第六章 6.1马尔可夫链的定义

随机过程 第五章 连续时间的马尔可夫链

第五章 连续时间的马尔可夫链 5.1连续时间的马尔可夫链 考虑取非负整数值的连续时间随机过程}.0),({≥t t X 定义5.1 设随机过程}.0),({≥t t X ,状态空间}0,{≥=n i I n ,若对任意 121...0+<<<≤n t t t 及I i i i n ∈+121,...,,有 })(,...)(,)()({221111n n n n i t X i t X i t X i t X P ====++ =})()({11n n n n i t X i t X P ==++ (5.1) 则称}.0),({≥t t X 为连续时间马尔可夫链. 由定义知,连续时间马尔可夫链是具有马尔可夫性的随机过程,即过程在已知现在时刻n t 及一切过去时刻所处状态的条件下,将来时刻1+n t 的状态只依赖于现在状态而与过去无关. 记(5.1)式条件概率一般形式为 ),(})()({t s p i s X j t s X P ij ===+ (5.2) 它表示系统在s 时刻处于状态i,经过时间t 后转移到状态j 的转移概率. 定义5.2 若(5.2)式的转移概率与s 无关,则称连续时间马尔可夫链具有平稳的或齐次的转移概率,此时转移概率简记为 ),(),(t p t s p ij ij = 其转移概率矩阵简记为).0,,()),(()(≥∈=t I j i t p t P ij 以下的讨论均假定我们所考虑的连续时间马尔可夫链都具有齐次转移概率.简称为齐次马尔可夫过程. 假设在某时刻,比如说时刻0,马尔可夫链进入状态i,而且接下来的s 个单位时间单位中过程未离开状态i,(即未发生转移),问随后的t 个单位时间中过程仍不离开状态i 的概率是多少呢?由马尔可夫我们知道,过程在时刻s 处于状态i 条件下,在区间[s,s+t]中仍然处于i 的概率正是它处于i 至少t 个单位的无条件概率..若记 i h 为记过程在转移到另一个状态之前停留在状态i 的时间,则对一切s,t 0≥有 },{}{t h P s h t s h P i i i >=>+> 可见,随机变量i h 具有无记忆性,因此i h 服从指数分布. 由此可见,一个连续时间马尔可夫链,每当它进入状态i,具有如下性质: (1) 在转移到另一状态之前处于状态i 的时间服从参数为i v 的指数分布;

107509-概率统计随机过程课件-第十三章马尔可夫链第一节第二节(上)

第十三章 马尔可夫链 马尔可夫过程是一类特殊的随 机过程, 马尔可夫链是离散状态的马尔可夫过程,最初是由俄国数学家马尔可夫1896年提出和研究的. 应用十分广泛,其应用领域涉及 计算机,通信,自动控制,随机服务,可靠性,生物学,经济,管理,教育,气象,物理,化学等等. 第一节 马尔可夫链的定义 一．定义 定义 1 设随机过程} ),({T t t X ∈的状态空间S 是有限集或可列集,对任意正整数n ,对于T 内任意1+n 个参数121+<

如果条件概率 })(,,)(,)(|)({221111n n n n j t X j t X j t X j t X P =???===++})(|)({11n n n n j t X j t X P ===++,(13.1) 恒成立,则称此过程为马尔可夫链. 式(13.1)称为马尔可夫性,或称无后效性. 马氏性的直观含义可以解释如下: 将n t 看作为现在时刻,那末,121,,,-???n t t t 就是过去时刻,而1+n t 则是将来时刻.于是,(13.1)式是说,当已知系统现时情况的条件下,系统将来的发展变化与系统的过去无关.我们称之为无后效性. 许多实际问题都具有这种无后 效性. 例如 生物基因遗传从这一代 到下一代的转移中仅依赖于这一代而与以往各代无关. 再如,每当评估一个复杂的计 算机系统的性能时,就要充分利用系统在各个时刻的状态演变所具有

的通常概率特性:即系统下一个将到达的状态,仅依赖于目前所处的状态,而与以往处过的状态无关. 此外,诸如某公司的经营状况 等等也常常具有或近似具有无后效性. 二． 马尔可夫链的分类 状态空间S 是离散的(有限集或可列集),参数集T 可为离散或连续的两类. 三．离散参数马尔可夫链 （1）转移概率 定义2 在离散参数马尔可夫链 },,,,,),({210??????=n t t t t t t X 中, 条件概率 )(})(|)({1m ij m m t p i t X j t X P ===+ 称为)(t X 在时刻(参数)m t 由状态i 一 步转移到状态j 的一步转移概率, 简称转移概率.

