CC BY
17
УДК 506+510
1.В. БАКЛАН
Надюнальний техшчний ушверситет Укра1ни "Китський псоттехшчний шститут"
Л1НГВ1СТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ 2D ТА 3D ДИНАМ1ЧНИХ ПРОЦЕС1В
У cmammi розглядаються питання використання лтгвктичного моделювання для опису deoMipmx та mpuMipHux динамiчних процеав, mid яких виражений у виглядi змтюваних траекторш. Приведет особливостi вiдображення змтюваних у час процеав у виглядi лтгвктичних моделей.
Ключовi слова: лтгвктичне моделювання, лiнгвiстична модель, динамiчний процес.
I.V. BAKLAN
National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute"
LINGUISTIC MODELING 2D AND 3D DYNAMIC PROCESS
Annotation
A classic example of linguistic modeling is forecasting univariate time series of different origin. This article will focus on the principles of linguistic features using simulation to solve problems of recognition based on 2D and 3D objects dynamic processes.
The basic features of the use of linguistic modeling for describing 2D and 3D objects dynamic processes. Shown the practical applications of linguistic modeling for the description and recognition of user movements on a computer screen. Shown the possible practical applications of linguistic modeling for describing 3D recognition of emotion in the human face, diagnosis of diseases of the heart and lungs by the movement offacial features of the patient and others.
Keywords: linguistic modeling, linguistic model, dynamic process.
Постановка проблеми. Класичним прикладом застосування лшгв1стичного моделювання е прогнозування одном1рних часових ряд1в р1зномаштного походження. Ця стаття буде присвячена особливостям використання принцитв лшгв1стичного моделювання для розв'язання задач розтзнавання на основ1 2D та 3D об'екпв динашчних процеав.
Стопъ завдання опису 2D та 3D об'екпв у вигляд1 лшгвютичних моделей для подальшого використання в процесах розтзнавання образ1в.
AH^i3 публшацш з теми дослщження. Лшгвютичне моделювання — комплекс метод1в, методик та алгорштшв, яш використовують процес перетворення числових масив1в шформаци до лшгвютичних послщовностей, на основ1 яких вщновлюеться формальна граматика [1,2,3].
Формулювання мети статть Метою дослвдження е побудова лшгвютичних моделей дво- та трим1рних динам1чних процеав, змшюваних у чаа, з подальшим використанням у процес розтзнавання образ1в.
Основна частина. Лшгвютична модель в межах вдеологи лшгвютичного моделювання е формальною системою, яка складаеться з чотирьох елеменпв :
<D, I, L, G>,
де D - наб1р вх1дних даних (наприклад, часових ряд1в динам1чного процесу); I - правила розбиття множини значень вхвдних даних; L - 1зоморф1зм 1з заданого штервалу до набору символ1в (алфавп)
G - формальна граматика, ввдновлена на основ1 лшгвютичних ланцюпв на заданому набор1 вх1дних даних.
В час росту шлькосп користувач1в фшансових установ через гаджети з сенсорними елементами введення шформаци, одшею з актуальних проблем е процес автентифшацп користувача за його шдивщуальним комп'ютерним почерком (особливютю рух1в машпулятором «миша», рухами по сенсорному екрану сучасних смартфошв, планшетов та ноутбуков).
Y
b
V
у, 0 1 1
*2 а
Рис. 1. Фрагмент 2D динам1чного процесу
Користувач здшснюе вхщ до певно1 комп'ютерно1 системи, або отримуе доступ до певних ресурав. Необх1дно за його рухами курсору встановити ймовiрнiсть того, що вони справдi належать тому користувачу, що yвiйшов у систему. Особливо це актуально в наш час, коли все б№ше поширюегься комп'ютерне шахрайство для входу через 1нтернет до банк1вських структур шд чужими паролями. Отриману ймовiрнiсть необхiдно передати слyжбi безпеки комп'ютерно1 системи, на основi яко1 i буде здiйснено рiшення про допуск користувача чи видiлення йому ресурав [4].
Згiдно схеми побудови лшгвютично1 моделi, першим кроком для опису 2D та 3D об'екпв е отримання рiзницевих масивiв координат курсора на rai екрану x, y та z (для тривимiрного випадку). Тобто як й у випадку з часовими рядами, ми будемо опрацьовувати рiзницi координат руху динашчно1 точки (рис.1):
Слiд зазначити, що розмiр рiзницi буде вiдмiнюватися в штервалах [-a,a] для рiзниць першого порядку за координатою x та [-b,b] для рiзниць першого порядку за координатою y.
Надалi будемо квантувати рiзницi дослщжуваних координат руху за певним пром1жком часу At, який буде зберiгатися на протязi всього спостереження. Тобто моменти спостериання будуть р1вновщщалеш за часом та дор1внювати At:
Лшгвютична модель <М, A, D, G> в цьому випадку буде мати наступну семантику. M = Мя U Му - множина можливих значень координат спостережень х, у. А = Ах U А}. - множина алфавтв для вадображення (морф1зму) О : M A. G - граматика лшгвютичних пар cf( -fj та or(j).
Для кожно1 з координат проводиться процес iнтервалiзацiï у вiдповiдностi до обмежень, яш заданi технiчними можливостями об'екту.
