前向-後向演算法例項
已知HMM模型引數:
轉移概率矩陣A:
0.5 | 0.2 | 0.3 |
0.3 | 0.5 | 0.2 |
0.2 | 0.3 | 0.5 |
0.5 | 0.5 |
0.4 | 0.6 |
0.7 | 0.3 |
π=(0.2 , 0.4 , 0.4)
求解:三次取球顏色為(紅、白、紅)的概率P(O|λ)
提示:盒子相當於三種隱狀態,兩種顏色的球相當於觀測情況,觀測序列由(紅、白、紅)給出
(1)計算初值
a1(2) 代表第一個時間下, 從第二個盒子裡取出紅球的概率
(2)遞推計算
(3)終止條件
關於後向演算法,直接以盒子(隱)和球(觀測)的例項為例推導:
(1)初始化第三次取球為紅球時候,即最終時刻所有狀態的概率為1
式中下標為觀測情況,括號為隱狀態,比如第一個式子意思就是第一個隱狀態對應的觀測到紅球的概率
(2)逆推迭代倒數第二次觀察情況為白球的情況
第一個式子表示的是第二次觀測,如果狀態為1,那麼第二、三次觀測為(白、紅)的聯合概率分佈,a是第二層隱狀態(第一個盒子)轉移到第三層隱狀態(三個盒子)的轉移概率,b表示第三層的三個隱狀態觀測到紅球的概率,β(等式右邊)表示已知模型引數和第三層隱狀態,求第三次觀測到紅球的概率,其實第(1)步計算是1
第二個式子表示的是第二次觀測,如果狀態為2,那麼第二、三次觀測為(白、紅)的聯合概率分佈,a是第二層隱狀態(第二個盒子)轉移到第三層隱狀態(三個盒子)的轉移概率,b表示第三層的三個隱狀態觀測到紅球的概率,β(等式右邊)表示已知模型引數和第三層隱狀態,求第三次觀測到紅球的概率,其實第(1)步計算是1
同理推導第一層的情況
(3)計算加和
可以發現前向演算法和後向演算法的結果相同
【注】前向演算法中計算結果捨去了一位,結果應該是0.035512
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