马尔可夫链模型简介

马尔可夫链模型简介 设考察对象为一系统,若该系统在某一时刻可能出现的事件集合为,}{N N E E E E E E ??????,2,1,2,1,两两互斥,则陈i E 为状态。N i ???=,2,1。称该系统从一种状态i E 变化到另一状态j E 的过程称为状态转移，并把整个系统不断实现状态转移的过程称为马尔可夫过程。 定义1 具有下列两个性质的马尔可夫过程称为马尔可夫链： （1）无后效性，即系统的第n 次实验结果出现的状态，只与第1-n 次有关，而与它以前所处的状态无关； （2）具有稳定性，该过程逐渐趋于稳定状态，而与初始状态无关。 定义2 向量),,,(21n u u u u ???= 成为概率向量，如果u 满足： ?? ???=???=≥∑=n j j j u n j u 11,,2,10 定义3 如果方阵P 的每行都为概率向量，则称此方阵为概率矩阵。 如果矩阵A 和B 皆为概率矩阵，则AB ，k A ，k B 也都是概率矩阵（k 为正整数）。 定义4 系统由状态i E 经过一次转移到状态j E 的概率记为ij P ，称矩阵 ????????????????????????=32 12222111211N N N N N P P P P P P P P P P 为一次（或一步）转移矩阵。 转移矩阵必为概率矩阵，且具有以下两个性质： 1、P P P k k )1()(-=； 2、k k P P =)(

其中)(k P 为k 次转移矩阵。 定义5 对概率矩阵P ，若幂次方)(m P 的所有元素皆为正数，则矩阵P 称为正规概率矩阵。（此处2≥m ） 定理1 正规概率矩阵P 的幂次方序列P ，2P ，3P ，…趋近于某一方阵T ，T 的每一行均为同一概率向量t ，且满足t tP = 。 马尔可夫链模型如下： 设系统在0=k 时所处的初始状态 ),,() 0()0(2)0(1)0(N S S S S ???=为已知，经过k 次转移后的状态向量 ),,()()(2)(1)(k N k k k S S S S ???=),2,1(???=k ，则 ??????? ?????? ?????????????=NN N N N N k P P P P P P P P P S S 212222111211)0() ( 此式即为马尔可夫链预测模型。 由上式可以看出，系统在经过k 次转后所处的状态)(k S 取决与它的初始状态)0(S 和转移矩阵P 。 马尔可夫引例 例1：市场占有率预测 设有甲、乙、丙三家企业，生产同一种产品，共同供应1000家用户，各用户在各企业间自由选购，但不超出这三家企业，也无新的用户，假定在10月末经过市场调查得知，甲，乙，丙三家企业拥有的客户分别是：250户，300户，450户，而11月份用户可能的流动情况如下表所示：

第五章 连续时间的Markov链

第五章 连续时间的马尔可夫链 第四章我们讨论了时间和状态都是离散的M arkov 链，本章我们研究的是时间连续、状态离散的M arkov 过程，即连续时间的M arkov 链. 连续时间的M arkov 链可以理解为一个做如下运动的随机过程：它以一个离散时间M arkov 链的方式从一个状态转移到另一状态，在两次转移之间以指数分布在前一状态停留. 这个指数分布只与过程现在的状态有关，与过去的状态无关（具有无记忆性），但与将来转移到的状态独立. 5.1 连续时间马尔可夫链的基本概念 定义 5.1 设随机过程{(),0}X t t ≥，状态空间{,1}n I i n =≥，若对任意的正整数 1210n t t t +≤<<< 及任意的非负整数121,,,n i i i I +∈ ，条件概率满足 {}111122()|(),(),,()n n n n P X t i X t i X t i X t i ++==== {}11()|()n n n n P X t i X t i ++=== （5.1） 则称{(),0}X t t ≥为连续时间的M arkov 链. 由定义知，连续时间的M arkov 链是具有M arkov 性（或称无后效性）的随机过程，它的直观意义是：过程在已知现在时刻n t 及一切过去时刻所处状态的条件下，将来时刻1n t +的状态只依赖于现在的状态而与过去的状态无关. 记(5.1)式条件概率的一般形式为 {()|()}(,)ij P X s t j X s i p s t +=== （5.2） 它表示系统在s 时刻处于状态i ，经过时间t 后在时刻s t +转移到状态j 的转移概率，通常称它为转移概率函数.一般地，它不仅与t 有关，还与s 有关. 定义 5.2 若(5.2)式的转移概率函数与s 无关，则称连续时间M arkov 链具有平稳的转移概率函数，称该M arkov 链为连续时间的齐次（或时齐）M arkov 链. 此时转移概率函数简记为(,)()ij ij p s t p t =.相应地，转移概率矩阵简记为()(()),(,,0)ij P t p t i j I t =∈≥. 若状态空间{0,1,2,}I = ，则有 ()00010210 11 12 012() ()() ...()()()()()... ... .. ....()()( )...... .. .... ij n n n p t p t p t p t p t p t P t p t p t p t p t ?? ? ? ?== ? ? ?? ? （5.3） 假设在某时刻，比如说时刻0，M arkov 链进入状态i ，在接下来的s 个单位时间内过程 未离开状态i （即未发生转移），我们要讨论的问题是在随后的t 个单位时间中过程仍不离开状态i 的概率是多少？由M arkov 性知，过程在时刻s 处于状态i 的条件下，在区间[,] s s t +