Крок iнтервалiзацiï у випадку опрацювання даних курсора обмежений розподшьною здатнiстю екрана користувача - а,Ь - юльшстю ппсселей, яка шдтримуеться «зал1зом» користувача. И фактично значения рпниць будуть у штервалах x е .—о., а], у е [—b.b\. 3 урахуванням uieï особливосп й виконуеться штервал1защя - розбиття множини значень р1зницевих вхццшх даних.
1нтсрвалпащя дае множину штервал1в l[ap,aj, ] .aL,],..., 1.а7,аЕ]. За вюсю абсцис розташоваш впорядковаш значення часового ряду та штервали. За вiссю ординат ранжуеться шльшсть значень часового ряду, що потрапили до вщповцшого штервалу. Кшыасть елеменпв, яш потрапляють до певного штервалу (значення часового ряду можуть повторюватися) будемо позначати через Юльшсть ¡нтсрвал1в - M < Jff. Легко бачити, що сума
Наступним етапом побудови лiнгвiстичноï моделi е л1нгв1стизац1я, пiд якою ми розумiемо перетворення вхщного набору даних до лшгвютичного ланцюжку.
Маемо алфавгт Л = . тобто множину cumbo.iîb (л1тср) e-j. на якш задано вцшошення
eL « ег « ■■■ « ен. яке будемо називати лекс1кограф1чним порядком для алфавиу <Л. Маемо дина\пчний ряд (рпниць) X = <j:l,:x2, .,,, хи]. значення якого входять до множини штервал1в I, отримашн на попередньому еташ побудови лшгшстичши модель тобто yci занчення розташоваш \пж та Ьн :
00 = Ix = il1, [г.....Iм}, [' Е Lj = 1,2.....M. Фактично, = I',j = 1,2.....M. Тепер будуемо
вадображення £:[-•</!, морф1зм, який сшвставляе кожному Ij Е I лидеру з алфавиу </î. Таким чином процес лшгвютизацп чисельного динам1чного ряду р1зниць полягае в замш значень ряду на вццювщш елементи алфавиу: Xj до яюцо а^ е ]j.
В результата лшгвютизацп отримуемо послщовшсть лшгвютичних елеменпв з алфавиу ¡Л: S(j00) = Gûx) = [av аг.....аы1 тобто
a j = .£(['), j = 1,2, Отримаш таким чином лшгвютичш
ланцюжки на наступному етапi побудови лiнгвiстичноï моделi використовуються для вщновлення формальноï граматики.
Лшгвютизащя проводиться окремо для кожно1 з координат, таким чином утворюючи лшгвютичш пари. В результата цього ми отримуемо лшгвютичну модель, яка описуе 2D об'ект (рух курсора по екрану або комп'ютерний шдпись користувача). А вже процесс порiвняння зводиться до виршення питання: новий лшгвютичний ланцюжок належить лiнгвiстичнiй моделi (граматищ) чи нi. Що е вже класичною задачею математичноï лiнгвiстики.
За допомогою лшгвютичного моделювання можна описувати також й 3D динамiчнi процеси. Наприклад, застосування для розпiзнавання емоцш на обличчi людини, розпiзнавання мови за рухами губ, виявлення хвороб серця та легень за порушеннями руху м'язiв на обличчi людини тощо (всi застосування за умови використання контрольних точок на обличч^. Тут також можуть бути й порущення руху пiсля перенесеного шсульту, iнфаркту.
Кожна з контрольних точок е певним динамiчним процесом у чай, з яким пов'язана змта координат x, y та z. Як й у випадку руху курсору по екрану комп'ютера, кожна контрольна точка може змтювати сво! координати у певних межах. Фактично в цьому випадку будуеться лiнгвiстична модель, яка е триединою сукуптстю лтгвютичних ланцюжк1в для кожно! з координат.
Висновки. Розглянуп основт особливосл використання лтгвютичного моделювання для опису 2D та 3D об'екпв динам1чних процейв. Приведет практичт застосування лшгвютичного моделювання для опису та розтзнавання рух1в користувача на екрат комп'ютера. Приведет можлив1 практичт застосування лтгвютичного моделювання для 3D опису розтзнавання емоцш на обличч1 людини, д1агностики хвороб серця та легень за особливостями руху на обличч1 хворого та шш1.
Лiтература
1. Баклан 1.В. Лшгвютичне моделювання: основи, методи, деяш прикладт аспекти. [Текст] / 1.В. Баклан // Системные технологи. Региональный межвузовский сборник научных трудов. - Выпуск 3(74). -2011. - С. 10-19.
2. Баклан I. В. 1нтервальний пвдхщ до побудови лшгвютично! модел [Текст] / 1.В. Баклан // Системш технологи. Регюнальний м1жвуз1вський зб1рник наукових праць. - Випуск 3 (86). - Дшпропетровськ, 2013. - С. 3 - 8.
3. Baklan I.V. Linguistic modeling for solving of different problems // Intellectual Systems for Decision Making and Problems of Computational Intelligence. - Kherson: KNTU, 2013. - P.394-396.
4. Baklan I., Komada P. Hybrid hidden Markov models // Elektronika (LIV). - No 8/2013. - P.28-31.
