最新武汉大学-模式识别-第四章-统计判别课件PPT.ppt 49页

'武汉大学-模式识别-第四章-统计判别 4.1作为统计判别问题的模式分类模式识别的目的就是要确定某一个给定的模式样本属于哪一类。可以通过对被识别对象的多次观察和测量，构成特征向量，并将其作为某一个判决规则的输入，按此规则来对样本进行分类。 4.1作为统计判别问题的模式分类在获取模式的观测值时，有些事物具有确定的因果关系，即在一定的条件下，它必然会发生或必然不发生。例如识别一块模板是不是直角三角形，只要凭“三条直线边闭合连线和一个直角”这个特征，测量它是否有三条直线边的闭合连线并有一个直角，就完全可以确定它是不是直角三角形。这种现象是确定性的现象，前一章的模式判别就是基于这种现象进行的。 4.1.1贝叶斯判别原则例子设有一种诊断癌症的试验，其结果为“阳性”和“阴性”两种反应。若用这种试验来对一个病人进行诊断，提供的化验结果以模式x代表，这里x为一维特征，且只有x=“阳”和x=“阴”两种结果。4.1作为统计判别问题的模式分类 4.1.1贝叶斯判别原则例子假设根据临床记录，发现这种方法有以下统计结果患有癌症的人试验反应为阳性的概率=0.95，即p(x=阳|ω1)=0.95患有癌症的人试验反应为阴性的概率=0.05，即p(x=阴|ω1)=0.05正常人试验反应为阳性的概率=0.01，即p(x=阳|ω2)=0.01正常人试验反应为阴性的概率=0.99，即p(x=阴|ω2)=0.994.1作为统计判别问题的模式分类 4.1.1贝叶斯判别原则问题若被化验的人具有阳性反应，他患癌症的概率为多少，即求P(ω1|x=阳)=？这里P(ω1)是根据以往的统计资料得到的，为患癌症的先验概率。现在经过化验，要求出P(ω1|x=阳)，即经过化验后为阳性反应的人中患癌症的概率，称为后验概率。[计算]4.1作为统计判别问题的模式分类 4.1.2贝叶斯最小风险判别当考虑到对于某一类的错误判决要比对另一类的判决更为关键时，就需要把最小错误概率的贝叶斯判别做一些修正，提出条件平均风险rj(x)。M类分类问题的条件平均风险rj(x)对M类问题，如果观察样本被判定属于ωj类，则条件平均风险为：Lij称为将本应属于ωi类的模式判别成属于ωj类的是非代价。4.1作为统计判别问题的模式分类 4.1.2贝叶斯最小风险判别意义对于自然属性是属于ωi类的模式x来说，它来自ωi类的概率应为P(ωi|x)。如果分类器判别x是属于ωj类，但它实际上来自ωi类，也就是说分类器失败，这时Lij为失分，对应的条件风险为后验概率进行Lij的加权运算。由于模式x的自然属性可能来自M类中的任一类，因此可将观察样本指定为ωj类的条件平均风险用rj(x)的公式运算。4.1作为统计判别问题的模式分类 4.1.2贝叶斯最小风险判别Lij的取值若i=j，即判别正确，得分，Lij可以取负值或零，表示不失分。若i<>j，即判别错误，失分，Lij应取正值。最小平均条件风险分类器分类器对每一个模式x有M种可能的类别可供选择。若对每一个x计算出全部类别的平均风险值r1(x),r2(x),…,rM(x)，并且将x指定为是具有最小风险值的那一类，则这种分类器称为最小平均条件风险分类器。表达式4.1作为统计判别问题的模式分类 4.1.2贝叶斯最小风险判别两类（M=2）的情况[例子]一般多类（M类）的情况4.1作为统计判别问题的模式分类 出发点当已知或者有理由设想类概率密度函数P(x|ωi)是多变量的正态分布时，上一节介绍的贝叶斯分类器可以导出一些简单的判别函数。由于正态密度函数易于分析，且对许多重要的实际应用又是一种合适的模型，因此受到很大的重视。4.2正态分布模式的贝叶斯分类器 M种模式类别的多变量正态类密度函数判别函数是一个超二次曲面。