马尔可夫链蒙特卡罗在实践中的应用

2012年第12期 吉林省教育学院学报 No.12，2012 第28卷JOURNAL OF EDUCATIONAL INSTITUTE OF JILIN PROVINCE Vol .28（总300期） Total No .300 收稿日期：2012—11—14 作者简介：孟庆一（1989—），女，吉林长春人，新加坡籍华人，英国伦敦大学数学系，本科生，研究方向：MCMC 统计学。 浅议马尔可夫链蒙特卡罗在实践中的应用 孟庆一 (英国伦敦大学，英国伦敦) 摘要：本文概括地介绍了马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo ———MCMC )，一种随机模拟贝叶斯推断的方法。主要的抽样方法包括吉布斯采样(Gibbs Sampling )和Metropolis －Hastings 算法。本文也对MCMC 主题和应用的拓展进行了讨论。 关键词：马尔可夫链;蒙特卡罗;Gibbs 抽样;Metropolis －Hastings 中图分类号：O29 文献标识码：A 文章编号：1671—1580(2012)12—0120—02 统计学中的贝叶斯推理在过去的几十年里有前 所未有的突破，统计学家们发现了一种非常简单，但又非常强大的模拟技术，统称为MCMC 。这种技术可以运用到各种复杂的贝叶斯范例和实际情况。 贝叶斯推理： 贝叶斯方法把所给的模型里所有的未知量的不确定性联系在一起。利用所知的信息，贝叶斯方法用联合概率分布把所有未观察到的数量综合起来，从而得出的推论。在这里，给定已知的未知分布被称为后验分布。有关未知量的推理被称为预测，它们的边缘分布称作为预测分布。 贝叶斯推理根据贝叶斯规则计算后验概率： P （H |E ）= P （E |H ）·P （H ） P （E ）然而，在大多数情况下，所给的模型的复杂性不允许我们运用这个简单的操作。因此，我们需要使用随机模拟， 或蒙地卡罗技术来代替。概述MCMC ： MCMC 采用未知量的高维分布，为难度极高的模拟复杂模型的问题提供了一个答案。 一个马尔可夫链是一个序列的随机变量X 1，X 2，X 3，．．．这个序列有马尔可夫的属性———给予目前的状态，未来和过去的状态是独立的。从数学公 式上看， Pr （X n +1=x |X 1=x 1，X 2=x 2，…，X n =x n ）=Pr （X n +1=x |X n =x n ）X i 的可能的值可数的集合S 称 为链的状态空间。 幸运的是，在马尔可夫链里，我们也有与大数定律和中心极限定理类似的定理。 另外一个问题存在于如何建立一个马尔可夫链的极限分布与所需的分配一模一样。一种可行的解决方案是Gibbs 抽样。它是基于一个马尔可夫链，其前身的依赖性是由模型中出现的条件分布所决定的。另一种可能性是Metropolis －Hastings 算法。它是基于一个马尔可夫链，其前身的依赖性是分裂成两个部分：一个是建议，另一个是接受这一建议。 Metropolis －Hastings 算法： Metropolis －Hastings 算法，可以从任何概率分布中抽取样品，只要求是可计算函数的密度成正比。在贝叶斯的应用程序中，归一化因子计算往往是非常困难的，所以，和其他常用的抽样算法一样，能够在不知道这个比例常数的情况下产生样本是Metropolis －Hastings 算法的重要特征。 该算法的总体思路是产生一系列在一个马尔可 夫链里的样品。在足够长的时间后，所生成的样品的分布与分布相匹配。 该算法基本上按如下方式工作（这是一个特殊 的例子，其建议密度是对称的情况下）：首先，选择一个任意的概率密度Q （x'|x t ），这表明一个新的采样值x'给定样本值x t 。对于简单的Metropolis 算法，这个建议密度必须是对称的Q （x'| 21

