草庐IT

隐马尔科夫模型的简单实现

Viktor Cullen 2023-03-28 原文

模型 HMM=(A, B, \pi)

初始化三个参数：隐状态初始状态概率向量\pi，状态转移概率矩阵A，隐状态生成观测状态概率矩阵B。

实现三个方法：

1、2. 计算给定观测状态序列向量的概率（前向和后向两种计算方法），

3. 给定观测状态序列，求出与该序列最匹配的隐状态序列及其概率（Viterbi算法）。

程序如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Author : ZhaoKe
# @Time : 2022-09-18 14:43
from typing import List

import numpy as np

class HMM():
    def __init__(self):
        # 对应三个隐状态初始化概率矩阵
        self.init_prob = np.array([0.4, 0.3, 0.3])

        # 隐状态会生成观测状态的概率矩阵
        self.gene_prob = np.array([
            [0.8, 0.2],
            [0.6, 0.4],
            [0.3, 0.7]
        ])

        # 状态转移概率矩阵
        self.tran_prob = np.array([
            [0.4, 0.5, 0.1],
            [0.3, 0.4, 0.3],
            [0.1, 0.5, 0.4]
        ])

    # 求解生成特定的序列的概率
    # 例如，输入[0, 1, 0]
    def forward_prob_generate(self, series: List):
        # 行数等于隐状态个数，列数等于序列长度
        # print(len(self.init_prob), len(series))
        res = np.zeros((len(self.init_prob), len(series)))
        res[:, 0] = np.multiply(self.init_prob, self.gene_prob[:, series[0]])
        for i in range(1, len(series)):
            res[:, i] = np.multiply(np.matmul(res[:, i-1], self.tran_prob), self.gene_prob[:, series[i]])
        print(res)

    # 后向生成特定序列的概率
    def backward_prob_generate(self, series: List):
        res = np.zeros((len(self.init_prob), len(series)))
        n = len(series)
        res[:, n-1] = 1
        for i in range(n-2, -1, -1):
            res[:, i] = np.matmul(self.tran_prob, np.multiply(self.gene_prob[:, series[i+1]], res[:, i+1]))
        print(res)
        print(np.sum(self.init_prob * self.gene_prob[:, 1] * res[:, 0]))

    # 维特比算法求解特定观测序列的最优隐状态向量及其概率
    def viterbi(self, series: List):
        # 动态规划
        dp = np.zeros((3, 4))
        dp[:, 0] = 1
        dp[:, 1] = self.init_prob * self.gene_prob[:, series[0]]
        per = list(map(int, np.zeros(len(series)+1)))
        per[1] = np.argmax(dp[:, 1])
        # print(dp)
        # print(per)
        for i in range(2, len(series)+1):
            for j in range(0, 3):
                tmp = dp[:, i-1] * self.tran_prob[:, j]
                dp[j, i] = np.max(tmp) * self.gene_prob[j][series[i-1]]
            print(dp[:, i])
            per[i] = np.argmax(dp[:, i])
        print("动态规划矩阵：\n", dp)
        print("最优路径：", per)
        print("概率计算：", dp[per[-1], 3])


if __name__ == '__main__':
    hmm = HMM()
    # hmm.forward_prob_generate([0, 1, 0])
    # hmm.backward_prob_generate([1, 0, 1])
    # hmm.viterbi([0,0,0])
    # hmm.viterbi([0,0,1])
    # hmm.viterbi([0,1,0])
    # hmm.viterbi([0,1,1])
    hmm.viterbi([1,0,0])
    # hmm.viterbi([1,0,1])
    # hmm.viterbi([1,1,0])
    # hmm.viterbi([1,1,1])

和例题对照，结果正确

 

科夫马尔spancolorstyle人工智能

有关隐马尔科夫模型的简单实现的更多相关文章

  1. ruby-on-rails - Rails - 子类化模型的设计模式是什么？ - 2

    我有一个模型:classItem项目有一个属性“商店”基于存储的值，我希望Item对象对特定方法具有不同的行为。Rails中是否有针对此的通用设计模式？如果方法中没有大的if-else语句，这是如何干净利落地完成的？ 最佳答案 通常通过Single-TableInheritance. 关于ruby-on-rails-Rails-子类化模型的设计模式是什么？，我们在StackOverflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.co

  2. ruby-on-rails - Rails - 一个 View 中的多个模型 - 2

    我需要从一个View访问多个模型。以前，我的links_controller仅用于提供以不同方式排序的链接资源。现在我想包括一个部分(我假设)显示按分数排序的顶级用户(@users=User.all.sort_by(&:score))我知道我可以将此代码插入每个链接操作并从View访问它，但这似乎不是“ruby方式”，我将需要在不久的将来访问更多模型。这可能会变得很脏，是否有针对这种情况的任何技术？注意事项:我认为我的应用程序正朝着单一格式和动态页面内容的方向发展，本质上是一个典型的网络应用程序。我知道before_filter但考虑到我希望应用程序进入的方向，这似乎很麻烦。最终从任何

