基于序贯重要性重采样的粒子滤波and(RBPF)

本文深入探讨了粒子滤波的重要性和应用,包括序贯重要性重采样(SIR)和Rao-Blackwellized粒子滤波(RBPF)。讲解了在贝叶斯模型中如何使用重要性采样解决复杂函数的抽样问题,以及SIR如何通过重采样解决粒子退化问题。RBPF结合卡尔曼滤波,对线性高斯模型条件分布进行边缘化滤波,提高了滤波效率。

尽管高斯逼近可以有效的解决许多问题,但当滤波分布为多模型或者某些状态为离散时,高斯逼近将不再适用。

在贝叶斯推理中,主要的推理问题可简化为求解下列后验分布的期望值:
在这里插入图片描述上式通常需要利用数值计算求解,其中在理想的蒙特卡洛逼近中,抽取 N \bm{N} N个独立的随机样本 x ( i ) \bm{x^{(i)}} x(i),且有 x ( i ) ∼ p ( x ∣ y 1 : T ) , i = 1 , ⋅ ⋅ ⋅ , N \bm{x^{(i)}\sim p(x|y_{1:T})}, i=1,\cdot \cdot \cdot, N x(i)p(xy1:T),i=1,,N。故期望的表达式为:
在这里插入图片描述

重要性采样

在实际的贝叶斯模型中,由于函数比较复杂,难以直接从 p ( x ∣ y 1 : T ) \bm{ p(x|y_{1:T})} p(xy1:T)获取样本。故采用重要性采样,重重要性分布 π ( x ∣ y 1 : T ) \bm{ \pi(x|y_{1:T})} π(xy1:T)中获取样本。将原先的积分式构造成函数关于重要性分布的积分式:在这里插入图片描述其中,
在这里插入图片描述则期望值可近似为:
在这里插入图片描述其权值为:
在这里插入图片描述

重要性采样算法

已知量测模型 p ( y 1 : T ∣ x ) \bm{p(y_{1:T}|x)} p(y1:Tx)和先验分布 p ( x ) \bm{p(x)} p(x),后验部分的重要性采样逼近为:
1). 重要性分布中抽取 N \bm{N} N个样本:
在这里插入图片描述2). 计算非归一化权值:
在这里插入图片描述归一化权值为:
在这里插入图片描述3). 由此可得 g ( x ) \bm{g(x)}

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