机器学习时间序列之Wiener Solution

本文深入探讨了信号处理中维纳滤波的应用,通过线性系统模型,利用过去的M个点预测信号,引出互相关和自相关方程的概念。并详细推导了Wiener-Hopf方程,展示了如何通过最小化均方误差(MSE)找到最优权向量w⃗opt,实现信号的最佳估计。

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以下手稿属于Principe大佬,硕士课程上的大佬的课

wiener solution

信号+additive noise > 线性系统=>y(n)

信号 ============> 维纳滤波>d(n)

在这里插入图片描述

  • 利用过去的M个点(包括当前)预测在这里插入图片描述
  • 对代价函数求导=0,引出P和R在这里插入图片描述
    根据上图,我们定义如下:
  • 互相关方程(crosscorrelation function)
    P(i)=E[x(n−i)d(n)]P(i) = E[x(n-i)d(n)]P(i)=E[x(ni)d(n)]
  • 自相关方程(autocorrelation function)
    R(i−k)=E[x(n−i)x(n−k)]R(i-k) = E[x(n-i)x(n-k)]R(ik)=E[x(ni)x(nk)]

因此,我们有Wiener-Hopf equations
P(i)=∑k=0M−1R(i−k)w(k)P(i) = \sum_{k=0}^{M-1} R(i-k) w(k)P(i)=k=0M1R(ik)w(k)
在这里插入图片描述
因此我们的目标为:

w⃗opt=R⃗−1P⃗\vec{w}_{opt} = \vec{R}^{-1}\vec{P}wopt=R1P

插曲:最小化MSE等价于使得error向量 与输入向量x(n)正交
在这里插入图片描述

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