基于马尔可夫链蒙特卡洛方法的数据关联算法研究

第３１卷第６期２００７年１２月 武汉理工大学学报（鸯望霾差） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ） Ｖ０１．３ｌＮｏ．６ Ｄｅｃ．２００７ 基于马尔可夫链蒙特卡洛方法的 数据关联算法研究＊ 李景熹１’２’王树宗Ｄ王航宇３’ （海军工程大学海军兵器新技术应用研究所＂武汉４３００３３） （海军驻４２６厂军代室２’大连１１６００５）（海军工程大学电子工程学院∞武汉４３００３３） 摘要：数据关联是杂波环境下多目标跟踪问题的难点之一．文中提出了一种基于马尔可夫链蒙特卡洛（ＭＣＭＣ）方法的数据关联算法（ＭＣＭＣＤＡ），该算法通过在相应的关联事件空问中采样，可以有效地估计数据的边际关联概率，而且算法的估计精度可根据需要进行调节．仿真结果表明。在需要跟踪的目标数目较多．探测概率较低、杂波概率较高的情况下，ＪＰＤＡ算法因出现“组合爆炸”问题而难以在实际中应用；ＭＣＭＣＤＡ算法则能在保持较高估计精度的情况下降低计算负荷，从而能够较好地满足实时跟踪系统的要求． 关键词：数据关联；马尔可夫链蒙特卡洛；多目标跟踪；杂波 中图法分类号：ＴＰ３０１．６ ０引言 数据关联是杂波环境下多目标跟踪问题的难点之一．一直以来，联合概率数据关联算法（ＪＰＤＡ）是解决数据关联问题的经典算法Ⅱ砣］．但是，当目标数目增多、杂波概率提高、观测值数目增大时，目标与观测值之间的假设关联事件的数目将呈指数增长甚至出现“组合爆炸”现象，从而极大地加重了（ＪＰＤＡ）算法的计算负荷，使其无法满足实际工程应用的需要． 马尔可夫链蒙特卡洛方法（ＭＣＭＣ）是一种贝叶斯网络计算方法，广泛应用于统计学、经济计量学和计算科学领域，尤其适于处理高维和复杂概率分布问题［３。］．其基本思想是通过建立一个平稳分布为，ｒ（ｚ）的马尔可夫链，通过某种统计采样方法（ＭＨ，Ｇｉｂｂｓ）得到平稳分布万（ｚ）的样本，然后基于这些样本做出各种统计推断． 针对ＪＰＤＡ算法存在的问题，本文提出了一种基于马尔可夫链蒙特卡洛方法的数据关联算法（ＭＣＭＣＤＡ）．该算法以统计抽样思想近似估计关联概率，解决了ＪＰＤＡ算法以解析思想处理数据关联问题所引发的“组合爆炸”问题［５］．仿真算例表明，在保持较高跟踪性能的同时，ＭＣＭＣＤＡ算法大大降低了计算负荷，具有很高的工程实用价值． １问题描述 在杂波环境下多目标跟踪问题中，如果丁个目标的跟踪门出现交集，且交集内有候选回波，这就是典型的数据关联问题．观测值落入跟踪门相交区域，说明某些观测值在不同情况下可能来源于不同目标，数据关联算法的目的就是计算每一个观测值与其可能的各种源目标相关联的概率．设口（志）一｛Ｏｉ（五））筵。为ｋ时刻所有联合事件的集合．式中：巩为侈（奄）中元素的个数 坍（｛） 矾（屉）一ｎ只。（志）（１） 』皇０ 为第ｉ个联合事件．其中：以（志）为观测值７在第ｉ 收稿ａ期｛２００７—０５—２２ 李景熹：男，２８岁，博士生．主要研究领域为武器系统仿真试验技术、机动目标跟踪’国防顼研项目资助（批准号：４０１０８０４０４０１０１） 　 万方数据

马尔可夫链

马尔可夫链 马尔可夫链（Markov chains ）是一类重要的随机过程，它的状态空间是有限的或可数无限的。经过一段时间系统从一个状态转到另一个状态这种进程只依赖于当前出发时的状态而与以前的历史无关。马尔可夫链有着广泛的应用，也是研究排队系统的重要工具。 1) 离散时间参数的马尔可夫链 ①基本概念 定义 5.7 设{()0,1,2,}X n n ???=，是一个随机过程，状态空间{0,1,2,}E =，如果对于任意的一组整数 时间120k n n n ???≤<<<，以及任意状态12,, ,k i i i E ∈，都有条件概率 11{()|()}k k k k P X n i X n i --=== （5-17） 即过程{()0,1,2,}X n n ???=，未来所处的状态只与当前的状态有关，而与以前曾处于什么状态无关，则称 {()0,1,2,}X n n ???=，是一个离散时间参数的马尔可夫链。当E 为可列无限集时称其为可列无限状态的马尔可 夫链，否则称其为有限状态的马尔可夫链。 定义5.8 设{()0,1,2,}X n n ???=，是状态空间{0,1,2, }E =上的马尔可夫链，条件概率 (,){()|()}ij p m k P X m k j X m i i j E =+==∈，、 （5-18） 称为马尔可夫链{()0,1,2,}X n n ???=，在m 时刻的k 步转移概率。 k 步转移概率的直观意义是：质点在时刻m 处于状态i 的条件下，再经过k 步（k 个单位时间）转移到状 态j 的条件概率。特别地，当1k =时， (,1){(1)|()}ij p m P X m j X m i =+== （5-19） 称为一步转移概率，简称转移概率。 如果k 步转移概率(,)ij p m k i j E ∈，、，只与k 有关，而与时间起点m 无关，则{()}X n 称为离散时间的齐次马尔可夫链。 定义5.9 设{()0,1,2,}X n n ???=，是状态空间{0,1,2,}E ???=上的马尔可夫链，矩阵 0001010 11101(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,) (,) n n j j jn p m k p m k p m k p m k p m k p m k P m k p m k p m k p m k ?? ???? ? ?=? ?????? ? （5-20） 称为{()}X n 在m 时刻的k 步转移概率矩阵。 当1k =时，(,1)P m 称为一步转移概率矩阵。 对于齐次马尔可夫链，容易推得k 步转移概率矩阵与一步转移概率矩阵具有关系 ()(),,1k P m k P m =????，1,2,k ???= （5-21）