  3. ruby-on-rails - 在混合/模块中覆盖模型的属性访问器 - 2

    我有一个包含模块的模型。我想在模块中覆盖模型的访问器方法。例如:classBlah这显然行不通。有什么想法可以实现吗？ 最佳答案 您的代码看起来是正确的。我们正在毫无困难地使用这个确切的模式。如果我没记错的话，Rails使用#method_missing作为属性setter，因此您的模块将优先，阻止ActiveRecord的setter。如果您正在使用ActiveSupport::Concern(参见thisblogpost)，那么您的实例方法需要进入一个特殊的模块:classBlah

  4. ruby-on-rails - 如何验证非模型(甚至非对象)字段 - 2

    我有一个表单，其中有很多字段取自数组(而不是模型或对象)。我如何验证这些字段的存在？solve_problem_pathdo|f|%>... 最佳答案 创建一个简单的类来包装请求参数并使用ActiveModel::Validations。#definedsomewhere,atthesimplest:require'ostruct'classSolvetrue#youcouldevencheckthesolutionwithavalidatorvalidatedoerrors.add(:base,"WRONG!!!")unlesss

  5. ruby-on-rails - form_for 中不在模型中的自定义字段 - 2

    我想向我的Controller传递一个参数，它是一个简单的复选框，但我不知道如何在模型的form_for中引入它，这是我的观点:{:id=>'go_finance'}do|f|%>Transferirde:para:Entrada:"input",:placeholder=>"Quantofoiganho?"%>Saída:"output",:placeholder=>"Quantofoigasto?"%>Nota:我想做一个额外的复选框，但我该怎么做，模型中没有一个对象，而是一个要检查的对象，以便在Controller中创建一个ifelse，如果没有检查，请帮助我，非常感谢,谢谢

  6. ruby-on-rails - 如何将验证与模型分开 - 2

    我有一些非常大的模型，我必须将它们迁移到最新版本的Rails。这些模型有相当多的验证(User有大约50个验证)。是否可以将所有这些验证移动到另一个文件中？说app/models/validations/user_validations.rb。如果可以，有人可以提供示例吗？ 最佳答案 您可以为此使用关注点:#app/models/validations/user_validations.rbrequire'active_support/concern'moduleUserValidationsextendActiveSupport:

  7. ruby - 如何根据特征实现 FactoryGirl 的条件行为 - 2

    我有一个用户工厂。我希望默认情况下确认用户。但是鉴于unconfirmed特征，我不希望它们被确认。虽然我有一个基于实现细节而不是抽象的工作实现，但我想知道如何正确地做到这一点。factory:userdoafter(:create)do|user,evaluator|#unwantedimplementationdetailshereunlessFactoryGirl.factories[:user].defined_traits.map(&:name).include?(:unconfirmed)user.confirm!endendtrait:unconfirmeddoenden

  8. ruby-on-rails - Rails 模型——非持久类成员或属性？ - 2

    对于Rails模型，是否可以/建议让一个类的成员不持久保存到数据库中？我想将用户最后选择的类型存储在session变量中。由于我无法从我的模型中设置session变量，我想将值存储在一个“虚拟”类成员中，该成员只是将值传递回Controller。你能有这样的类(class)成员吗？ 最佳答案 将非持久属性添加到Rails模型就像任何其他Ruby类一样:classUser扩展解释:在Ruby中，所有实例变量都是私有(private)的，不需要在赋值前定义。attr_accessor创建一个setter和getter方法:classUs

  9. ruby - 简单获取法拉第超时 - 2

    有没有办法在这个简单的get方法中添加超时选项？我正在使用法拉第3.3。Faraday.get(url)四处寻找，我只能先发起连接后应用超时选项，然后应用超时选项。或者有什么简单的方法？这就是我现在正在做的:conn=Faraday.newresponse=conn.getdo|req|req.urlurlreq.options.timeout=2#2secondsend 最佳答案 试试这个:conn=Faraday.newdo|conn|conn.options.timeout=20endresponse=conn.get(url

  10. ruby-on-rails - Rails - 从另一个模型中创建一个模型的实例 - 2

    我有一个正在构建的应用程序，我需要一个模型来创建另一个模型的实例。我希望每辆车都有4个轮胎。汽车模型classCar轮胎模型classTire但是，在make_tires内部有一个错误，如果我为Tire尝试它，则没有用于创建或新建的activerecord方法。当我检查轮胎时，它没有这些方法。我该如何补救？错误是这样的:未定义的方法'create'forActiveRecord::AttributeMethods::Serialization::Tire::Module我测试了两个环境:测试和开发，它们都因相同的错误而失败。 最佳答案

随机推荐