HMM 传统后向算法
HMM 传统后向算法,已实现,仅供参考。
package jxutcm.edu.cn.hmm.model;
import jxutcm.edu.cn.hmm.bean.HMMHelper;
import jxutcm.edu.cn.util.TCMMath;
/**
* 后向算法
* 目的:
* 1、先计算后向变量矩阵
* 2、再用后向变量矩阵 来 计算一个观测序列的概率
* @author aool
*/
public class Backward extends HMM{
public int[] O;//观测序列observe//如yellow red blue yellow green 这些在enum Color {red,yellow,blue,green }的索引位置
public double[][] beta; //后向变量矩阵
/**
* flag 表示 A和B是否是自然对数化(lnX) true: A和B自然对数化后传进来 false: A和B未自然对数化
*/
public Backward(double[][] A, double[][] B, double[] PI, int[] O, boolean flag) {
super(A, B, PI, flag);
this.O=O;
}
public Backward(HMM hmm, int[] O){
super(hmm);
this.O=O;
}
/**
* 【计算后向变量矩阵】
* 在时间t、位于隐藏状态为s_i(第i个隐藏状态,共N种隐藏状态)的条件下,hmm输出观察序列O(t+1)...O(T)的概率
* beta[ t ][ i ] = beta_t( i ) = log(P(O(t+1)...O(T) | q_t=s_i, λ))
*/
public void CalculateBackMatrix(){
int T = O.length;
beta = new double[ T ][ N ];//每一时刻(每行)上 可能出现的多个状态的发生的后向变量概率
//1、初始化——将T时刻、第i种隐藏状态输出观察序列的后向变量设置为1即log(1)=0
for (int i = 0; i < N; i++){
beta[ T-1 ][ i ] = 0; // = log(1) // should be hmm.logA[k][0]
}
//2、归纳计算——b_t(i)
for (int t = T - 1 - 1; t >= 0; t--){//第 t 时刻下,从T-2开始向前算——下标从0开始——T-1表示最终时刻
for (int i = 0; i < N; i++) {//第 i 种隐状态下
double sum = Double.NEGATIVE_INFINITY; // = log(0)
for (int j = 0; j < N; j++){//到第 j 种隐状态下的累计概率——b[t][i] = b_t(i) =∑Aij * Bj(O_t+1) *b_t+1( j ) 其中b_t+1( j ) =b[t+1][j],求和符号上面是N,下面是j=1开始
// sum + = A[ i ][ j ] * B[ j ][ O(t+1) ] * beta[ t+1 ][ j ]
sum = TCMMath.logplus( sum, logA[ i ][ j ] + logB[ j ][ O[ t+1 ] ] + beta[t + 1][ j ]);
}
//beta[ t ][ i ] = 【t 时刻 所有 隐藏状态 i】到达 【t+1时刻 隐藏状态 j】并【t+1时刻显示出O( t+1 )】的后向变量概率
//beta[ t ][ i ] = ∑ ( A[ i ][ j ] * B[ j ][ O(t+1) ] * beta[ t+1 ][ j ] ) 求和符号表示 1<=j <=N
beta[ t ][ i ] = sum;//在 【t 时刻、第 i 种隐藏状态】 下 输出观察序列 Ot+1……OT(已知观测序列的局部) 发生的概率
}
}
}
/**
* 【计算一个观测序列的概率】——前提是先计算后向变量矩阵——返回的是自然对数
* P( O | μ ) = ∑ PI_i*B_i*beta_1( i ) (求和上界N,求和下界i=1)——求所有隐藏状态在t=1时刻的累计和就是 观测序列的概率
* 计算 t=0 时刻、位于第 0 状态下的 输出观察序列 O0……OT(已经观测序列的局部)发生的概率
*/
public double logProb() {
double sum = Double.NEGATIVE_INFINITY; // = log(0)
for (int i = 0; i < N; i++){
sum = TCMMath.logplus( sum, logPI[ i ] + logB[ i ][ O[0] ] + beta[ 0 ][ i ]);
}
return sum;
}
/**
* 打印后向变量矩阵
*/
public void print() {
for (int j = 0; j < N; j++) {
for (int i = 0; i < beta.length; i++){
System.out.print(HMMHelper.fmtlog( beta[ i ][ j ]) );
}
System.out.println();
}
}
}
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