对于正态分布模式的贝叶斯分类器，两个模式类别之间用一个二次判别界面分开，就可以求得最优的分类效果。两类问题且其类模式都是正态分布的特殊情况当C1<>C2时的情况显然，判别界面d1(x)-d2(x)=0是x的二次型方程，即ω1和ω2两类模式可用二次判别界面分开。当x是二维模式时，判别界面为二次曲线，如椭圆，圆，抛物线或双曲线等。当C1=C2=C时的情况判别界面为x的线性函数，为一超平面。当x是二维时，判别界面为一直线。4.2正态分布模式的贝叶斯分类器 [例子]讨论贝叶斯分类规则是基于统计概念的。如果只有少数模式样本，一般较难获得最优的结果。4.2正态分布模式的贝叶斯分类器 作业及编程设以下模式类别具有正态概率密度函数：ω1：{(00)T,(20)T,(22)T,(02)T}ω2：{(44)T,(64)T,(66)T,(46)T}（1）设P(ω1)=P(ω2)=1/2，求这两类模式之间的贝叶斯判别界面的方程式。（2）绘出判别界面。编写两类正态分布模式的贝叶斯分类程序。（可选例题或上述作业题为分类模式） 在贝叶斯分类器中，构造分类器需要知道类概率密度函数p(x|ωi)。如果按先验知识已知其分布，则只需知道分布的参数即可。例如：类概率密度是正态分布，它完全由其均值向量和协方差矩阵所确定。对均值向量和协方差矩阵的估计即为贝叶斯分类器中的一种参数估计问题。4.3均值向量和协方差矩阵的参数估计 参数估计的两种方式一种是将参数作为非随机变量来处理，例如矩估计就是一种非随机参数的估计。另一种是随机参数的估计，即把这些参数看成是随机变量，例如贝叶斯参数估计。4.3均值向量和协方差矩阵的参数估计 均值和协方差矩阵的非随机参数的估计均值和协方差矩阵的估计量定义均值和协方差矩阵估计量的迭代运算4.3均值向量和协方差矩阵的参数估计 均值向量和协方差矩阵的贝叶斯学习将概率密度函数的参数估计量看成是随机变量θ，它可以是纯量、向量或矩阵。按这些估计量统计特性的先验知识，可以先粗略地预选出它们的密度函数。通过训练模式样本集{xi}，利用贝叶斯公式设计一个迭代运算过程求出参数的后验概率密度p(θ|xi)。当后验概率密度函数中的随机变量θ的确定性提高时，可获得较准确的估计量。4.3均值向量和协方差矩阵的参数估计 均值向量和协方差矩阵的贝叶斯学习一般概念单变量正态密度函数的均值学习4.3均值向量和协方差矩阵的参数估计 儿童慢性咳嗽的诊断思路讲者:赵京教授 学习成果完成本单元后，您应该：•了解儿童慢性咳嗽的定义、病理生理基础•了解不同年龄儿童慢性咳嗽的常见病因•了解引起儿童慢性咳嗽的4种常见病因及其他病因，各个病因的临床特点•了解儿童慢性咳嗽的诊断手段•了解儿童慢性咳嗽的诊断程序 概述咳嗽是儿童呼吸系统最常见的症状之一，在以咳嗽为主诉来儿科门诊就诊的患儿约占儿科门诊的50%，在11岁以下儿童占到30％。根据美国一项调查(Tucson研究)显示，非感冒引起的反复慢性咳嗽的发生率从2岁的13％上升到6岁时的27％，所以，慢性咳嗽在临床上非常常见，一直是许多医生关注的一个诊断难点。 定义及病理生理基础中华医学会儿科学分会呼吸学组经过反复讨论和文献复习，制定了《儿童慢性咳嗽诊断与治疗指南（试行）》，发表在2008年的一期《中华儿科杂志》上。在该指南中，儿童慢性咳嗽的定义为：儿童咳嗽症状时间持续>4周，这与成人的慢性咳嗽定义不一样，成人的慢性咳嗽时间是>8周。 定义及病理生理基础咳嗽是人的正常的生理反射，它是呼吸道的一个防御机制。咳嗽感受器是位于咽喉至终末支气管内的上皮细胞之间及上皮基底层的感觉神经末梢，它分布广泛，除咽、喉、气管外、鼻、心包、胃等均有分布咳嗽可将气道中的一些废物排出，咳嗽反射弧中的任何一个刺激都可能引起咳嗽，这种刺激或恶性病变若长期存在或反复刺激就可能造成慢性咳嗽。 病因分类及年龄特点慢性咳嗽根据病因不同，分为特异性咳嗽和非特异性咳嗽。