隐马尔可夫模型及其相关模型深入解析
1. 隐马尔可夫模型基础应用示例
1.1 机器人跟踪中的滤波与平滑
在机器人跟踪场景中,使用具有 $S = 50$ 的隐马尔可夫模型(HMM)进行滤波与平滑操作。图 23.9 展示了相关情况:
- 真实与测量位置 :图 (a) 呈现了 HMM 的一个实现示例,其中点表示机器人的真实潜在位置,空心圆表示有噪声的测量位置。
- 滤波分布 :图 (b) 中的方块表示每个时间步 $t$ 的滤波分布 $p(h_t|v_{1:t})$,该概率与灰度值成正比,黑色对应 1,白色对应 0。在最初的时间步,后验分布是多峰的,因此无法准确估计真实位置。
- 平滑分布 :图 (c) 中的方块表示每个时间步 $t$ 的平滑分布 $p(t|v_{1:T})$。对于 $t < T$ 的情况,我们可以回顾性地估计位置,与滤波估计相比,不确定性显著降低。
1.2 “粗手指”打字示例
假设有一个“粗手指”打字员,他倾向于按下正确的键或相邻的键。为了简化,假设键盘有 27 个键,即小写字母 a 到 z 和空格键。我们使用发射分布 $B_{ij} = p(v = i|h = j)$ 来建模,其中 $i = 1, \ldots, 27$,$j = 1, \ldots, 27$。通过字母到字母频率的数据库,可以得到英语中的转移矩阵 $A_{ij} = p(h’ = i|h = j)$。假设 $p(h_1)$ 是均匀分布,且每次按键只产生一次敲击。
对于输入的打字序列“kezrninh”,通过
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