模式识别和整体优势.ppt

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1、模式识别和结构优势效应 对物体的识别 认知心理学对知觉的研究主要涉及模式识别 （ Pattern Recognition) 定义：所谓模式是指有若干元素或成分按 一定关系形成的某种刺激结构，也可以说 模式是刺激的组合。比如：几个线段组成 一个字母或图形，几个笔画组成一个汉字、 一个人头像，几个音素组成一个音节等。 什么叫做模式？ 定义：当人能确认他所知觉的某个模式 是什么，并与其他模式区分开来，这就 是模式识别。 模式识别表现为把所知觉的模式纳入记 忆中的相应范畴，并对其加以命名，即 给刺激一个名称。 存在各种感觉通道的模式识别：视觉的、 听觉的、触觉的、味觉的、和嗅觉的模 式识别。 什么叫模

2、式识别？ 模式识别是人的一种基本的认知能力或 智能，在人的各种活动中都有重要的作 用，如机器识别。 模式识别的作用 模板匹配模型 原型匹配模型 特征分析模型 有关模式识别的理论假说 在人的长时记忆中储存着各式各样的过去在生活 中形成的外部模式的袖珍复本，这些袖珍副本被 成为模板（ Template)。 当刺激作用于人的感官时， 刺激信息得到编码并与各种模板进行比较，哪一 个模板与刺激有最佳的匹配，就把该刺激确认为 与那个模板相同，从而得到识别。 模板匹配模型 模板说存在的证据 Phillips(1974)让被试判断两个先后呈现棋局模 式的异同，两个模式的空间关系有两种情况（ 1） 重叠：两个模

3、式在同一位置上出现；（ 2）位移： 第二个模式相对于第一个模式做水平方向的位 移。 结果：当两个模式呈现的时间间隔短于 300毫秒 时，重叠条件的正确率高于位移条件，但是当 时间间隔长于 600毫秒时，两者差别并不明显。 结论：在视觉储存的时间内，两个模式的空间 重叠是有利于识别的，也就是说模板匹配是存 在的。 Warren(1974)声音异同判断实验：当两个 声音刺激的持续时间严格匹配时，声音 高低的异同判断成绩要优于持续时间不 一致的情况。 实践证据：用模板技术制作一些特殊的 数字，用于支票的银行帐户、信用卡、 提款卡等的编号。计算机可以成功识别。 总体上，模板说在一定的条件下可以解 释人

4、们的模式识别。 对模板说的质疑 按照模板说的基本观点，为了识别特定 的模式，必须事先在记忆中存入与之对 应的模板。如果两个模板在外形、大小 和方位等方面必须匹配才能得到识别的 话，就需要在人的记忆中 储存不可计数 的模板 ，这不现实，也与人识别物体时 表现出的高度灵活性不一致。 对模板说的修正 鉴于上面提出的质疑，有人模板匹配模 型进行了修改，提出了一个预加工 (Preprocessing)过程。即在模式识别的初 级阶段，预加工将刺激的大小、方位、 外形等加以调整使之标准化。这样就可 以减少模板的数量。 对模板匹配说的评价 能解释人的某些模式识别现象，但缺乏 灵活性。即使附加了预加工过程，这些

5、 模板的数量仍是巨大的。 模板说不能完全解释人的模式识别过程， 只能充当识别过程中的一个方面或一个 环节。 原型说是基于模板说的不足基础上提出的。 原型说认为在记忆中存储的不是与外部模式一 一对应的模板，而是原型 (Prototype)。 原型不是某一特定模式的复本，而是同一类别 或范畴的所有客体的概括表征，反映一类客体 具有的基本特性。例如，带着两个翅膀的长筒 可以作为飞机的原型。 原型匹配模型 原型匹配的特点 原型是一种概括表怔，只需要近似匹配 即可 。 即使个体间存在外形、大小等方面的差 异，也可以被相应的原型所识别。 减轻人的记忆负担，使模式识别更灵活， 更适应环境的变化。 是否存在原

6、型？ Posner(1967)利用 9个点构成几种基本模 式，如三角形、字母 M或 F以及随机点模 式（下图），这些基本模式被当作原型， 然后对某些点加以移动构成四个畸变图 式。 原型 畸变的三角形 实验过程： （ 1） 要求被试看其中三种原型的畸变模型，并将 每个畸变模式划入某个范畴（原型），即要求 被试将每个原型的 4个畸变模型归为一类，每次 归类操作给予反馈。此阶段不给被试看原型。 （ 2）呈现给被试原型、原有的畸变模式和基于原 型的一些新的畸变模型。要求被试将这些模式 分别划入上述 3个范畴。 结果：被试对原型和原有畸变模式分类正确率都 为 87%左右，对新的畸变模式的分类较差。 结论

