HMM算法想必大家已经听说了好多次了,完全看公式一头雾水。但是HMM的基本理论其实很简单。因为HMM是马尔科夫链中的一种,只是它的状态不能直接被观察到,但是可以通过观察向量间接的反映出来,即每一个观察向量由一个具有相应概率密度分布的状态序列产生,又由于每一个状态也是随机分布的,所以HMM是一个双重随机过程。

HMM是语音识别,人体行为识别,文字识别等领域应用非常广泛。

一个HMM模型可以用5个元素来描述,包过2个状态集合和3个概率矩阵。其分别为

隐含状态S,可观测状态O,初始状态概率矩阵π,隐含状态概率转移矩阵A,观测状态转移概率矩阵 B。

HMM在实际应用中主要用来解决3类问题。

1. 评估问题。

即给定观测序列 O=O1O2O3…Ot和模型参数λ=(A,B,π),怎样有效计算这一观测序列出现的概率。(前向后向算法)

2. 解码问题。

即给定观测序列 O=O1O2O3…Ot和模型参数λ=(A,B,π),怎样寻找满足这种观察序列意义上最优的隐含状态序列S。(维特比算法)

3. 学习问题。

即HMM的模型参数λ=(A,B,π)未知,如何求出这3个参数以使观测序列O=O1O2O3…Ot的概率尽可能的大。(鲍姆-韦尔奇算法)

这篇文章是针对第一个问题来说的,一般采用的是前向后向算法来解决评估问题。这里将的是前向算法。

在此之前,先引入几个符号:

at(i) :  表示到第t个观察值Ot时处于状态i。

 : 表示在状态i下产生观察值 的概率。

现在来看一下前向算法的理论来源。

因为我们要解决的是模型估计问题。即计算概率 。将其利用如下公式化简:

因此首先要先计算

,其中Q为一给定的状态序列 。又有

其中

所以

因此最后求得

由此可以看见其计算复杂度非常大,为

为了解决这个问题,前向算法就出现了。首先定义了一个前向变量 。表示从1到t,输出符号o序列,t时刻处于状态i的累计输出概率。

因为前向变量有如下性质:

初值:

,且

,最后有递推关系:

为什么这样就可以简化计算复杂度呢?其原因很简单,因为每一次的at(i),我们都可以用at-1(i)来计算,就不用重复计算了。如下示意图可以帮助我们形象的理解:

看了这么多公式,是不是头晕了?不急,下面看一个实例就会完全明白的。

题目:HMM模型如下,试通过前向算法计算产生观察符号序列O={ABAB}时每个时刻的 和总概率。

当然初始概率矩阵π=(1,0,0),即开始处于状态1。按照上面的公式理论,我们的递推依次解出at(i)。解法如下:

t=1时:

t=2时:

t=3时:

t=4时:

所以有最后的结果:

最后将其计算过程示意图表示如下:

转载自:https://www.cnblogs.com/tornadomeet/archive/2012/03/24/2415583.html

用于学习笔记

HMM模型学习笔记(前向算法实例)的更多相关文章

  1. HMM模型学习笔记(维特比算法)

    维特比算法(Viterbi) 维特比算法  编辑 维特比算法是一种动态规划算法用于寻找最有可能产生观测事件序列的-维特比路径-隐含状态序列,特别是在马尔可夫信息源上下文和隐马尔可夫模型中.术语“维特比 ...

  2. Web安全学习笔记之DES算法实例详解

    转自http://www.hankcs.com/security/des-algorithm-illustrated.html 译自J. Orlin Grabbe的名作<DES Algorith ...

  3. HMM的学习笔记1:前向算法

    HMM的学习笔记 HMM是关于时序的概率模型.描写叙述由一个隐藏的马尔科夫链随机生成不可观測的状态随机序列,再由各个状态生成不可观測的状态随机序列,再由各个状态生成一个观測而产生观測的随机过程. HM ...

  4. 概率图模型学习笔记:HMM、MEMM、CRF

    作者:Scofield链接:https://www.zhihu.com/question/35866596/answer/236886066来源:知乎著作权归作者所有.商业转载请联系作者获得授权,非商 ...

  5. 隐马尔可夫模型(HMM) 学习笔记

    在中文标注时,除了条件随机场(crf),被提到次数挺多的还有隐马尔可夫(HMM),通过对<统计学习方法>一书的学习,我对HMM的理解进一步加深了. 第一部分 介绍隐马尔可夫 隐马尔可夫模型 ...