马尔可夫链模型

马尔可夫链模型 马尔可夫链模型（Markov Chain Model） 目录 [隐藏] ? 1 马尔可夫链模型概述 ? 2 马尔可夫链模型的性质 ? 3 离散状态空间中的马尔可夫链 模型 ? 4 马尔可夫链模型的应用 o 4.1 科学中的应用 o 4.2 人力资源中的应用 ? 5 马尔可夫模型案例分析[1] o 5.1 马尔可夫模型的建 立 o 5.2 马尔可夫模型的应 用 ? 6 参考文献 [编辑] 马尔可夫链模型概述 马尔可夫链因安德烈·马尔可夫（Andrey Markov，1856－1922）得名，是数学中具有马尔可夫性质的离散时间随机过程。该过程中，在给定当前知识或信息的情况下，过去（即当期以前的历史状态）对于预测将来（即当期以后的未来状态）是无关的。 时间和状态都是离散的马尔可夫过程称为马尔可夫链, 简记为。 马尔可夫链是随机变量的一个数列。这些变量的范围，即他们所有可能 取值的集合，被称为“状态空间”，而Xn的值则是在时间n的状态。如果Xn + 1对于过去状态的条件概率分布仅是Xn的一个函数，则 这里x为过程中的某个状态。上面这个恒等式可以被看作是马尔可夫性质。

马尔可夫在1906年首先做出了这类过程。而将此一般化到可数无限状态空间是由柯尔莫果洛夫在1936年给出的。 马尔可夫链与布朗运动以及遍历假说这两个二十世纪初期物理学重要课题是相联系的，但马尔可夫寻求的似乎不仅于数学动机，名义上是对于纵属事件大数法则的扩张。 马尔可夫链是满足下面两个假设的一种随机过程： 1、t+l时刻系统状态的概率分布只与t时刻的状态有关，与t时刻以前的状态无关； 2、从t时刻到t+l时刻的状态转移与t的值无关。一个马尔可夫链模型可表示为=(S，P，Q)，其中各元的含义如下： 1）S是系统所有可能的状态所组成的非空的状态集，有时也称之为系统的状态空间，它可以是有限的、可列的集合或任意非空集。本文中假定S是可数集(即有限或可列)。用小写字母i,j(或S i,S j)等来表示状态。 2）是系统的状态转移概率矩阵，其中P ij表示系统在时刻t处于状态i，在下一时刻t+l处于状态i的概率，N是系统所有可能的状态的个数。对于任意i∈s，有 。 3）是系统的初始概率分布，q i是系统在初始时刻处于状态i的概率， 满足。 [编辑] 马尔可夫链模型的性质 马尔可夫链是由一个条件分布来表示的 P(X n + 1 | X n) 这被称为是随机过程中的“转移概率”。这有时也被称作是“一步转移概率”。二、三，以及更多步的转移概率可以导自一步转移概率和马尔可夫性质：

用贝叶斯方法重建基因进化历史

实验3 用贝叶斯方法重建基因进化历史传统的系统进化学研究一般采用的要么是表型的数据，要么是化石的证据。化石的证据依赖于考古学的发现，而表型数据往往极难量化，所以往往会得到许多极具争议的结论。如今，现代分子生物学尤其是测序技术的发展为重建进化史提供了大量的数据，如多态性数据（如SNPs或微卫星）、基因序列、蛋白序列等等。常规的做法一般都是利用某一个或者几个基因来构建物种树（species tree），但是一个基因的进化史能不能完全代表所有被研究物种的进化史呢？这是非常值得讨论的问题，但这不是我们本次实验的重点，在这里就不多赘述了。所以，我们这里所指的进化树如非特别说明，指的都是基因树（gene tree）。 经典的研究系统进化的方法主要有距离法、最大简约法（maximum parsimony，MP）、最大似然法（maximum likelihood，ML）等等。这些方法各有各的优点，也分别有其局限性，例如距离法胜在简单快速、容易理解，但是其模糊化了状态变量，将其简化为距离，也就不可避免的丧失了许多序列本身所提供的信息。而最大简约法虽然用的是原始数据，但也只是原始数据的一小部分。特别是在信息位点比较小的情况下，其计算能力还不如距离法。相对来说，最大似然法虽然考虑问题更加全面，但带来的另一个结果是其计算量大大增加，因此常常需要采用启发式（heuristic）方法推断模型参数，重建进化模型。 本实验利用的是贝叶斯方法来重建基因进化史。 1.贝叶斯方法概述 不可免俗的，我们还是要来看看贝叶斯模型，并分别对模型内部的一系列内容一一进行简单的介绍。 Bayes模型将模型参数视作随机变量（r.v.），并在不考虑序列的同时为参数假设先验分布（prior distribution）。所谓先验分布，是对参数分布的初始化估计。根据Bayes定理，可以不断对参数进行改进： f(θ|D)=f(D|θ)f(θ)f(D)(1) 其中f(θ|D)为后验概率分布（posterior probability distribution），而f(θ)是先验概率分布（prior probability distribution），而f(D|θ)为似然值。此外 f(D)=∫f(D|θ)f(θ) Ωdθ (2)

