【摘要】：認知科學(xué)綜合了心理學(xué)、腦科學(xué)、電生理學(xué)、化學(xué)、語言學(xué)、計算機科學(xué)等多門科學(xué),通過研究人類的認知系統(tǒng),并將其原理應(yīng)用在人工系統(tǒng)中,一直是許多研究人員探索的重點。近年來,隨著腦科學(xué)的發(fā)展,人類對神經(jīng)系統(tǒng)的研究取得了很大的進展,這些進展為工程上的仿真實現(xiàn)提供了重要的理論依據(jù)。首先,大腦的層級結(jié)構(gòu)和信息處理機制反映出了一些重要的拓撲性質(zhì)。Navon、陳霖等人在研究視覺初期對圖像信息的處理時,發(fā)現(xiàn)人類視覺系統(tǒng)具有優(yōu)先處理幾何圖形拓撲性質(zhì)的特點,即大范圍優(yōu)先性原則和拓撲知覺理論。拓撲性質(zhì)雖然最初是表征幾何圖形在連續(xù)變化下的不變性質(zhì),但究其本質(zhì)還是變化中的不變性的體現(xiàn)。因此既然視覺具有拓撲性質(zhì),根據(jù)已有的經(jīng)驗推而廣之,人類的整個認知系統(tǒng)應(yīng)該也具有拓撲性質(zhì)。本文的內(nèi)容也是在驗證由我的導(dǎo)師提出的“認知統(tǒng)一結(jié)構(gòu)存在性猜想”,即包括五種知覺在內(nèi)的認知系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)可以被包含拓撲不變性在內(nèi)的認知結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來。這也是對人工智能的第五個基本問題,所有的認知系統(tǒng)是否具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)的一個肯定回答,為智能科學(xué)(Intelligence Science)基礎(chǔ)理論確立打下了基礎(chǔ)。其次,本論文以拓撲性為切入點,結(jié)合視覺通路和聽覺通路的拓撲結(jié)構(gòu),將視覺的拓撲性質(zhì)逐漸推廣到聽覺系統(tǒng)。利用點集拓撲學(xué)中拓撲空間的思想,對視覺、聽覺通路的信息處理過程進行了論證。接著對視覺、聽覺、語言這三者到心理空間的拓撲映射過程做了神經(jīng)生物學(xué)上的剖析,并最終結(jié)合心理空間,將拓撲性質(zhì)推廣到人類的整個認知系統(tǒng)中,構(gòu)造了一個人類拓撲認知的結(jié)構(gòu)圖。然后,本文以視覺的拓撲性質(zhì)為切入點,結(jié)合早期視覺的計算模型,通過歸一化模型、能量模型來模擬視覺通路中相同層級之間細胞的信息交互機制。本文提出使用Gabor濾波器來模擬簡單細胞的響應(yīng)過程作為視覺初期的局部幾何性質(zhì)的計算模型,又使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬視覺后期的整體幾何性質(zhì)的計算過程。最后,結(jié)合Gabor濾波器、視覺信息交互模型、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這三種模型,構(gòu)造出了一個早期視覺的拓撲認知模型,并將此模型運用在手寫漢字識別上。本文提出細化漢字并去除角點的方式來提取漢字的整體拓撲結(jié)構(gòu)。最終的實驗結(jié)果顯示,本文構(gòu)造的視覺拓撲認知模型優(yōu)于單一的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,在手寫漢字識別上具有更好的魯棒性。這表明了拓撲性應(yīng)當(dāng)是視覺系統(tǒng)處理信息的一個基本性質(zhì),從視覺層級上對“認知統(tǒng)一結(jié)構(gòu)存在性猜想”做出了初步驗證,也開始了對人工智能的第五個基本問題的回應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP18;O189
【圖文】：

世紀 70年代，Navon（1977）等人首先通過兩個實驗論證設(shè)。在這兩個試驗中，都使用同一種類型的圖片，圖片構(gòu)成的，并且大字母和小字母可能相同也可能不同。例H 或 S，或者大字母的形態(tài)為 H，但構(gòu)成大 H 的為許多小態(tài)為 S，但構(gòu)成大 S的為許多小的 H，如圖 1.1所示。

圖 1-2 陳霖的拓撲知覺實驗所用的圖形創(chuàng)新拓撲認知理論為基礎(chǔ)，主要從神經(jīng)生物學(xué)構(gòu)，并從點集拓撲學(xué)的角度論證它們在信拓撲性質(zhì)推廣到聽覺認知上，然后從視覺。視覺、聽覺和語言作為人類接受和表達認知結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，因此這是本文的獨特性，使其有著不同于其他動物的心角度研究心理空間的拓撲結(jié)構(gòu)，并將三大，解釋心象等心理現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。通過學(xué)、點集拓撲學(xué)和計算機科學(xué)，希望能構(gòu)

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本文編號：2738835