Rozpoznawanie wzorców

Rozpoznawanie wzorców

Czym jest rozpoznawanie wzorców?

Kiedy rozkładamy złożony problem, często znajdujemy wzorce wśród mniejszych problemów, które tworzymy. Wzorce to podobieństwa lub cechy wspólne dla niektórych problemów.

Rozpoznawanie wzorców jest jednym z czterech fundamentów informatyki. Obejmuje ono znajdowanie podobieństw lub wzorców wśród małych, zdekomponowanych problemów, które mogą pomóc nam w bardziej efektywnym rozwiązywaniu bardziej złożonych problemów.

Czym są wzorce?

Wyobraźmy sobie, iż chcemy narysować serię kotów.

Wszystkie koty mają wspólne cechy. Między innymi wszystkie mają oczy, ogony i futro. Lubią też jeść ryby i wydają miauczące dźwięki.

Ponieważ wiemy, iż wszystkie koty mają oczy, ogony i futro, możemy podjąć dobrą próbę narysowania kota, po prostu uwzględniając te wspólne cechy.

W myśleniu obliczeniowym cechy te znane są jako wzorce. Gdy już wiemy, jak opisać jednego kota, możemy opisać inne, po prostu podążając za tym wzorcem. Jedyne, co się różni, to szczegóły:

— jeden kot może mieć zielone oczy, długi ogon i czarne futro.
— inny kot może mieć żółte oczy, krótki ogon i pręgowane futro.

Dlaczego musimy szukać wzorców?

Znajdowanie wzorców jest niezwykle ważne. Wzorce sprawiają, iż nasze zadania stają się prostsze. Problemy są łatwiejsze do rozwiązania, gdy mają wspólne wzorce, ponieważ możemy użyć tego samego rozwiązania problemu wszędzie tam, gdzie istnieje wzorzec.

Im więcej wzorców możemy znaleźć, tym łatwiejsze i szybsze będzie nasze ogólne zadanie rozwiązywania problemów.

Jeśli chcemy narysować kilka kotów, znalezienie wzorca opisującego koty ogólnie, np. wszystkie mają oczy, ogony i futro, sprawia, iż zadanie to jest szybsze i łatwiejsze.

Wiemy, iż wszystkie koty podążają za tym wzorcem [schematem], więc nie musimy zatrzymywać się za każdym razem, gdy zaczynamy rysować nowego kota, aby to rozgryźć. Na podstawie schematów, które znamy, możemy gwałtownie narysować kilka kotów.

Co się dzieje, gdy nie szukamy wzorców?

Załóżmy, iż nie szukamy wzorców u kotów. Za każdym razem, gdy chcielibyśmy narysować kota, musielibyśmy się zatrzymać i zastanowić, jak on wygląda. To by nas spowolniło.

Nadal moglibyśmy rysować nasze koty – i wyglądałyby one jak koty – ale rysowanie każdego z nich trwałoby znacznie dłużej. Byłby to bardzo nieefektywny i kiepski sposób na rozwiązanie zadania rysowania kotów.

Ponadto, jeżeli nie będziemy szukać wzorów, możemy nie zdawać sobie sprawy, iż wszystkie koty mają oczy, ogony i futro. Po narysowaniu nasze koty mogą choćby nie wyglądać jak koty. W takim przypadku, ponieważ nie rozpoznaliśmy wzoru, rozwiązalibyśmy zadanie nieprawidłowo.

Rozpoznawanie wzorców

Aby znaleźć wzorce w problemach, szukamy rzeczy, które są takie same (lub bardzo podobne) w każdym problemie. Może się okazać, iż nie ma wspólnych cech między problemami, ale przez cały czas powinniśmy szukać.

Wzorce [schematy] istnieją między różnymi problemami i w obrębie poszczególnych problemów. Musimy szukać obu.

Wzorce między różnymi problemami

Aby znaleźć wzorce między problemami, szukamy rzeczy, które są takie same (lub bardzo podobne) dla wszystkich problemu.

Na przykład, dekompozycja [rozłożenie] zadania pieczenia ciasta podkreśliłoby potrzebę poznania przez nas rozwiązań szeregu mniejszych problemów:

— jaki rodzaj ciasta chcemy upiec
— jakich składników potrzebujemy i ile każdego
— dla ilu osób chcemy upiec ciasto
— jak długo musimy piec ciasto
— kiedy musimy dodać każdy składnik
— jaki sprzęt potrzebujemy

Gdy już wiemy, jak upiec jeden konkretny rodzaj ciasta, możemy dostrzec, iż upieczenie innego rodzaju ciasta nie jest aż tak różne — ponieważ istnieją wzorce.

