隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM)——前提

隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)是统计模型

1.马尔科夫模型

        一阶马尔科夫模型:模型的当前状态仅仅依赖前一个状态

        要素:初始状态、状态、状态转移概率

        这个假设极大的简化了系统,但是也使得系统的一些信息发生丢失。

        例如,有状态[sun, cloud, rain]三种状态

        状态转移概率如下:

        初始状态:

         即可计算后几天的天气概率:

 2.隐马尔科夫模型

        其中 Z_{i} 为隐藏状态, X_{i} 为观测状态

基本前提;

        1.当前状态只和前一状态有关

                P(Z_{_{t}}|Z_{_{t-1}},X_{_{t-1}},Z_{_{t-2}},X_{_{t-2}},...,Z_{_{1}},X_{_{1}})=P(Z_{_{t}}|Z_{_{t-1}})

        2.某个观测只和生成他的状态有关

                P(X_{_{t}}|Z_{_{t}},X_{_{t}},Z_{_{t-1}},X_{_{t-1}},...,Z_{_{1}},X_{_{1}})=P(X_{_{t}}|Z_{_{t}})

 组成(三个必备):

        1.初始概率(π)

        2.隐藏状态转移概率矩阵(A)

        3.生成观测状态概率矩阵(B)

HMM = (π, A, B)

          假设我们处于一个地下室中,无法观测当天的天气状态,但是我们可以通过一些设备获得当天的气温、湿度、风向等天气指标。那么无法观测到的天气即为隐藏状态,可以观测到的天气指标即为观测状态。

        HMM假设状态只和前一状态有关,即今天的天气只与前一天的天气有关。某个观测只和生成他的状态有关,即今天的天气指标只与今天的天气有关。

        初始概率即第一天天气的概率矩阵。隐藏状态转移概率矩阵即为不同天气之间转换的概率。生成观测概率矩阵即为每个天气生成相应的天气指标的概率。

        可以看见,对于今天天气不止受限于前一天的天气,今天的天气指标也不仅仅受今天天气的影响,故HMM模型这个假设极大的简化了系统,但是也使得系统的一些信息发生丢失。

要解决的问题:

        1.给定模型 \lambda = \left ( \pi ,A,B \right ) 以观测序列O = \left \{o_{1},o_{2} ,...,o_{T} \right \}计算出现的概率P(O | \lambda )

        2.给定观测序列O = \left \{o_{1},o_{2} ,...,o_{T} \right \},求解参数\lambda = \left ( \pi ,A,B \right )使得P(O | \lambda )最大

        3.已知模型\lambda = \left ( \pi ,A,B \right )和观测序列O = \left \{o_{1},o_{2} ,...,o_{T} \right \}求状态序列,使得P(I|O,\lambda )最大

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