7、：被试能从一些畸变模式中抽出原型。 一个实验（ Posner 1967） 模式是有若干个元素按照一定的关系构成的， 特征说把这些元素和关系成为特征 (Feature)， 并认为模式可以分解为特征。例如，一个大写 的英文字母“ A”可以被分解为：两条斜线、一 条水平线和三个锐角。 特征分析模型 特征分析的过程 在模式识别过程中，首先要对刺激的特征进行 分析，也即抽取刺激的有关特征，然后将这些 抽取的特征加以合并，再与长时记忆中的各种 特征进行比较，一旦获得了最佳匹配，外部刺 激就被识别了。 实验证据之一：字母特征混淆 Neisser(1964)比较了由直线组成的干扰字 背景（如 W、 V） 和由

8、圆形特征组成的干 扰字母（如 O、 G） 中检测出字母 Z的时 间。 词表 1 词表 2 IMVXEW ODUGQR WVMEIX GRODUQ VXWIEM DUROZG MIZWVX RGOUDQ 实验： 呈现 6个一行的英文字母，要求被试尽快搜 索特定的靶子字母“ Z” 两组刺激材料的不同之处在于，靶子字母 和其他字母在特征上的相似程度。（高 相关和低相关） 结果：低相关条件下，搜索靶子较快。 实验证据之二： 支持特征说的有力证据还来自生理学的 研究。许多生理实验发现，动物的视觉 系统含有一些专门化的神经细胞，它们 只对一定的特征作出反应。比如 Hubel和 Wiesel(1959)发现

9、，猫和猴的一些视觉皮 层细胞分别只对视野中的垂直光条和水 平光条发生反应。 后来还发现分别存在着对边界、线条、 甚至对成直角的刺激图形发生反应的特 定细胞。 依据刺激的特征和关系进行识别，就可 以不管刺激的大小、方位等细节信息及 预加工。 同样的特征可以出现在不同的模式中极 大减轻记忆的负担。 抽取刺激的特征再加以综合，使模式识 别过程带有更多的学习色彩。 特征说的优点 “鬼城”模型 Selfridge(1959)提出了一个更为具体的特征分析 模型 “鬼城”模型。 “鬼城”是形象的比喻，愿意是指一个幻想国 度中的一个喧嚣而又混乱的城市。这里，所谓 的“鬼”是指具有某种特定功能的机制。本来 是针

10、对机器的模式识别提出来的，后来用于人 的模式识别。 该模型将模式识别分为四个层次，每个层次有 一些“鬼”来执行某个特定的任务，这些层次 按顺序进行工作，最后达到对模式的识别。 第一层次由 “映象鬼” 对外部刺激进行编码，形成刺激的映 象。 第二层次的 “特征鬼” 对刺激的影象进行分析，既将它分解 为各种特征：在分析过程中，每个“特征鬼”的功能是专 一的，只负责一种特征。并需要对刺激是否具有相应特征 进行报告。 第三个层次的 “认知鬼” 始终监视各种特征鬼的反应，它们 从特征鬼的反应中寻找各自负责的那个模式的有关特征， 当发现特征时，就会喊叫，发现特征越多，喊叫声越大。 最后 “决策鬼” 根据这

11、些认知鬼的喊叫，选择叫声最大的那 个认知鬼所负责的模式进行识别。 映象鬼 特征鬼 认知鬼 决策鬼 刺激编码 分解为各个特征 检测特征鬼 选择叫声最大的 线段 、直角等 发现特征喊叫 的鬼负责的模式 对特征分析模型的评价 特征分析模型是目前最受关注的一个模 型，和模式识别模型相比较，具有更加 灵活的特点。但它只是自下而上的加工 模型，缺少自上而下的加工。 特征分析模型一个最大的问题，就是关 于整体加工和部分加工的问题。 特征优先还是整体优先？ 特征加工认为视觉 加工过程是从局部 分析再到整体的过 程。然而， Navon (1977)等的实验表 明，整体加工优先 于局部加工。 结构优势效应 过去的