AI术语

人工智能专业重要词汇表 1、A开头的词汇： Artificial General Intelligence/AGI通用人工智能 Artificial Intelligence/AI人工智能 Association analysis关联分析 Attention mechanism注意力机制 Attribute conditional independence assumption属性条件独立性假设Attribute space属性空间 Attribute value属性值 Autoencoder自编码器 Automatic speech recognition自动语音识别 Automatic summarization自动摘要 Average gradient平均梯度 Average-Pooling平均池化 Accumulated error backpropagation累积误差逆传播 Activation Function激活函数 Adaptive Resonance Theory/ART自适应谐振理论 Addictive model加性学习 Adversarial Networks对抗网络 Affine Layer仿射层 Affinity matrix亲和矩阵 Agent代理/ 智能体 Algorithm算法 Alpha-beta pruningα-β剪枝 Anomaly detection异常检测 Approximation近似 Area Under ROC Curve／AUC R oc 曲线下面积 2、B开头的词汇 Backpropagation Through Time通过时间的反向传播Backpropagation/BP反向传播 Base learner基学习器 Base learning algorithm基学习算法 Batch Normalization/BN批量归一化 Bayes decision rule贝叶斯判定准则 Bayes Model Averaging／BMA贝叶斯模型平均 Bayes optimal classifier贝叶斯最优分类器 Bayesian decision theory贝叶斯决策论 Bayesian network贝叶斯网络

融合马尔科夫链_蒙特卡洛算法的改进通用似然不确定性估计方法在流域水文模型中的应用

2009年4月 水 利 学 报 SHUILI XUEBAO 第40卷 第4期 收稿日期:2008-04-23 基金项目:国家自然科学基金重点项目(40730632);教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-05-0624);霍英东青年教师基金资助 项目(101077) 作者简介:卫晓婧(1984-),女,山西阳泉人,硕士生,主要从事水文水资源方面的研究。E -mail:hellomuki@to https://www.wendangku.net/doc/4c9501025.html, 文章编号:0559-9350(2009)04-0464-10融合马尔科夫链-蒙特卡洛算法的改进通用 似然不确定性估计方法在流域水文模型中的应用 卫晓婧,熊立华,万 民,刘 攀 (武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072) 摘要:本文在Blasone 研究工作的基础上,进一步提出了基于马尔科夫链-蒙特卡洛算法的改进通用似然不确定性估计方法(Markov Chain -Monte Carlo based Modified Generalized Likelihood Uncertainty Esti mation,MMGLUE)。该方法结合近年来被广泛用于推求参数后验分布的MC MC 方法,对基于Mon te Carlo 随机取样方法的传统GLUE 方法进行改进,并以预测区间性质最优为标准,对可行参数组阈值进行判断与选择,提出了衡量预测区间对称性的标准,并就预测区间性质与可行参数组个数的相关关系进行了探索。在汉江玉带河流域的实例研究证明,MMGLUE 方法较传统的GLUE 方法能够推求出性质更为优良的预测区间,从而更真实合理地反映水文模型的不确定性。 关键词:MC MC;GLUE;MMGLUE;预测区间;覆盖率;区间宽度;区间对称性 中图分类号:P333文献标识码:A 1 研究背景 近10年来,流域水文模型的不确定性研究逐渐成为当今水文界广泛研究的热点之一,各国的水文学家就此做了大量的工作[1]。Beven [2-3]于1992年率先提出了流域水文模型/异参同效性0的观点,并针对流域水文模型的不确定性研究问题提出了通用似然不确定性估计(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation,GLUE)方法。该方法结合Monte Carlo 随机取样技术与Bayesian 框架,对由模型结构、参数冗余及相关性、输入输出误差等因素造成的不确定性进行综合分析。GLUE 方法原理简单,易于操作,但由于其自身理论结构的缺陷,越来越多的研究者就GLUE 方法提出了质疑[4-5],即并非经典的Bayesian 方法、主观判断参数可行域阈值和推求的参数后验概率分布不具有显著的统计特征。因此,基于不同假设的其他不确定性研究方法,如:基于经典Bayesian 理论的Ba RE(Bayesian Recursive Estimation)方法 [6],基于全局卡尔曼滤波理论的EnKF(Ense mble Kalman Filter )方法[7] ,多目标方法如MOSCE M (Mult-i objective Shuffled Complex Evolution Metropolis)方法[8]等被用于估计模型的不确定性工作中。然而,上述方法尽管 理论结构相对复杂,应用效果与GLUE 方法相比却并没有明显的提高。 同时期另一种基于经典Bayesian 理论的马尔科夫链-蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MC MC)方法也被广泛应用于推求参数后验分布的研究中。特别是SCE M -UA (The Shuffled Complex E volution Metropolis Algorithm)方法[9]能够有效地探索参数空间,使Markov Chain 能够朝着高概率密度区进化,从而 推导出具有显著统计特征的水文模型参数的后验分布。 因此,Blasone [10]提出将两种方法结合起来,采用SCE M -UA 采样方法替代传统的GLUE 方法中的) 464)