Na przykład:

— każde ciasto będzie wymagało dokładnej ilości konkretnych składników
— składniki zostaną dodane w określonym czasie
— każde ciasto będzie pieczone przez określony czas

Po zidentyfikowaniu wzorców możemy pracować nad wspólnymi rozwiązaniami dla poszczególnych problemów.

Wzorce w obrębie problemów

Wzorce mogą również istnieć w ramach mniejszych problemów, które zdekomponowaliśmy [rozłożyliśmy].

Jeśli przyjrzymy się pieczeniu ciasta, możemy znaleźć wzorce również w obrębie mniejszych problemów. Na przykład, w przypadku „każdego ciasta będzie potrzebna dokładna ilość określonych składników”, każdy składnik wymaga:

— identyfikacji (nazwania)
— konkretnego pomiaru

Gdy już wiemy, jak zidentyfikować każdy składnik i jego ilość, możemy zastosować ten wzór do wszystkich składników. Ponownie, jedyną zmianą są szczegóły.

Źródło: Pattern recognition

Zobacz na: Potęga memów – Susan Blackmore
Myślenie w Systemie 1 i Systemie 2
Zachowania przesądne – gołębie i nagrody
5 eksperymentów psychologicznych, które pomagają zrozumieć współczesny świat
Percepcja to projekcja
Medium [prezentowane zachowanie] jest przekazem [wiadomością]
Czym jest predykcyjne modelowanie zachowań?
Ideologia, Strategia, Sztuka Operacyjna i Taktyka – Józef Kossecki

Rozpoznawanie wzorców: czym jest i jak je rozwijać?

Zdolności naszego mózgu do rozpoznawania wzorców pomagają nam rozpoznawać określone obiekty i sytuacje. Bez tych zdolności niemożliwy byłby postęp, ponieważ żylibyśmy w czymś co miało miejsce w filmie Dnia Świstaka…

Rozpoznawanie wzorców to proces, w którym wykorzystujemy wiele zmysłów, aby podejmować decyzje. W ciągu dnia zdolności naszego mózgu do rozpoznawania wzorców pomagają nam rozpoznawać pewne obiekty i sytuacje. Na przykład wiemy, iż duże, pionowe, płaskie prostokątne kawałki drewna to drzwi i wiemy, iż możemy je otwierać i zamykać, aby przechodzić między różnymi pomieszczeniami. choćby jeżeli natkniemy się na drzwi, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy, prawie na pewno rozpoznamy je jako drzwi i będziemy wiedzieć, jak ich używać.

Bez tych zdolności nie moglibyśmy robić postępów, ponieważ żylibyśmy w czymś w rodzaju Dnia Świstaka, w którym wszystko, co napotykamy, wydawałoby się zupełnie nowe, raz po raz, i dlatego za każdym razem trzeba by się tego nauczyć i zrozumieć.

Jednym z głównych badaczy w tej dziedzinie jest laureat Nagrody Nobla Herbert Simon, który uważa, iż ​​rozpoznawanie wzorców ma najważniejsze znaczenie w większości zadań związanych z podejmowaniem decyzji przez ludzi. Jak wyjaśniono w książce The Second Machine Age [Druga Era Maszyn] autorstwa Erika Brynjolfssona i Andrew McAfee: „Komputery są niezwykle dobre w rozpoznawaniu wzorców w swoich ramach, a okropne poza nimi. To dobra wiadomość dla ludzkich pracowników, ponieważ dzięki naszym wielorakim zmysłom nasze ramy są z natury szersze niż ramy technologii cyfrowych. w tej chwili i przez jakiś czas pakiet sensoryczny i jego ścisłe połączenie z silnikiem rozpoznawania wzorców mózgu dają nam szersze ramy”.

Aby to wyjaśnić, pomyśl o fakcie, iż wiele mówi się o ostatnich postępach w dziedzinie sztucznej inteligencji, gdzie komputery pokonały ekspertów w szachach, Jeopardy i Go. Ale gdybyś poprosił AlphaGo, komputer, który pokonał Lee Sedola, najlepszego gracza Go na świecie, o zmierzenie się z tobą w szachach, prawdopodobnie wygrałbyś. Dzieje się tak, ponieważ AlphaGo jest zaprogramowany do gry w Go i absolutnie niczego innego – rozpoznaje wzorce gry w bardzo ograniczonym zakresie odniesienia.

Jak rozpoznawanie wzorców można wykorzystać w biznesie?

Brynjolfsson i McAfee wykorzystują hiszpańską firmę odzieżową Zara jako interesujące studium przypadku, w którym Zara wykorzystuje ludzi zamiast komputerów do decydowania, które ubrania produkować.

