ðÉËÔÏÇÒÁÆÉËÉx - Томский политехнический университет

Пиктографики «Лица Чернова»
Прокопьев Р.О.
Научный руководитель: Берестнева О.Г.
Томский политехнический университет
Tuz36@mail.ru
Многомерные пиктографики – не очень простой, но мощный
Для каждого наблюдения рисуется отдельное «лицо». На
исследовательский инструмент разведочного анализа данных.
каждом
«лице»
относительные
значения
переменных
Главная идея такого метода анализа основана на человеческой
представлены как формы и размеры отдельных черт лица
способности "автоматически" фиксировать сложные связи между
(например, длина и ширина носа, размер глаз, размер зрачка,
многими
переменными,
если
они
проявляются
в
угол между бровями).
последовательности элементов. С помощью пиктографиков
Анализ информации при помощи такого способа отображения
можно представить элементарные наблюдения как отдельные
основан на способности человека интуитивно находить сходства
графические объекты, где значения переменных соответствуют
и различия в чертах лица.
определенным чертам или размерам объекта (обычно одно
Отображение динамики состояния объекта с помощью
наблюдение = одному объекту).
«лиц Чернова»
Лица Чернова – это один из наиболее интересных типов
В работе Кабулова Б.Т. [1] предлагаются правила построения
пиктографиков. Herman Chernoff придумал использовать для
лиц Чернова, позволяющие увеличить точность и уменьшить
поиска зависимостей одних статистических показателей от
время решения задачи оценки человеком. Для того чтобы
других (корреляций) ресурсы мозга, отвечающие за
повысить точность оценки значений параметров управляемого
распознавание лиц. Идею можно назвать гениальной, поскольку
объекта, на изображении должны существовать некоторые
человек – существо социальное и благодаря контактам с другими
ориентиры. В связи с этим предлагается использовать легко
людьми, он обучается распознавать огромное количество лиц.
распознаваемые граничные положения элементов лица Чернова,
По выражению лица, мимике мы мгновенно определяем не
позволяющие однозначно определить: к какому из заранее
только эмоциональнее состояние человека, но и десятки его
заданных интервалов принадлежат соответствующие значения
оттенков. Причем малейшие изменения в лице могут быть сразу
каждого из параметров. При этом появляется возможность не
замечены окружающими.
Этим определяется высокая
только попарного сравнения различных состояний объекта с
информативность, как самого лица, так и его выражения.
выработкой оценок типа "лучше – хуже", но и достаточно точной
Итак, лица Чернова (Chernoff Faces) – это схема визуального
оценки значений параметров отдельно взятого состояния по
представления многофакторных данных в виде человеческого
степени близости соответствующих элементов изображения к
лица. Для каждого наблюдения рисуется отдельное "лицо", где
тем или иным граничным положениям.
относительные значения выбранных переменных представлены
В данном варианте построения лиц Чернова для каждого
как формы и размеры отдельных черт лица (например, длина
элемента изображения задаются четыре граничных положения,
носа, угол между бровями, ширина лица).
соответствующие предельным значениям параметров и
Сложность данного метода, заключается в правильном
граничным, делящим область возможных значений на три
сопоставлении исследуемых переменных с частями лица. При
интервала,
характеризуемые
как
"хороший",
ошибке важные закономерности могут остаться незамеченными.
"удовлетворительный" и "неудовлетворительный".
Представление
многомерных
данных
в
виде
пиктографиков «Лица Чернова»
Информация из окружающей среды, которую воспринимает
человек, вызывает у него определенные эмоции. Эмоциями
называют более или менее устойчивые психические состояния,
выражающие отношение человека к другим людям, к самому
себе, к окружающей жизни. У человека выявлено шесть таких
универсальных состояний эмоций: грусть, гнев, радость, страх,
отвращение и удивление. Каждая эмоция отображается на лице,
поэтому выражения лица являются надежным индикатором
эмоционального состояния человека. Брови, глаза и рот являются
Рис.2. Пример построения «лиц Чернова» по методике
главными элементами на лице, посредством которых
Б.Т.Кабулова
выражаются и опознаются эмоциональные состояния человека.
Суть предлагаемых правил становится ясной при
Информация и эмоции служат основой для принятия решения
рассмотрении Рис.2. Лица Чернова, изображенные на Рис.2(а).–
и осуществления действий. Однако кроме объективной
соответствуют наилучшим, а на Рис. 2(г).– наихудшим значениям
информации человек нуждается и в получении субъективной
параметров объекта. Изображения же на Рис. 2(б, в).информации, т.е. эмоций. Она может исходить от людей, с
соответствуют граничным значениям параметров, делящим
которыми человек контактирует, либо синтезированных эмоций,
область допустимых значений каждого из них на три интервала,
которые вырабатываются индикаторами эмоций в технической
которые
оцениваются
экспертами
как
"хороший",
системе, а также через «лица Чернова».
