EM算法定义及推导
EM算法是一种迭代算法,传说中的上帝算法,俗人可望不可及。用以含有隐变量的概率模型参数的极大似然估计,或极大后验概率估计
EM算法定义
输入:观测变量数据X,隐变量数据Z,联合分布\(P(X,Z|\theta)\)
输出:模型参数\(\theta\)
(1)选择初始模型参数\(\theta^{(0)}\),开始迭代
(2)E步:记\(\theta^{i}\)为第i次迭代参数\(\theta\)的估计值,计算在第i次迭代的期望\[Q(\theta,\theta^{(i)}) = E(logP(x,z|\theta)|x,\theta^{(i)}))=\int_zlogp(x,z|\theta)p(z|\theta^{(i)})\]
(3)M步:求使\(\theta^{(i+1)} = Q(\theta,\theta^{(i)})的最大值\)
(4)重复第(2)步和第(3)步
EM算法几点说明
(1)参数的初值可以任意选择,但需注意EM算法初始是敏感的
(2)E步求\(Q(\theta,\theta^{(i)})\),Q函数种的Z是为观测数据,X是观测数据,\(Q(\theta,\theta^{(i)})\)中的第一个变元表示要极大化的参数,第二个变元表示参数的当前估计值,每次迭代实际在求Q的极大值
(3)给出停止迭代的条件,一般是对较小的正数\(\xi_i,\xi_2\),若满足\(||\theta^{(i+1)} - \theta^{(i)} < \xi_i||或||Q(\theta^{(i+1)},\theta^{(i)})-Q(\theta^{(i)},\theta^{(i)})|| < \xi_2\)
EM算法推导
\[L(\theta)= argmaxlogP(x|\theta) = argmaxlog\int_zp(x,z|\theta)dz\]
\[L(\theta) = argmaxlog\int_z\frac{p(x,z|\theta)}{p(z|\theta^{(i)})}p(z|\theta^{(i)})dz\]
由于log函数为凹函数,则\[L(\theta) \geq \int_zlog\frac{p(x,z|\theta)}{p(z|\theta^{(i)})}p(z|\theta^{(i)})dz\]
\[L(\theta) \geq \int_zlogp(x,z|\theta)p(z|\theta^{(i)})dz - \int_zlog(p(z|\theta^{(i)}))p(z|\theta^{(i)})dz\]
由于减式后面与模型参数\(\theta\)无关,\(P(z|\theta^{(i)})是已知的\),所以只需关注减式前面的式自,令\[Q(\theta,\theta^{(i)})=\int_zlogp(x,z|\theta)p(z|\theta^{(i)})\]
和算法定义中的步骤(2)相同,将原L的优化问题转换为求原问题下界\(Q(\theta,\theta^{(i)})\)的最大值
因此,任何可以使\(Q(\theta,\theta^{(i)})\)增大的\(\theta\)都可以使\(L(\theta)\)增大,为了使\(L(\theta)\)有尽可能的增长,选择使\(Q(\theta,\theta^{(i)})\)达到最大,即\[\theta^{(i+1)} = argmaxQ(\theta,\theta^{(i)})\]
EM算法收敛性
定理1:\(设P(x|\theta)为观测数据的似然函数,\theta^{(i)}为EM算法得到的参数估计序列,P(x|\theta^{(i)})为对应的似然函数序列,则P(x|\theta^{(i)})单调递增\)
定理2:\(设L(\theta) = logP(x|\theta)为观测数据的似然函数,\theta^{(i)}为EM算法得到的参数估计序列,L(\theta^{(i)})为对应的似然函数序列\)
(1)\(如果P(x|\theta)有上界,则L(\theta^{(i)})收敛到某一值L^*\)
(2)\(在函数Q(\theta,\theta^{(i)})与L(\theta)满足一定条件下,由EM算法得到的参数估计序列\theta^{(i)}的收敛值\theta^*是L(\theta)的稳定值\)
EM算法定义及推导的更多相关文章
- EM算法理论与推导
EM算法(Expectation-maximization),又称最大期望算法,是一种迭代算法,用于含有隐变量的概率模型参数的极大似然估计(或极大后验概率估计) 从定义可知,该算法是用来估计参数的,这 ...
- Machine Learning系列--EM算法理解与推导
EM算法,全称Expectation Maximization Algorithm,译作最大期望化算法或期望最大算法,是机器学习十大算法之一,吴军博士在<数学之美>书中称其为“上帝视角”算 ...