„Aby odpowiedzieć na najważniejsze pytanie: „Które ubrania powinniśmy produkować i wysyłać do każdego sklepu?”, Zara polega na kierownikach swoich sklepów na całym świecie, którzy zamawiają dokładnie i tylko te towary, które będą sprzedawane w danej lokalizacji w ciągu najbliższych kilku dni. Menedżerowie dowiadują się tego nie poprzez konsultowanie się z algorytmami, ale zamiast tego chodząc po sklepie, obserwując, co noszą kupujący (szczególnie ci fajni), rozmawiając z nimi o tym, co lubią i czego szukają, i ogólnie robiąc wiele rzeczy, w których ludzie się wyróżniają”.

Tak więc to „rozpoznawanie wzorców w dużej ramie [perspektywie]” pozwala nam, ludziom, naprawdę skutecznie dostrzegać rzeczy. Oprócz identyfikowania trendów, możemy zauważyć wzorzec z określonej branży i zbadać, czy może on mieć zastosowanie również w innych branżach. I możemy również skupić się na sobie — umiejętność dostrzegania wzorców w naszym własnym zachowaniu i zachowaniu innych osób pomaga nam zrozumieć świat, który zbyt często może wydawać się mylący i przypadkowy.

Musimy jednak uważać, aby odróżnić wzorce od losowości – chroniąc się przed pokusą dostrzegania wzorców tam, gdzie ich nie ma. W książce Thinking Fast and Slow Daniel Kahneman podkreśla, gdzie jesteśmy podatni na poważne błędy w ocenie losowości prawdziwie losowych zdarzeń. Używa przykładu koszykówki, gdzie jeżeli zawodnik wrzuci pięć koszy z rzędu, prawdopodobnie uwierzymy, iż ma „gorącą rękę” – tymczasowo zwiększoną skłonność do zdobywania punktów. Koledzy z drużyny zawodnika chętniej będą mu podawać, a w rezultacie może on oczekiwać większego skupienia na nim w obronie ze strony drużyny przeciwnej. Jednak analiza statystyczna tysięcy sekwencji rzutów potwierdziła, iż ​​idea „gorącej ręki” jest fałszywa. Wszystko sprowadza się do losowości.

Jak rozwijać umiejętności rozpoznawania wzorców

Ćwicz. Mistrzowie szachowi stają się mistrzami dzięki godzinom rygorystycznych ćwiczeń. Regularne, konsekwentne ćwiczenia to jedyny sposób na rozwinięcie umiejętności rozpoznawania wzorców na wysokim poziomie. Podobnie istotny jest sposób, w jaki ćwiczysz, musi być on rozważny i wymagający. Ćwicz poza swoją strefą komfortu i zmuszaj się do nauki od ekspertów, mistrzów i nowicjuszy, w ten sposób zobaczysz pojawiające się wzorce i rozwiniesz lepsze oko do wzorców.

Matematyka. W matematyce występuje wiele wzorców, takich jak ciąg Fibonacciego — seria liczb, w której liczbę można znaleźć, dodając dwie liczby przed nią. Studiowanie matematyki i ćwiczenie różnych typów równań i sum pomaga rozwijać i wzmacniać nasze abstrakcyjne rozumowanie i rozpoznawanie wzorców. Niezależnie od tego, czy jest to Sudoku, czy algebra, upewnij się, iż zmuszasz się do rozwiązywania coraz trudniejszych problemów.

Natura. Świat przyrody może czasami wydawać się losowy, ale zwracanie bacznej uwagi może ujawnić interesujące wzorce i pomóc nam poprawić naszą zdolność do ich rozpoznawania. Od pór roku, po sposób, w jaki tworzą się i rozwijają sople — wzorce są wszechobecne w naturze. Zwracając baczniejszą uwagę i studiując wzorce w naturze, możemy udoskonalić i rozwinąć nasze umiejętności rozpoznawania wzorców w angażujący i zabawny sposób.

Zdobądź perspektywę. Zdobycie perspektywy jest niezbędne do dostrzeżenia dużych wzorców. Podobnie jak niemożliwe jest zobaczenie całego terenu pustyni, gdy się ją przemierza, tak samo trudno jest dostrzec wzorce, gdy jest się zbyt zaangażowanym w dziedzinę lub problem. Spróbuj się wycofać i spojrzeć na szerszy obraz lub obejrzyj swój temat z różnych kątów — naucz się widzieć rzeczy na opak, od wewnątrz i do góry nogami.

Źródło: Pattern Recognition: what it is and how to develop it

“Bez celów koncepcja inteligencji jest bez znaczenia” – Steven Pinker

Więc kiedy wrona albo kruk rozpoznaje wzorce, to są uznawane za „inteligentne” i „naprawdę fajne”, ale kiedy ja to robię, to nazywają mnie rasistą i antysemitą.