特异性咳嗽是指咳嗽是已经明确诊断疾病的一个伴随症状。比如哮喘，可能存在慢性咳嗽，但听诊有肺部的喘鸣音，或检查肺功能不正常；其他如肺炎和肺结核可能都有慢性咳嗽这个症状。非特异性咳嗽是以咳嗽为主要或唯一症状，咳嗽症状时间持续大于4周，但是胸部X光片检查和肺通气功能测定都是正常的，经常规治疗如抗生素、止咳驱痰药效果不佳。非特异性咳嗽是狭义的慢性咳嗽，也是今天我们主要讨论的问题。 病因分类及年龄特点在儿童慢性咳嗽的诊断中应充分考虑到年龄因素，因为不同年龄段的儿童引起慢性咳嗽的原因不同。详见下表1.表1.不同年龄儿童慢性咳嗽常见病因年龄病因婴儿期年龄病因婴儿期（<1周岁）幼儿期（1～周岁）学龄前期（3～周岁）同幼儿期病因，此外尚有支气管扩张等学龄期(6周岁至青春期前)上气道咳嗽综合征，咳嗽变异性哮喘，感染后咳嗽，肺结核，心因性咳嗽等 表1.不同年龄儿童慢性咳嗽常见病因年龄病因1.婴儿期（<1周岁）呼吸道感染和感染后咳嗽，先天性疾病如先天性气管、肺发育不良，胃食管反流，肺结核等2.幼儿期（1～周岁）呼吸道感染和感染后咳嗽，上气道咳嗽综合征，咳嗽变异性哮喘，气道异物，胃食管反流，肺结核等3.学龄前期（3～周岁）同幼儿期病因，此外尚有支气管扩张等4.学龄期(6周岁至青春期前)上气道咳嗽综合征，咳嗽变异性哮喘，感染后咳嗽，肺结核，心因性咳嗽等 引起儿童慢性咳嗽的常见疾病儿童慢性咳嗽常见病因有呼吸道感染与感染后咳嗽、咳嗽变异性哮喘、上气道咳嗽综合征和胃食管反流 呼吸道感染与感染后咳嗽许多病原菌如病毒（呼吸道合胞病毒、副流感病毒）、杆菌（结核杆菌、百日咳杆菌）、肺炎支原体和肺炎衣原体感染之后可引起呼吸道的上皮细胞破坏，气道反应性增高，或是气道下的咳嗽感受器暴露等，这些都可能引起儿童慢性咳嗽,且多见于<5岁的儿童.感染后咳嗽的临床症状是有明确的呼吸道感染病史，感染后咳嗽不好，干咳（有些有痰、有些无痰），用一般的抗生素没什么效果，有些是自限性的，但有些儿童咳嗽一直持续，这可能是因为呼吸道连续受到感染，使气道黏膜完整性长期遭到破坏所致。如果咳嗽持续超过8周，要考虑是不是有其他疾病。 咳嗽变异性哮喘咳嗽变异性哮喘在大龄儿童中比较常见，占20%～25%。咳嗽变异性哮喘是哮喘的一种，其临床表现为咳嗽>4周，其咳嗽特点是运动后、夜间尤其是后半夜一些冷空气或是一些刺激性东西使咳嗽更厉害。临床上没有感染征象，用抗生素治疗无效，用支气管舒张剂可使咳嗽明显改善。患儿的肺功能检查正常，但是支气管激发试验显示气道高反应性，为阳性。要诊断咳嗽变异性哮喘还要除外其他原因引起的咳嗽。 上气道咳嗽综合征上气道咳嗽综合征以往又诊断为鼻后滴漏综合征，它是上气道疾病中鼻腔分泌物通过鼻后孔向咽部倒流引起的咳嗽。这些上气道疾病包括：鼻炎、鼻窦炎、慢性咽炎、鼻息肉和腺样体肥大等。上气道咳嗽综合征的临床表现有：咳嗽以体位改变时为甚，咳嗽带痰或不带痰，有些儿童有或没有鼻部症状。 上气道咳嗽综合征上气道咳嗽综合征检查时可有腺样体增大、鼻窦区有压痛，咽后壁呈鹅卵石样，可见咽后壁黏液样物附着；针对性治疗如抗组胺药、黏液促排剂和白三烯受体拮抗剂，鼻用糖皮质激素等有效；X线平片或CT片可见腺样体肥大、鼻窦炎相应改变。 胃食管反流性咳嗽胃食管反流也可能是儿童慢性咳嗽的病因。胃食管反流在新生儿期或婴儿期是正常的情况，健康婴儿的胃食管反流发生率大约为40%～65%，出生后1~4个月为胃食管反流的发生高峰期，1岁时多缓解。胃食管反流性咳嗽没有特别的临床特点，症状大多出现在饮食后。真正确诊需做24小时的PH值监测。 其他儿童慢性咳嗽的其他病因还有很多，但一般都是较少见的病因，如嗜酸粒细胞性支气管炎，它是成人慢性咳嗽的常见病因，但在儿童中比较难诊断，痰液中嗜酸粒细胞相对百分数>3％才能诊断。