- 高斯混合模型参数估计的EM算法
# coding:utf-8 import numpy as np def qq(y,alpha,mu,sigma,K,gama):#计算Q函数 gsum=[] n=len(y) for k in r ...
- EM算法及其推广
概述 EM算法是一种迭代算法,用于含有隐变量(hidden variable)的概率模型参数的极大似然估计,或极大后验概率估计. EM算法的每次迭代由两步组成:E步,求期望(expectation): ...
- EM算法(Expectation Maximization Algorithm)
EM算法(Expectation Maximization Algorithm) 1. 前言 这是本人写的第一篇博客(2013年4月5日发在cnblogs上,现在迁移过来),是学习李航老师的< ...
- EM算法 小结
猴子吃果冻 博客园 首页 新随笔 联系 管理 订阅 随笔- 35 文章- 0 评论- 3 4-EM算法原理及利用EM求解GMM参数过程 1.极大似然估计 原理:假设在一个罐子中放着许多白球和 ...
- python机器学习笔记:EM算法
EM算法也称期望最大化(Expectation-Maximum,简称EM)算法,它是一个基础算法,是很多机器学习领域的基础,比如隐式马尔科夫算法(HMM),LDA主题模型的变分推断算法等等.本文对于E ...
- EM算法求高斯混合模型參数预计——Python实现
EM算法一般表述: 当有部分数据缺失或者无法观察到时,EM算法提供了一个高效的迭代程序用来计算这些数据的最大似然预计.在每一步迭代分为两个步骤:期望(Expectation)步骤和最大化( ...
- 【机器学习】EM算法详细推导和讲解
今天不太想学习,炒个冷饭,讲讲机器学习十大算法里有名的EM算法,文章里面有些个人理解,如有错漏,还请读者不吝赐教. 众所周知,极大似然估计是一种应用很广泛的参数估计方法.例如我手头有一些东北人的身高的 ...
随机推荐
- 04_zookeeper客户端使用及常用命令
zookeeper客户端的使用 (1) 首先找到zookeeper自带客户端的位置 简单来说,zookeeper自带客户端位于zookeeper安装目录的bin目录下,以我的为例: (2) 运 ...
- C# Winform实现手机号码归属地查询工具
摘要:本文介绍使用C#开发基于Winform的手机号码归属地查询工具,并提供详细的示例代码供参考. 一.需求描述 输入正确的手机号码,查询该号码的归属地和其他相关信息. 二.需求分析 1.实现手机号码 ...
- Matlab 实现对码功能
1.什么叫对码? 举例说明,数据库中有两张表. 表 1: 编号 描述 儿科门诊 妇科门诊 产科门诊 表 2: 编号 描述 儿科门诊 妇科门诊 产科门诊 现在要在表 1 和表 2 之间找到一一对应.比如 ...
- ThinkPHP开发笔记-用户登录注册
1.修改模块配置,Application/当前模块名/Conf/config.php <?php return array( //数据库配置信息 'DB_TYPE' => 'mysql', ...
- PHP处理MySQL事务代码
php使用mysqli进行事务处理 <?php$db = new mysqli("localhost","root",""," ...
- JavaScript高级与面向对象
对象:任何事物都可以看作是对象. 1.面向对象与面向过程的概念 面向过程:凡是自己亲力亲为,自己按部就班的解决现有问题. 面向对象:自己充当一个指挥者的角色,指挥更加专业的对象帮我解决问题. 联系:面 ...
- python判断指定路径是否存在
https://www.cnblogs.com/jhao/p/7243043.html
- ASP.NET 4.5 MVC 4 无法运行在Windows2008的IIS7.0上显示404的解决方案
需要在web.config下加上这个 <system.webServer> <modules runAllManagedModulesForAllRequests="tru ...
- Redis原理与实践总结
Redis原理与实践总结 本文主要对Redis的设计和实现原理做了一个介绍很总结,有些东西我也介绍的不是很详细准确,尽量在自己的理解范围内把一些知识点和关键性技术做一个描述.如有错误,还望见谅,欢迎指 ...
- section和div
section和div 一.DIV div即division(区块),把文档分割为独立的.不同的部份.作用,以下三种情况应该用div标签: 1.用于页面布局,且不是 header.footer 之类的 ...