【统计学习算法】隐马尔可夫模型HMM

隐马尔可夫模型(hidden Markov model) 是可以用于标注问题的统计学习模型,描述由隐藏的马尔可夫链生成观测序列的过程,属于生成模型。
马尔可夫模型 具有三个参数,状态集合(状态转移概率矩阵),观测集合(观测概率矩阵),初始状态概率向量。
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这三个参数:
λ : N \lambda:N λ:N个参数
A : N ? N A:N*N A:N?N 对应状态的转移
B : N ? M B:N*M B:N?M 对应每种状态可能的观测值

  • 基本假设:齐次性,观测独立性
三个基本问题
  1. 概率计算问题: P ( O ∣ λ ) P(O|\lambda) P(O∣λ) 给定了一个参数,出现这种观测的概率是多少
  2. 学习问题: a r g m a x λ P ( λ ∣ O ) argmax_{\lambda}P(\lambda|O) argmaxλ?P(λ∣O) 给了一个观测值,寻找参数。采用极大似然估计
  3. 预测问题: a r g m a x I P ( I ∣ O ) argmax_{I}P(I|O) argmaxI?P(I∣O) 给了观测变量,推断隐变量,也就是状态。让计算机去标注词性
概率计算问题
直接计算的方法复杂度太高 O ( T N T ) O(TN^T) O(TNT)
前向算法,给定了前向概率,即t时刻的状态和前面的观测序列。这种方法的复杂度是 O ( T N 2 ) O(TN^2) O(TN2)
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同样后向算法,是给定了后向概率,即t时刻的状态和之后观测值。
学习算法
监督学习算法:知道观测还知道每个观测对应的状态 【统计学习算法】隐马尔可夫模型HMM
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非监督算法:BW算法(本质是EM算法) 【统计学习算法】隐马尔可夫模型HMM
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其中需要带入
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预测问题
近似算法 计算出每个时刻的最大的概率的状态,作为实际状态。
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存在的问题是,每次都是孤立的考虑,没有考虑前后状态的影响。不是全局最优的。
维特比算法 目标是全局最优 a r g m a x P ( I ∣ O , λ ) argmaxP(I|O,\lambda) argmaxP(I∣O,λ)。采用了动态规划的思想,每次只需要考虑前一个状态就可以。
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【【统计学习算法】隐马尔可夫模型HMM】算法中 δ t ( i ) \delta_t(i) δt?(i)当前t时刻的状态是qi,且满足观测的最大概率(这个最大概率是说从前面转移来的最大概率/最优路径)。
ψ t ( i ) \psi_t(i) ψt?(i)表示这个最优路径是从前一个的哪个状态传递得来的。最后进行回溯就可以得到最优的序列。

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