蒙特卡罗马尔科夫链模拟方法MCMC

Monte Carlo Simulation Methods (蒙特卡罗模拟方法) 主要内容: 1.各种随机数的生成方法. 2.MCMC方法. 1

2 从Buffon 投针问题谈起 Buffon 投针问题:平面上画很多平行线，间距为a ．向此平面投掷长 为l (l < a) 的针, 求此针与任一平行线相交的概率p 。 22[0,/2] [0,] sin ,{:sin }. l l a X A X 随机投针可以理解成针的中心 点与最近的平行线的距离X 是均匀 地分布在区间 上的r.v.，针 与平行线的夹角是均匀地分布 在区间 上的r.v.，且X 与相互独立， 于是针与平行线相交的充要条件为 即相交

3Buffon 投针问题 2sin 0022(sin ) 2l l l p P X dxd a a 于是有： 2l ap 若我们独立重复地作n 次投针试验，记 ()n A 为A 发生的次数。()n f A 为A 在n 次中出现的频率。假如我们取 ()n f A 作为()p P A 的估计，即?()n p f A 。 然后取2?() n l af A 作为的估计。根据大数定律，当n 时，..?().a s n p f A p 从而有2?()P n l af A 。这样可以用随机试验的方法求得的估计。历史上 有如下的试验结果。

4 3.14159292 180834080.831925Lazzarini 3.1595148910300.751884Fox 3.15665121832040.601855Smith 3.15956253250000.801850Wolf π的估计值相交次数投针次数针长时间(年)试验者

_马尔可夫链蒙特卡洛_MCMC_方法在估计IRT模型参数中的应用

ＩＲＴ自２０世纪６０年代出现以来，由于其理论模型的科学性和精确性见长，一开始就受到心理和教育测量学的研究者和实际工作者的关注和兴趣。至今已成为考试技术学研究领域中最有影响的一种现代测量理论。但理论的严谨性又导致了计算的复杂性，因而也影响了ＩＲＴ的普及和应用乃至它的考试研究２００６年１０月第２卷第４期ＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎｓＲｅｓｅａｒｃｈＯｃｔ．２００６Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．４ “马尔可夫链蒙特卡洛”(M CM C)方法在估计IRT 模型参数中的应用[1][2] 王权编译【摘要】本文介绍和阐述怎样运用“马尔可夫链蒙特卡洛”（ＭＣＭＣ）技术，并结合Ｂａｙｅｓ方法来估计ＩＲＴ的模型参数。首先简要地概述了ＭＣＭＣ方法估计模型参数的基本原理；其次介绍ＭＣＭＣ方法估计模型参数的一般方法，涉及Ｇｉｂｂｓ抽样、取舍抽样、Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ－Ｈａｓｔｉｎｇｓ算法等概念和方法；最后以ＩＲＴ的“二参数逻辑斯蒂”（２ＰＬ）模型为例，重点介绍了用“Ｇｉｂｂｓ范围内的Ｍ－Ｈ算法”估计项目参数（β１ｊβ２ｊ）的算法过程。结束本文时还解说了ＭＣＭＣ方法的特点。 阅读本文需具有随机过程、Ｍａｒｋｏｖ链、Ｂａｙｅｓ方法等概率论的基本知识。 【关键词】项目反应理论 马尔可夫链蒙特卡洛Ｇｉｂｂｓ抽样取舍抽样作者简介王权，教授，浙江大学教育系。浙江杭州，３１００２８。４５

