего удивительного: точно так же, как это делают люди, сталкивающиеся с новой ситуацией, компьютеры, учась, должны сначала попробовать различные подходы к решению.

Компьютеры умеют очень многое. Возникает вопрос: в чем же они уступают человеку? Обработка огромного количества данных не представляет для компьютеров проблемы; есть, однако, задачи, с которыми компьютер справляется не так хорошо, как хотелось бы. Речь идет о распознавании образов.

Распознавание образов

Распознавание образов является необходимым условием во многих автоматических процессах. К примеру, автоматическому сварочному аппарату приходится «самостоятельно» отыскивать то место, на которое он должен приварить соответствующую деталь. Однако задача становится еще интереснее, когда от машины требуется распознавание сложных образов. Известный пример тому — считывающее устройство, способное декодировать и распознать рукописный текст. Ведущая роль в подобных процессах принадлежит опять-таки синергетическим эффектам. На первом этапе происходит разложение букв на отдельные элементы, так называемые элементарные характерные образы или примитивы (рис. 17.2).

^{Рис. 17.2. Распознавание образа путем разложения его па отдельные элементы («примитивы»)}

Элементы эти подбираются так, что они могут быть восприняты машиной, скажем, как прямые и дугообразные линии, расположенные определенным образом. Такие элементы могут быть «восприняты» фотоэлементами и затем «опознаны» с помощью сравнительно простых устройств. Каждому элементу в зависимости от места его расположения сопоставлено некоторое число (рис. 17.3).

^{Рис. 17.3. Простой пример сопоставления примитивам чисел в зависимости от взаимного расположения примитивов}

Аналогично тому, как замок с цифровым кодом открывается одной-единственной комбинацией цифр, каждая буква располагает своей собственной комбинацией цифр, соответствующих каждому из элементов этой буквы и определяющих именно эту букву. Машина проверяет наличие в имеющемся у нее перечне данной цифровой комбинации и опознает соответствующую букву как, например, букву «А». Трудности при использовании такого метода распознавания вызваны тем, что он заведомо не исключает возникновения ошибок: безупречная идентификация элементов букв — не допускающая смешения, допустим, вертикальной линии и открытого справа дугообразного элемента — попросту невозможна. Таким образом, мы возвращаемся к старой задаче об отыскании способов исправления ошибок. Такого рода явления уже встречались нам при рассмотрении лазера или движения жидкости. В каждой из упомянутых систем также вполне вероятно наличие нескольких элементов, изначально «шагающих не в ногу» с остальными. Допустим, несколько атомов в лазере испускают волны «неправильной» длины, или не все молекулы жидкости принимают участие в общем движении. Однако такие «отщепенцы» очень быстро оказываются, что называется, «прибраны к рукам» параметром порядка. Для считывающего устройства это означает, что в случае отсутствия в перечне какой-либо из обнаруженных комбинаций машина должна попытаться подобрать среди существующих наиболее близкую к ней. С этой целью используются некоторые чисто математические методы. Например, каждому числу ставится в соответствие определенная точка на координатной плоскости (рис. 17.4).

^{Рис. 17.4. Представление сопоставленных буквам чисел точками на координатной плоскости. В первом случае идентифицирована точка, соответствующая букве О, во втором — точка, соответствующая букве X. Комбинация же, состоящая из цифр «3» и «1», отсутствует в перечне заданных комбинаций, вследствие чего соответствующий результат распознавания считается ошибочным. Представленная система основывается всего на двух координатах; на практике же применяются многомерные системы координат}

При обнаружении ошибки измеряется расстояние между каждой из заданных в перечне точек и точкой, соответствующей «сомнительному» числу. При этом, впрочем, возможна ситуация, требующая нарушения симметрии (рис. 17.5): проверяемая точка равноудалена от имеющихся в памяти машины «правильных» точек.