前言
　　模式（Pattern）泛指蘊(yùn)含在數(shù)據(jù)記錄中能夠體現(xiàn)事物或?qū)ο竽撤N內(nèi)在屬性的結(jié)構(gòu)、特征、規(guī)律、趨勢(shì)或聯(lián)系，通常表現(xiàn)為某種重復(fù)出現(xiàn)的特定結(jié)構(gòu)或形式。它可以是一系列事件或行為經(jīng)常相伴發(fā)生或發(fā)展的方式，或者是一系列線條、圖案、形狀、顏色組織在一起反復(fù)出現(xiàn)的樣式。模式識(shí)別（Pattern Recognition）就是通過對(duì)表征事物、現(xiàn)象的各種信息描述（數(shù)據(jù)、波形、圖像、文字、邏輯關(guān)系和其他任何可測(cè)量特征的集合）進(jìn)行辨認(rèn)、分析和處理，發(fā)現(xiàn)隱含在數(shù)據(jù)中的模式和規(guī)律，用以推斷未知數(shù)據(jù)的特征或類別，有效地完成識(shí)別、分類、解釋、預(yù)測(cè)和決策等任務(wù)。
　　模式識(shí)別首先是人類思考問題、解決問題、認(rèn)知事物、認(rèn)識(shí)世界的一種方式。俗語說：物以類聚，人以群分。人們根據(jù)事物和對(duì)象特征的異同對(duì)其進(jìn)行區(qū)分或歸類，這將帶來以下兩方面的好處：一是對(duì)認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)分門別類地進(jìn)行整理，找出隱含在數(shù)據(jù)記錄中的規(guī)律，形成系統(tǒng)性的知識(shí)，方便記錄、學(xué)習(xí)和傳播；二是根據(jù)已有的知識(shí)觸類旁通地認(rèn)知新事物，做到人們常說的以此類推和舉一反三。
　　模式識(shí)別然后才是一種人工智能的領(lǐng)域和方法，它受人類智慧的啟發(fā)，模擬人類認(rèn)知思考的模式和方法，以計(jì)算機(jī)為工具，綜合運(yùn)用數(shù)值分析、概率統(tǒng)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及其他機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，尋找隱含在樣本數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián)性和相似性，自動(dòng)識(shí)別并揭示事物之間的特定聯(lián)系、規(guī)律或趨勢(shì)，完成對(duì)對(duì)象的識(shí)別、分類、聚類、預(yù)測(cè)和決策。
　　模式和模式識(shí)別在概念上的寬泛性，源于模式識(shí)別應(yīng)用范圍的廣泛性。模式識(shí)別無處不在（圖像識(shí)別、語音識(shí)別、文字識(shí)別等），其應(yīng)用已經(jīng)遍及人們生活的方方面面。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于人類身份識(shí)別，包括人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、語音識(shí)別、步態(tài)識(shí)別等，已經(jīng)在安防系統(tǒng)、手機(jī)支付、反恐等領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于基于內(nèi)容的檢索系統(tǒng)，根據(jù)用戶提交到系統(tǒng)中的對(duì)象與互聯(lián)網(wǎng)上各種對(duì)象間的相似性進(jìn)行信息查詢，例如輸入一幅圖像或一段視頻以檢索相似的圖像和視頻，輸入一段旋律以檢索相似的音樂作品等，極大地方便和豐富了人們的休閑娛樂生活。
　　模式識(shí)別將文字識(shí)別、語音識(shí)別、自然語言處理、語音合成等技術(shù)集成在一起，通過手機(jī)APP翻譯軟件實(shí)現(xiàn)了從圖像到文字的拍照翻譯、從文字到語言的朗讀、不同語言之間的實(shí)時(shí)互譯等功能，有效地促進(jìn)了異國人士之間的交流，以及聾啞人和正常人的交流。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)，通過在線分析圖像，既可以將產(chǎn)品自動(dòng)區(qū)分為合格和不合格兩類，并完成合格品的自動(dòng)裝箱和倉儲(chǔ)管理，也可以自動(dòng)識(shí)別和定位不同的工件，并根據(jù)配合關(guān)系自動(dòng)完成產(chǎn)品的在線裝配，從而顯著提高工業(yè)生產(chǎn)效率。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于家庭服務(wù)機(jī)器人，可以通過物體識(shí)別區(qū)分家居環(huán)境中的各種家具、工具、食品，通過人臉識(shí)別、語音識(shí)別、表情識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、情感識(shí)別與人交互，為人類提供陪伴交流和家居服務(wù)，通過助老助殘?zhí)嵘�老年人和殘疾人的生活質(zhì)量。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于交通領(lǐng)域，汽車自動(dòng)駕駛采用行人檢測(cè)、車道識(shí)別、交通信號(hào)識(shí)別等技術(shù)，不僅能夠有效地消除人為駕駛錯(cuò)誤和疲勞駕駛，保障交通安全，而且能夠有效地減少交通擁堵，提高行車效率；交管部門采用車牌識(shí)別和車輛異常行為識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了車輛違章抓拍和停車場(chǎng)自動(dòng)收費(fèi)；智慧交通系統(tǒng)識(shí)別交通場(chǎng)景中的車輛行駛狀況和擁堵狀況，可以輔助交警進(jìn)行交通調(diào)度，并幫助城市規(guī)劃部門設(shè)計(jì)新的道路改善方案。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)影像分析方面，基于諸如X光片、CT圖像、超聲波檢測(cè)圖像、心電圖、腦電圖、肌電圖等各種醫(yī)療檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)輔助診斷可以有效地進(jìn)行病理診斷，幫助醫(yī)生提高診斷的正確性和治療效率；基于生物信息學(xué)的基因比對(duì)和基因模式識(shí)別，幫助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)特定基因序列與特殊疾病之間的因果關(guān)系，有助于發(fā)現(xiàn)癌癥和其他罕見病的治療方案。