"удовлетворительный" и "неудовлетворительный". Легкость
Основная идея представления информации в «лицах Чернова»
восприятия
получаемых
изображений
достигается
состоит в кодировании значений различных переменных в
использованием
таких
простых
понятий,
как
параллельность,
характеристиках или чертах человеческого лица[1]. Пример
перпендикулярность, вертикальность, горизонтальность и
такого
«лица»
приведен
на
Рис.
1.
совпадение.
Предлагаемый подход приводит к уменьшению числа
конструктивных параметров, однако использование туловища и
конечностей позволит увеличить их количество примерно вдвое.
В частности, можно добавить такие конструктивные параметры,
как углы сгиба в локтях каждой руки, углы сгиба в коленях ног и
число пальцев на каждой из конечностей. Цветные изображения
могут содержать дополнительную информацию о тенденциях и
скоростях изменения значений параметров объекта о том, в
какую сторону происходит отклонение от нормы.
Для отображения динамики состояния объектов многие
Рис. 1. Пример изображения пиктографика «лицо Чернова»
авторы предлагают использовать асимметрию [2]. Она позволяет
рассматривать объекты в прогрессе. Второй пример показывает
различные параметры у пациентов, к которым применялось
лечение. Левая сторона лица показывает значения параметров до,
а правая – после лечения.
Рис. 3. Отображение динамики состояния пациентов с
использованием асимметрии BANP [2].
Как видно из Рис. 3., легко можно понять, кому и насколько
стало лучше, даже не вникая в сущность исследуемых
параметров.
Разработка
своего
программного
продукта
для
построения «лиц Чернова»
Мной была разработана программа Chern, реализующая
данный подход. Однако, в нашем случае, для оценки состояния
объекта «до» и «после» воздействия используется не две
половины «лица», а два разных пиктографика.
Проверим для больных, с каким диагнозом эффективен метод
аудиовизуальной стимуляции мозга.
Принцип работы программы Chern заключается в следующем:
при сравнении параметров до и после лечения, если параметры
после лечения больше, чем до лечения, на рисунке у прямых
начинается отклонение вправо или вниз, а окружности
вытягиваются влево и вправо (обратный принцип только у глаз и
зрачков); если же меньше или равны, то изменения на рисунке
наоборот. При плохом прослеживании отклонения можно
воспользоваться просмотром координат точек, которые
появляются при нажатии на интересующую часть рисунка.
Рис.4. Диалоговое окно программы Chern
Ниже приведен пример, в котором для построения «лиц»
используются 22 информативных физиологических показателя,
характеризующих состояние больных бронхиальной астмой.
Рассмотрим полученные результаты.
Рис. 5. Отображение состояния больного BAPI до и после
лечения в виде «лиц Чернова»
Рассматривая
полученное
«лицо»,
характеризующее
состояние больного BAPI(Рис. 5.) отметим: значительное
отклонение горизонтальной линии носа, что говорит об
увеличении показателя статической растяжимости легких;
увеличение показателя общей работы дыхания и удельной
работы дыхания, обусловленное вытяжением окружностей – глаз
вверх и вниз; а также положительное изменение параметров,
связанных с элементами бороды.
Рис. 6. Отображение состояния больного BANP до и после
лечения в виде «лиц Чернова»
Рассматривая «лицо», характеризующее состояние больного
BANP (Рис. 6.) отметим следующее: во-первых уменьшение всех
параметров, связанных с элементами волос, в особенности
параметра форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ) и
максимальной объемной скорости выдоха на уровне 25% ФЖЕЛ
(МОС25); во-вторых увеличение показателя статической
растяжимости
легких
и
незначительное
уменьшение
динамической растяжимости легких, выраженные отклонением
горизонтальной линии носа вниз и вправо, а вертикальной линии
– влево; ко всему прочему, невозможно не обратить внимание на
вытяжение окружностей – ушей, что свидетельствует об
увеличении бронхиального сопротивления на вдохе и на выдохе.
Таким образом, полученные результаты показали, что метод
аудиовизуальной стимуляции мозга (АВС) эффективен для
лечения больных с диагнозом психогенно-индуцированной
бронхиальной астмы.
Список используемой литературы
1.
2.