前言
　　模式（Pattern）泛指蘊含在數(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。模式識別（Pattern Recognition）就是通過對表征事物、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，有效地完成識別、分類、解釋、預(yù)測和決策等任務(wù)。
　　模式識別首先是人類思考問題、解決問題、認(rèn)知事物、認(rèn)識世界的一種方式。俗語說：物以類聚，人以群分。人們根據(jù)事物和對象特征的異同對其進(jìn)行區(qū)分或歸類，這將帶來以下兩方面的好處：一是對認(rèn)識和經(jīng)驗分門別類地進(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，方便記錄、學(xué)習(xí)和傳播；二是根據(jù)已有的知識觸類旁通地認(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，以計算機為工具，綜合運用數(shù)值分析、概率統(tǒng)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及其他機器學(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，自動識別并揭示事物之間的特定聯(lián)系、規(guī)律或趨勢，完成對對象的識別、分類、聚類、預(yù)測和決策。
　　模式和模式識別在概念上的寬泛性，源于模式識別應(yīng)用范圍的廣泛性。模式識別無處不在（圖像識別、語音識別、文字識別等），其應(yīng)用已經(jīng)遍及人們生活的方方面面。
　　模式識別應(yīng)用于人類身份識別，包括人臉識別、指紋識別、語音識別、步態(tài)識別等，已經(jīng)在安防系統(tǒng)、手機支付、反恐等領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。
　　模式識別應(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)中的對象與互聯(lián)網(wǎng)上各種對象間的相似性進(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。
　　模式識別將文字識別、語音識別、自然語言處理、語音合成等技術(shù)集成在一起，通過手機APP翻譯軟件實現(xiàn)了從圖像到文字的拍照翻譯、從文字到語言的朗讀、不同語言之間的實時互譯等功能，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。
　　模式識別應(yīng)用于工業(yè)機器人視覺系統(tǒng)，通過在線分析圖像，既可以將產(chǎn)品自動區(qū)分為合格和不合格兩類，并完成合格品的自動裝箱和倉儲管理，也可以自動識別和定位不同的工件，并根據(jù)配合關(guān)系自動完成產(chǎn)品的在線裝配，從而顯著提高工業(yè)生產(chǎn)效率。
　　模式識別應(yīng)用于家庭服務(wù)機器人，可以通過物體識別區(qū)分家居環(huán)境中的各種家具、工具、食品，通過人臉識別、語音識別、表情識別、手勢識別、情感識別與人交互，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。
　　模式識別應(yīng)用于交通領(lǐng)域，汽車自動駕駛采用行人檢測、車道識別、交通信號識別等技術(shù)，不僅能夠有效地消除人為駕駛錯誤和疲勞駕駛，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別和車輛異常行為識別等技術(shù)，實現(xiàn)了車輛違章抓拍和停車場自動收費；智慧交通系統(tǒng)識別交通場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)計新的道路改善方案。
　　模式識別應(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、超聲波檢測圖像、心電圖、腦電圖、肌電圖等各種醫(yī)療檢測數(shù)據(jù)，通過計算機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)的基因比對和基因模式識別，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。
　　模式識別應(yīng)用于金融領(lǐng)域，通過金融數(shù)據(jù)分析和風(fēng)險識別，可以有效地幫助人們進(jìn)行股市預(yù)測、信用評分、欺詐檢測等，既可以識別異常交易和欺詐行為，發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險因素和異常波動，幫助金融機構(gòu)監(jiān)測和管理風(fēng)險，提高金融安全，又可以識別市場需求和用戶偏好，幫助投資者做出更準(zhǔn)確的投資決策或制定更有效的營銷策略。
　　總之，模式識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)該重視模式識別理論的發(fā)展以及模式識別技術(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)模式識別相關(guān)知識的普及，并在信息科學(xué)相關(guān)專業(yè)中推動模式識別課程教學(xué)改革的深入。
　　高教司順應(yīng)時代的要求，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。這是一個非常明智和及時的舉措。
　　作為長期從事模式識別相關(guān)教學(xué)和科研的高校一線教師，我們深知模式識別課程對于高校人工智能相關(guān)專業(yè)本科生知識架構(gòu)和專業(yè)技能養(yǎng)成的重要性，也深感教材建設(shè)對于高校模式識別課程教學(xué)的重要性，因此，我們響應(yīng)高教司的號召，把自己長期在一線教學(xué)科研中總結(jié)的經(jīng)驗融入這本教材的編寫，希望能夠?qū)�廣大青年學(xué)子對模式識別課程的學(xué)習(xí)有所裨益，也對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)知識部分，重點講授模式識別的基本概念、模式識別系統(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，重點講授基于判別函數(shù)、統(tǒng)計理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式分類等內(nèi)容；在模式聚類部分，重點講授動態(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)識水平所限，書中疏漏之處在所難免，還懇請各位同行專家不吝指正，以幫助我們及時修正完善。模式識別領(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，也請隨時和我們聯(lián)系交流，便于我們在后續(xù)版本更新中及時進(jìn)行修訂。希望能夠在大家的幫助下完善本書，使其緊貼時代前進(jìn)的脈搏，與時俱進(jìn)地體現(xiàn)模式識別領(lǐng)域的最新發(fā)展，并因此能夠?qū)Ω�多學(xué)子學(xué)習(xí)模式識別知識有所裨益，對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