  6. 条件随机场CRF(三) 模型学习与维特比算法解码

    条件随机场CRF(一)从随机场到线性链条件随机场 条件随机场CRF(二) 前向后向算法评估标记序列概率 条件随机场CRF(三) 模型学习与维特比算法解码 在CRF系列的前两篇,我们总结了CRF的模型基 ...

  7. ArcGIS案例学习笔记-中国2000坐标转换实例

    ArcGIS案例学习笔记-中国2000坐标转换实例 联系方式:谢老师,135-4855-4328,xiexiaokui#qq.com 目的:西安1980.中国2000.WGS84(GPS)等任意坐标系 ...

  8. ensorflow学习笔记四:mnist实例--用简单的神经网络来训练和测试

    http://www.cnblogs.com/denny402/p/5852983.html ensorflow学习笔记四:mnist实例--用简单的神经网络来训练和测试   刚开始学习tf时,我们从 ...

  9. python3.4学习笔记(十三) 网络爬虫实例代码,使用pyspider抓取多牛投资吧里面的文章信息,抓取政府网新闻内容

    python3.4学习笔记(十三) 网络爬虫实例代码,使用pyspider抓取多牛投资吧里面的文章信息PySpider:一个国人编写的强大的网络爬虫系统并带有强大的WebUI,采用Python语言编写 ...

随机推荐

  1. dijkstra P4779 【模板】单源最短路径(标准版) 洛谷luogu

    题目背景 2018 年 7 月 19 日,某位同学在 NOI Day 1 T1 归程 一题里非常熟练地使用了一个广为人知的算法求最短路. 然后呢? 100→60 Ag→Cu 最终,他因此没能与理想的大 ...

  2. 20175310 迭代和JDB

    迭代和JDB 1 使用C(n,m)=C(n-1,m-1)+C(n-1,m)公式进行递归编程实现求组合数C(m,n)的功能 zuheshu.java文件夹下的代码: import java.util.S ...

  3. Android6.0权限大全和权限分类

    本文转载至: https://blog.csdn.net/qq_26440221/article/details/53097868 自从出了Android6.0权限管理之后,再也不能像以前那样粘贴复制 ...

  4. Mysql windows版本的安装

    一.mysql官网下载 下载安装包 MySQL Community Server (GPL)--> 选用zip版本的 二.安装 解压mysql的安装包. 将bin目录配置到环境变量中.(即环境变 ...

  5. Luogu4768 NOI2018 归程 最短路、Kruskal重构树

    传送门 题意:给出一个$N$个点.$M$条边的图,每条边有长度和海拔,$Q$组询问,每一次询问从$v$开始,经过海拔超过$p$的边所能到达的所有点中到点$1$的最短路的最小值,强制在线.$N \leq ...

  6. AGC001E BBQ Hard 组合、递推

    传送门 题意:给出长度为$N$的两个正整数序列$A_i,B_i$,求$\sum\limits_{i=1}^N \sum\limits_{j=i+1}^N C_{A_i+A_j+B_i+B_j}^{A_ ...

  7. Luogu P3953 逛公园

    不管怎么说,这都是一道十分神仙的NOIp题 你可以说它狗,但不可以否认它就是NOIp的难度 首先这道题很显然是道图论题还是一道图论三合一(最短路+拓扑+图上DP) 先考虑最短路,我们分别以\(1\)和 ...

  8. iOS开发简记(1):指定APP的图标与启动图

    各位兄弟姐妹们,早上好,本人花了将近一个月的时间打造了一个完整的IOS版的App, 期间包括开发,测试,上线审核,现在花点时间把实现的过程分享给大家,“知音”app功能简单,适合对象为初学者,后面我会 ...

  9. bootstrapTable使用场景及方式

    场景一:混合开发,适用jsp.php前端不足  纯html结构 <div> <table id="table" data-toggle="table&q ...

  10. 做完小程序项目、老板给我加了5k薪资~

    大家好,我是苏南,今天要给大家分享的是最近公司做的一个小程序项目,过程中的一些好的总结和遇到的坑,希望能给其他攻城狮带来些许便利,更希望能做完之后老板给你加薪- 今天是中秋节的第一天,假日的清晨莫名的 ...