“简单易懂”?我们来解释隐马尔可夫模型!

更新时间:2023-07-01 00:27:07 阅读: 评论:0

“简单易懂”?我们来解释隐马尔可夫模型!
1赌场风云(背景介绍)
四字歌最近一个赌场的老板发现生意不畅,于是派出手下去赌场张望。经探子回报,有位大叔在赌场中总能赢到钱,玩得一手好骰子,几乎是战无不胜。而且每次玩骰子的时候周围都有几个保镖站在身边,让人不明就里,只能看到每次开局,骰子飞出,沉稳落地。老板根据多年的经验,推测这位不善之客使用的正是江湖失传多年的'偷换骰子大法”(编者注:偷换骰子大法,用兜里自带的骰子偷偷换掉均匀的骰子)。老板是个冷静的人,看这位大叔也不是善者,不想轻易得罪他,又不想让他坏了规矩。正愁上心头,这时候进来一位名叫HMM帅哥,告诉老板他有一个很好的解决方案。
小樽运河不用近其身,只要在远处装个摄像头,把每局的骰子的点数都记录下来。然后HMM帅哥将会运用其强大的数学内力,用这些数据推导出1. 该大叔是不是在出千?2. 如果是在出千,那么他用了几个作弊的骰子? 还有当前是不是在用作弊的骰子。3. 这几个作弊骰子出现各点的概率是多少?天呐,老板一听,这位叫HMM的甚至都不用近身,就能算出是不是在作弊,甚至都能算出别人作弊的骰子是什么样的。那么,只要再当他作弊时,派人围捕他,当场验证骰子就能让他哑口无言。2HMM是何许人也?在让HMM开展调查活动之前,该赌场老板也对HMM作了一番调查。HMM(Hidden Markov Model), 也称隐性马尔可夫模型,是一个概率模型,用来描述一个系统隐性状态的转移和隐性状态的表现概率。系统的隐性状态指的就是一些外界不便观察(或观察不到)的状态, 比如在当前的例子里面, 系统的状态指的是大叔使用骰子的状态,即{正常骰子, 作弊骰子1, 作弊骰子2,...}隐性状态的表现也就是, 可以观察到的,由隐性状态产生的外在表现特点。这里就是说, 骰子掷出的点数.{1,2,3,4,5,6}HMM模型将会描述,系统隐性状态的转移概率。也就是大叔切换骰子的概率,下图是一个例子,这时候大叔切换骰子的可能性被描述得淋漓尽致。
很幸运的,这么复杂的概率转移图,竟然能用简单的矩阵表达, 其中a_{ij}代表的是从i状态到j状态发生的概率
西葫芦丝当然同时也会有,隐性状态表现转移概率。也就是骰子出现各点的概率分布, (e.g. 作弊骰子1能有90%的机会掷到六,作弊骰子2有85%的机会掷到'小’). 给个图如下,
出疹性疾病
隐性状态的表现分布概率也可以用矩阵美丽地表示出来,
把这两个东西总结起来,就是整个HMM模型。这个模型描述了隐性状态的转换的概率,同时也描述了每个状态外在表现的概率的分布。总之,HMM模型就能够描述扔骰子大叔作弊的频率(骰子更换的概率),和大叔用的骰子的概率分布。有了大叔的HMM模型,就能把大叔看透,让他完全在阳光下现形。3HMM能干什么!总结起来HMM能处理三个问题
3.1 解码(Decoding)
卡耐基语言的突破
解码就是需要从一连串的骰子中,看出来哪一些骰子是用了作弊的骰子,哪些是用的正常的骰子。
余秋雨文化苦旅
比如上图中,给出一串骰子序列(3,6,1,2..)和大叔的HMM模型, 我们想要计算哪一些骰子的结果(隐性状态表现)可能对是哪种骰子的结果(隐性状态).
3.2学习(Learning)
学习就是,从一连串的骰子中,学习到大叔切换骰子的概率,当然也有这些骰子的点数的分布概率。这是HMM最为恐怖也最为复杂的招数!!
3.3 估计(Evaluation)
估计说的是,在我们已经知道了该大叔的HMM模型的情况下,估测某串骰子出现的可能性如何画正方体
人生哲理图片概率。比如说,在我们已经知道大叔的HMM模型的情况下,我们就能直接估测到大叔扔到10个6或者8个1的概率。4HMM是怎么做到的?
(这章需要概率论,递归,动态规划的知识, 如果不感兴趣可以跳到第5节)
4.1 估计
估计是最容易的一招,在完全知道了大叔的HMM模型的情况下,我们很容易就能对其做出估计。现在我们有了大叔的状态转移概率矩阵A,B就能够进行估计。比如我们想知道这位大叔下一局连续掷出10个6的概率是多少? 如下

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