12、经验对知觉有重要作用，并常表 现为上下文效应。这表明模式识别并不 是孤立的，而是处在和其他模式或刺激 的相互联系中。 现在已经发现了字词优势效应、客体优 势效应、结构优势效应和字母优势效应。 定义：识别一个字词中字母的正确率高 于识别一个单独的同一个字母。 Reicher(1969)的实验 刺激材料 ： 他用速示器给被试呈现一组刺激材料， 刺激材料分三类，一类为一个或两个单 独字母；一类为一个或两个由四个字母 组成的字词；第三类为一个或两个由四 个字母组成的非字词。 字词优势效应 实验程序 先给被试呈现一个注视 点，然后呈现上述刺 激材料中的一种，刺 激的呈现时间分为短、 中、长三种，紧接着

13、呈现掩蔽刺激和供选 择的两个字母。要求 被试回答这两个字母 中的哪一个是刚才刺 激材料中这个位置上 看见过的，记录正误。 实验结果 无论事先告不告诉所供选择的字母，识 别字词中一个字母要优于单个字母或者 非字词中的字母。显示出了字母识别中 的字词优势效应。 对字词优势效应的解释 一：推论说 Rumelhart和 Siple(1974)指出，对字词中的字母只要 看到这个字母的一部分就可以排除其他选择，得 到正确识别。这种解释是借助上下文进行推理来 解释字词优势效应的 。例如，在字词 WORD中， 最后一个字母 D， 被试只要看到后部的曲线，就 能正确识别它为 D， 而对于单个字母 D， 被试即使

14、 看到同样的曲线，他也不能确认这个字母是 D， Q， 或 O。 这种解释强调以过去知识经验为基础的自 上而下的加工和缀字规律知识的应用。 二：编码说（字词和字母的不同编码） Mezrich (1973) 发现，被试在作出反应之前常有将 字词读出的倾向。他发现如果在反应之前要求被 试把所有字词和单个字母都读出来，那么字词效 应将消失。 Johnston等发现，在 Reicher的实验中，如果不用掩 蔽刺激，就不会出现字词优势效应。这说明字词 优势效应是由于字词和单个字母的不同编码所造 成的：字词是语音编码，而单个字母是视觉编码， 视觉编码易受视觉掩蔽的干扰，语音编码则不会。 对字词优势效应的解释

15、 三：整体加工优势 从整体加工和局部加工的关系来解释字词优势效 应。将字词看作整体，而将单个字母当作局部， 字词将先得到整体加工，然后在加工局部。 对字词优势效应的解释 客体优势效应 Weisstein和 Harris(1974)研究了包含在不同图形 中的直线线段的觉察和识别 。这些材料含有所 要觉察的靶子线段和一定的上下文图形。 1、实验前被试熟悉没有上下文图形的 4个靶子线 段 2、被试双眼对准注视点，自己启动开关，呈现 一个靶子线段和一个上下文图形合起来的图形。 3、出现掩蔽刺激， 100毫秒后要求被试确认看到 的是 4个靶子线段中的哪一个，并按相应的键 反应。 4、除了上图从 f 到

16、i 的严谨三维结构，材料刺激 还包括一些结构不严谨的三维结构的变形。 实验程序 结果： （ 1）结构严谨的三维图形的线段识别正确率 明显高于组织较差的图形中的同一线段。 Weisstein认为三维图形是产生客体优势效应的重要 因素。 （ 2）上下文图形中的线段正确率为 81%，而无 上下文的单个同样线段的正确识别率仅达到 了 69.8%，相差达 10%。 Weisstein称之为客体优 势效应。 讨论：与 Reicher 所用的字母和字词相比， Williams 等的实验更加突出了知觉的性质，但他们把客体优 势效应和三维图形联系起来的看法引起了异议。 Earhard(1980)在实验中应用了两

17、种不同上 下文图形（见图表盘式上下文和坐标式 上下文）。在这两种图形中，一个是连 通的、紧凑的图形；另一个是不连通的 4 条短线，而且它们都是平面图形，没有 立体感。然而在这两个上下文图形中都 出现了客体优势效应。 Earhard（ 1980） 的 实验 实验数据 1、刺激材料 两个上下问图形：一个是连通的、紧凑 的表盘式图形，另一个是 5不连通的 4条 坐标式短线。两者都属于平面图形。 2、表盘式上下文中靶子的识别率为 81.3%， 单个靶子线段的正确识别率为 70.6%；坐 标式上下文中靶子的识别率为 81.3%，单 个靶子线段的正确识别率为 71.3%。差别 都达到了显著性水平。 图形的三维性质并不是产生客体效应的 的必要因素。 Earhard用总体分析和局部分析的观点来 解释这一现象。客体优势效应并不依赖 图形的三维性，而是依赖总体分析的作 用，而且总体分析为局部分析提供基础， 使对靶子线段的编码、辨别、注意等操 作易于进行。