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植物形态相似性比较方法研究

作　者: 吴水生
导　师: 丁维龙
学　校: 浙江工业大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 植物形态相似度计算拓扑结构轮廓特征几何细节系统开发
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

植株外部形态的差异,是人们在进行植物分类和鉴定工作中的经常考虑的关键因素之一。不同种类植物在形态、结构及习性方面存在的差异,可以用来判断它们在亲缘关系上的亲疏程度。研究植物形态相似度的计算方法,可以为植物分类学提供新的方法和工具。另外,在虚拟植物研究领域,判断一个仿真模型是不是精确,关键问题是判断重建的3D模型与真实植物之间的相似程度。因此,植物形态相似度比较方法的研究,在植物分类、植物鉴定、植物搜索、虚拟植物等多领域中都具有重要的理论意义和实用价值。通过文献调研发现,目前在三维模型相似度比较的研究,主要集中在机械CAD/CAM、生物领域(DNA和蛋白质序列的结构)、网络安全(恶意代码相似性比较)等方面,而植物形态相似度计算方面的研究比较稀少,而且还很薄弱。针对这种情况,本文结合树图相似性和图形相似性基本理论,研究了植物形态相似度的计算方法,主要工作如下：1)基于植物形态相似性的定义,提出了从植物的拓扑结构、外观轮廓和内部细节特征三个方面来度量植物总体形态相似度的计算方法。2)提出基于简化的树图、编辑距离和节点映射约束的植物拓扑相似性计算方法。3)提出一种新的植物外部轮廓相似度计算方法。本文给出了一种二维图形相似性度量算法,并扩展至三维情况,适用于树形结构及其子树的外观轮廓相似性度量。4)从主干上枝条的平均轴向角、一级侧枝与主干的直径比、整体宽高比、二级侧枝与一级侧枝的平均轴向角、一级侧枝与主干的横截面积比等多方面考虑,提出一种植物内部细节特征之间的相似性度量方法。5)利用上述求植物形态相似度的思想,在Ubuntu Linux下开发了植物种类识别系统以区分不同种类的植物。分别从拓扑结构、外观轮廓和内部细节特征三个方面,对开发的算法及系统进行了实验验证。本文研究的植物形态相似度计算方法,能够有效地计算出不同植物之间的相似程度。在此基础上开发的植物种类识别系统,可以用来判别自动生成或手工设计的树模型和真实植物的符合程度,因而在植物模式识别领域具有一定的实用价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 本文研究内容和创新  14-16
第2章树形拓扑和图形相似性理论基础  16-26
  2.1 树形拓扑结构相似性度量  16-21
    2.1.1 基于树图的树形结构表示  16-17
    2.1.2 树图之间的距离计算  17-19
    2.1.3 树图节点映射约束  19-20
    2.1.4 局部代价计算  20-21
  2.2 图形相似性度量  21-26
    2.2.1 二维图形相似性比较  21-23
    2.2.2 三维图形相似性比较  23-26
第3章植物形态相似性分析  26-41
  3.1 植物相似性的定义  26-27
  3.2 植物拓扑结构相似度计算  27-30
    3.2.1 拓扑结构的树图表示  27-28
    3.2.2 树图的轴向退化操作  28
    3.2.3 树图编辑距离映射和映射约束  28-30
    3.2.4 拓扑相似度的计算  30
  3.3 植物轮廓图形相似度计算  30-34
    3.3.1 二维图形的相似度计算  31-32
    3.3.2 三维图形的相似度计算  32-33
    3.3.3 植物轮廓相似性比较  33-34
  3.4 植物内部特征相似度计算  34
  3.5 实验结果与分析  34-41
第4章植物识别系统的设计  41-50
  4.1 系统架构  41-43
    4.1.1 特征编辑模块  41-42
    4.1.2 显示模块  42
    4.1.3 植物检索模块  42
    4.1.4 树种数据库模块  42-43
  4.2 关键技术  43-47
    4.2.1 植物外观轮廓和拓扑树形的表示  43-44
    4.2.2 植物识别算法  44-45
    4.2.3 植物三维模型的重现和存储  45-46
    4.2.4 客户端和服务器通信方案  46-47
  4.3 系统实现结果  47-50
第5章总结与展望  50-52
  5.1 总结  50-51
  5.2 展望  51-52
参考文献  52-56
致谢  56-57
攻读学位期间参加的科研项目和成果  57

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