Diplomarbeit, 2014
43 Seiten, Note: 1,2
1. Einleitung
1.1 Fragestellung
1.2 Motivation
1.3 Zielsetzung
1.4 Verlauf der Arbeit
2. Hauptteil
2.1 Grundinformationen zur Mustererkennung
2.1.1 Was ist Mustererkennung?
2.1.2 Die drei grundlegenden Ansätze der Mustererkennung
2.1.2.1 Syntaktische Mustererkennung
2.1.2.2 Statistische Mustererkennung
2.1.2.3 Strukturelle Mustererkennung
2.1.3 Die Arbeitsphase
2.1.3.1 Aufnahme
2.1.3.2 Vorverarbeitung
2.1.3.3 Merkmalsextraktion
2.1.3.4 Merkmalsreduktion
2.1.3.5 Klassifikation
2.1.4 Die Lernphase
2.1.4.1 Überwachtes Lernen
2.1.4.2 Unüberwachtes Lernen
2.2 Anwendungsgebiete
2.2.1 Bilderkennung
2.2.2 Schrifterkennung
2.2.3 Spracherkennung
3. Fazit
3.1 Zusammenfassung
3.2 Ausblick
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist es, die komplexen Grundlagen und die Funktionsweise der Mustererkennung so aufzubereiten, dass sie auch für fachfremde Einsteiger verständlich sind. Die Arbeit untersucht dabei insbesondere die künstliche Nachbildung menschlicher Wahrnehmungsprozesse und deren praktische Umsetzung in der Informatik.
2.1.1 Was ist Mustererkennung?
Bevor man in die Thematik der Mustererkennung eintaucht, sollte zunächst geklärt werden, was Mustererkennung genau ist. Für das Wort Mustererkennung gibt es viele verschiedene Definitionen, die sich in manchen Bereichen gleichen und in manchen weit auseinander gehen. Eine allgemeine Definition lautet: „Pattern recognition is the search for structure in data.” (Pal & Bezdek 1992).
Eine andere besagt: „Die Mustererkennung beschäftigt sich mit den mathematisch–technischen Aspekten der automatischen Verarbeitung und Auswertung von Mustern“ (Niemann, H. 2003: 13). Zusammenfassend könnte man sagen, dass die Mustererkennung ein Verfahren bezeichnet, in dem gemessene Signale automatisch in Kategorien eingeordnet werden, um sie automatisch zu klassifizieren (vgl. Franz, Prof. Dr. Matthias 2008: 6).
Die Mustererkennung ist ein Teilgebiet der Informatik. Sie wird benutzt, um mit der Umwelt zu interagieren sowie einfache Tätigkeiten auszuführen, und ist ein Bestandteil von Intelligenten Systemen (vgl. Maier, Orlando & Weck, Tobias 2007: 11) Ihre Einsatzgebiete beziehen sich auf die Bild-/Objekterkennung, Biometrie (z.B. Sprech-, Fingerabdruck- oder Iriserkennung), Schrifterkennung und in der Spracherkennung (vgl. Maier, Orlando & Weck, Tobias 2007: 18). So wie die Menschen mittlerweile viele Dinge aus der Natur ableiten, so wird auch die Mustererkennung vom menschlichen Gehirn abgeleitet.
1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Mustererkennung ein, definiert den Rahmen der Arbeit und stellt die zentralen Forschungsfragen zur Funktionsweise und Relevanz der Technologie.
2. Hauptteil: Der Hauptteil erläutert theoretische Grundlagen wie die drei methodischen Ansätze der Mustererkennung und detailliert die Arbeits- und Lernphasen, bevor drei spezifische Anwendungsgebiete praxisnah untersucht werden.
3. Fazit: Das Fazit fasst die wesentlichen Erkenntnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Bedeutung der Mustererkennung in einer zunehmend technologisierten Welt.
Mustererkennung, Informatik, Künstliche neuronale Netze, Bilderkennung, Schrifterkennung, Spracherkennung, Klassifikation, Merkmalsextraktion, Lernphase, Arbeitsphase, Biometrie, Algorithmen, Datenverarbeitung, Automatisierung, Neuronale Netze.
Die Arbeit behandelt die Grundlagen und Anwendungsgebiete der Mustererkennung und untersucht, wie Informatiksysteme menschliche Wahrnehmungsleistungen imitieren können.
Die zentralen Themen sind die methodischen Ansätze der Mustererkennung, die Struktur von Erkennungssystemen sowie deren Anwendung in den Bereichen Bild-, Schrift- und Spracherkennung.
Ziel ist es, die Funktionsweise der Mustererkennung so zu erklären, dass auch Einsteiger die Thematik verstehen, und die Notwendigkeit dieser Technologie im Alltag zu beleuchten.
Die Arbeit nutzt eine Literaturrecherche und die Analyse von theoretischen Konzepten, illustriert durch praktische Beispiele und Fallstudien wie die Bilderkennung in Videospielen.
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen (Ansätze), die technischen Prozessschritte (Arbeits- und Lernphase) sowie die Untersuchung konkreter Einsatzgebiete.
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Mustererkennung, Künstliche Intelligenz, Neuronale Netze und Klassifikation bestimmt.
Während die syntaktische Erkennung auf formalen Grammatiken und Symbolregeln basiert, setzt die statistische Mustererkennung auf mathematische Wahrscheinlichkeitsrechnungen und Merkmalsvektoren.
Der Nachteil des überwachten Lernens liegt in der biologischen Unplausibilität, da das System extern mit den korrekten Ausgabemustern trainiert werden muss.
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