引起儿童慢性咳嗽的原因还有先天性呼吸道疾病，主要见于婴幼儿，尤其是1岁以内；有先天性气管食管瘘、先天性血管畸形压迫气道、喉气管支气管软化等。 其他心因性咳嗽只能在除外抽动性疾病，并且经过行为干预或心理治疗后咳嗽得到改善才能诊断；咳嗽特征对心因性咳嗽只有提示作用，不具有诊断作用；心因性咳嗽临床特征和诊断线索：年长儿多见；日间咳嗽为主，专注于某件事情或夜间休息时咳嗽消失；常伴有焦虑症状；并除外引起慢性咳嗽的其他原因。另外，异物吸入是1～3岁儿童慢性咳嗽非常常见的一个原因。异物吸入临床诊断主要是异物吸入史，听诊两侧呼吸不对称，以及通过胸透可以诊断。 其他引起儿童慢性咳嗽的还有少见原因如药物诱发的慢性咳嗽，如高血压儿童服用血管紧张素转换酶抑制剂、β受体阻断剂如心得安等表现为慢性持续性干咳，夜间或卧位时加重，停药后咳嗽消失。如果儿童有服药的情况，需考虑是否为药物诱发性咳嗽。还有一种非常少见的引起儿童慢性咳嗽的原因是耳源性咳嗽。具有迷走神经耳支（Arnold神经）的人群，当中耳发生病变时，受到刺激就会反射引起慢性咳嗽 诊断手段儿童慢性咳嗽的诊断非常重要，只有找到引起慢性咳嗽的病因，才能采取针对性治疗。其诊断手段有病史、体格检查和辅助检查等。 1.病史对于慢性咳嗽的病因应该详细询问，有没有感染？有没有过敏？什么原因引起的咳嗽？以及咳嗽的时机，如早上还是晚上？运动后还是安静后？另外，还有体位的变化，如果起立时候咳嗽加重或产生咳嗽，这时候应该考虑是不是鼻后滴漏综合征还是胃食管反流。如果后半夜咳嗽或运动性咳嗽，应该考虑是不是咳嗽变异性哮喘。所以，病史对慢性咳嗽的诊断起着非常重要的作用。 2.体格检查根据引起慢性咳嗽不同疾病，可能有不同的病史，需要我们详细地检查。大部分儿童查体都是正常的，如果有上气道咳嗽综合征也可以请五官科的医师会诊。 3.辅助检查放射学检查儿童慢性咳嗽如果要除外一些病因，可以进行X光片检查，除外一些有肺部明显病理改变的疾病，必要时可以做一些加强CT；若要诊断鼻窦炎，就做鼻窦部CT，但一般并不是必需的，可根据一般检查和鼻窦部的检查确定鼻窦炎。肺功能检查5岁以上儿童应常规行肺通气功能检查，若考虑有咳嗽变异性哮喘，可以做一些气道激发试验，呼出气一氧化氮的测定也能检查出有没有气道高反应性的存在。 3.辅助检查其他检测包括：血清总IgE和特异性IgE测定等，皮肤点刺试验(SPT)是检查儿童有没有过敏状态，如过敏性鼻炎、咳嗽变异性哮喘的儿童都应该进行过敏性检查；如果考虑有没有结核，可以考虑PPD皮试；另外，还有诱导痰、24小时食道pH值监测等检测项目。但临床上最重要的是根据病史，可以进行一些诊断性治疗 诊断程序慢性咳嗽只是一个症状，临床上要尽可能明确引起慢性咳嗽的病因，诊断程序应从简单到复杂，从常见病到少见病。如果这个儿童诊断为慢性咳嗽，可以进行病史询问和查体，随后进行X光检查，大龄儿童可以进行肺功能测定。若能找到明确病因的，就诊断为特异性咳嗽；若没有明确病因，若家长接受孩子咳嗽，咳嗽不太影响日常生活的，我们可以进行随访观察，如感染后咳嗽是自限性的，一般3~4周就好了。有些儿童有鼻子问题的，可以请五官科医师会诊，如果诊断为上气道咳嗽综合征的，我们进行相应的治疗；如果进行气管激发试验阳性的儿童，可诊断为咳嗽变异性哮喘。还有一些患儿在无明确病因提示时，按上气道咳嗽综合征、咳嗽变异性哮喘、胃食管反流性咳嗽的顺序进行诊断性治疗。诊断流程详见图1. 诊断程序 小结儿童慢性咳嗽的病因非常复杂，可以是肺内的疾病引起，也可以是肺外的疾病引起；病因可以是1种，也可以是多种；上气道咳嗽综合征、咳嗽变异性哮喘、胃食管反流、感染后咳嗽是引起儿童慢性咳嗽的最常见疾病；诊断性治疗有助于儿童慢性咳嗽的诊断。 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