　　模式識(shí)別應(yīng)用于金融領(lǐng)域，通過金融數(shù)據(jù)分析和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，可以有效地幫助人們進(jìn)行股市預(yù)測(cè)、信用評(píng)分、欺詐檢測(cè)等，既可以識(shí)別異常交易和欺詐行為，發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素和異常波動(dòng)，幫助金融機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)和管理風(fēng)險(xiǎn)，提高金融安全，又可以識(shí)別市場(chǎng)需求和用戶偏好，幫助投資者做出更準(zhǔn)確的投資決策或制定更有效的營(yíng)銷策略。
　　總之，模式識(shí)別與人們的生活息息相關(guān)，其應(yīng)用已經(jīng)深入人們工作和生活的方方面面。我們應(yīng)該重視模式識(shí)別理論的發(fā)展以及模式識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，尤其是要在普通高校的理工科學(xué)生中促進(jìn)模式識(shí)別相關(guān)知識(shí)的普及，并在信息科學(xué)相關(guān)專業(yè)中推動(dòng)模式識(shí)別課程教學(xué)改革的深入。
　　高教司順應(yīng)時(shí)代的要求，主導(dǎo)推進(jìn)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域十四五高等教育教材體系建設(shè)，以提高戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域人才培養(yǎng)質(zhì)量。這是一個(gè)非常明智和及時(shí)的舉措。
　　作為長(zhǎng)期從事模式識(shí)別相關(guān)教學(xué)和科研的高校一線教師，我們深知模式識(shí)別課程對(duì)于高校人工智能相關(guān)專業(yè)本科生知識(shí)架構(gòu)和專業(yè)技能養(yǎng)成的重要性，也深感教材建設(shè)對(duì)于高校模式識(shí)別課程教學(xué)的重要性，因此，我們響應(yīng)高教司的號(hào)召，把自己長(zhǎng)期在一線教學(xué)科研中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)融入這本教材的編寫，希望能夠?qū)�廣大青年學(xué)子對(duì)模式識(shí)別課程的學(xué)習(xí)有所裨益，也對(duì)我國高校人工智能學(xué)科教育教學(xué)的發(fā)展有所助力。
　　本書分為三部分。在基礎(chǔ)知識(shí)部分，重點(diǎn)講授模式識(shí)別的基本概念、模式識(shí)別系統(tǒng)的性能指標(biāo)和一般結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；在模式分類部分，重點(diǎn)講授基于判別函數(shù)、統(tǒng)計(jì)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式分類等內(nèi)容；在模式聚類部分，重點(diǎn)講授動(dòng)態(tài)聚類、層次聚類、高斯混合模型聚類、密度聚類等內(nèi)容。
　　由于編者學(xué)識(shí)水平所限，書中疏漏之處在所難免，還懇請(qǐng)各位同行專家不吝指正，以幫助我們及時(shí)修正完善。模式識(shí)別領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，新的思想和方法層出不窮，在教學(xué)過程中，同行教師和青年學(xué)生如果有好的思路或建議，也請(qǐng)隨時(shí)和我們聯(lián)系交流，便于我們?cè)诤罄m(xù)版本更新中及時(shí)進(jìn)行修訂。希望能夠在大家的幫助下完善本書，使其緊貼時(shí)代前進(jìn)的脈搏，與時(shí)俱進(jìn)地體現(xiàn)模式識(shí)別領(lǐng)域的最新發(fā)展，并因此能夠?qū)Ω�多學(xué)子學(xué)習(xí)模式識(shí)別知識(shí)有所裨益，對(duì)我國人工智能科技的發(fā)展有所貢獻(xiàn)，這正是我們所熱切期待的。
　　以下是編者的聯(lián)系方式：北方工業(yè)大學(xué)張曉平zhangxp@ncut.edu.cn（第4章）
　　北京工業(yè)大學(xué)龔道雄gongdx@bjut.edu.cn（第7章）
　　姜華杰jianghj@bjut.edu.cn（第5、6章）
　　東北大學(xué)秦皇島分校趙玉良zhaoyuliang@neuq.edu.cn（第1章）
　　華南理工大學(xué)畢盛picy@scut.edu.cn（第2章）
　　董敏hollymin@scut.edu.cn（第3章）
　　羅家祥luojx@scut.edu.cn（第8章）
　　編者