《考试研究》第２卷第４期 发展速度。令我们欣喜的是在２０世纪９０年代，国外统计学家又推陈出新地提出了参数估计的新方法，使ＩＲＴ的应用和发展又迈出了新的一步。 模型参数的估计是ＩＲＴ的核心内容。以往的参数估计方法主要有“条件极大似然估计”（ＣＭＬＥ）、“联合极大似然估计”（ＪＭＬＥ）、“边际极大似然估计” （ＭＭＬＥ）和“条件期望—极大化算法”（Ｅ－ＭＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）等，大致上后一种算法均是前一种算法的改进［３］。Ｅ－Ｍ算法是由Ｒ．Ｄ．Ｂｏｃｋ和Ｍ．Ａｉｔｋｉｎ于１９８１年创立，它是以ＭＭＬＥ方法为基础发展而成。在Ｅ－Ｍ算法中，Ｅ步要涉及精确的数字积分计算，或者在Ｍ步要涉及偏导计算，当模型较复杂时，计算就十分困难。加之，它还难以将项目参数估计中的“不可靠性”（ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）结合进能力参数估计时不可靠性的计算；反之亦然。 “马尔可夫链蒙特卡洛”（ＭａｒｋｏｖＣｈａｉｎＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ，ＭＣＭＣ）方法是一种动态的计算机模拟技术，它是根据任一多元理论分布，特别是根据以贝叶斯（Ｂａｙｅｓ）推断为中心的多元后验分布来模拟随机样本的一种方法。它在估计ＩＲＴ模型参数的应用中，一方面继承了以往估计能力参数和项目参数时所采用的“分而治之”（ｄｉｖｉｄｅ－ａｎｄ－ｃｏｎｑｕｅｒ）的策略，采用能力参数与项目参数交替迭代计算的方法生成Ｍａｒｋｏｖ链；然后采取迥然不同于极大似然方法的思路，充分发挥计算机模拟技术的优势，采集充分大的状态样本，用初等的方法来估计模型参数，绕开了Ｅ－Ｍ算法中的复杂计算，从而提高了估计的成功率。 —“Ｇｉｂｂｓ采样１９９２年统计学家Ｊ．Ｈ．Ａｌｂｅｒｔ首先将一种特殊的ＭＣＭＣ方法—— 法”应用于ＩＲＴ问题的研究。现在它已被推广应用于多种复杂的ＩＲＴ模型，在应用于大范围的教育测验评价中尤显它的长处。本文主要介绍ＭＣＭＣ方法的基本原理和基本方法，为说明方便，只列举应用于较为简单状况的二参数逻辑斯蒂模型，它是进一步推广应用的基础。 一、ＭＣＭＣ方法的基本原理 用ＭＣＭＣ方法估计ＩＲＴ的模型参数的基本思路是：首先定义一Ｍａｒｋｏｖ链，Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋ，…状态Ｍｋ＝（θｋ，βｋ），ｋ＝１，２，…其中θ为能力参数，β为项目参数，θ和β可以为多维；然后根据Ｍａｒｋｏｖ链模拟观测（即模拟状态）；最后用所得的模拟观测推断参数θ和β。在一定的规则条件下，随着ｋ的增长，状态Ｍｋ的４６

5马尔可夫链模型

马尔可夫链模型 在考察随机因素影响的动态系统时，常常碰到这样的情况，系统在每个时期所处的状态是随机的，从这个时期到下个时期的状态按照一定的概率进行转移，并且下个时期的状态只取决于这个时期的状态和转移概率，与以前各时期的状态无关。这种性质称为无后效性或马尔可夫性。通俗的说就是已知现在，将来与历史无关。 具有马氏性的，时间、状态无为离散的随机转移过程通常用马氏链(Markov Chain)模型描述。 马氏链模型在经济、社会、生态、遗传等许多领域中有着广泛的应用。值得提出的是，虽然它是解决随机转移过程的工具，但是一些确定性系统的状态转移问题也能用马氏链模型处理。 马氏链简介： 马氏链及其基本方程：按照系统的发展，时间离散化为 0,1,2,n = ，对每个n ，系统的状态用随机变量n X 表示，设n X 可以 取k 个离散值1,2,,n X k = ，且n X i =的概率记作() i a n ，称为状态概 率，从n X i =到1 n X j +=的概率记作ij p ，称为转移概率。如果1 n X +的 取值只取决于n X 的取值及转移概率，而与1 2,,n n X X -- 的取值无关， 那么这种离散状态按照离散时间的随机转移过程称为马氏链。 由状态转移的无后效性和全概率公式可以写出马氏链的基本方程为 1 (1)()1,2,,k i j ij j a n a n p i k =+= =∑

并且() i a n 和ij p 应满足 1 1 ()10,1,2,;0 ;1 1,2,,k k j ij ij j j a n n p p i k ====≥==∑∑ 引入状态概率向量和转移概率矩阵 12()((),(),,()) {}k ij k a n a n a n a n P p == 则基本方程可以表为1 (1)()(0)n a n a n P a P ++== 例1：某商店每月考察一次经营情况，其结果用经营状况好与孬表示。若本月经营状况好，则下月保持好的概率为0.5，若本月经营状况不好，则下月保持好的概率为0.4，试分析该商店若干时间后的经营状况。 解：商店的经营状况是随机的，每月转变一次。用随机变量n X 表示第n 个月的经营状况，称为经营系统的状态.1,2 n X =分别表示 好与不好，0,1,n = 。用() i a n 表示第n 月处于状态i 的概率（1,2i =） 即()()i n a n P X i ==，ij p 表示本月处于状态i ，下月转为状态j 的概率。 这里1 n X +无后效性，只取决于n X 和ij p 。 112112220.5,0.4,0.5,0.6p p p p ==∴== 根据全概率公式可以得到： 11112212112222 (1)()()0.50.5(1)()(1)()()0.4 0.6a n a n p a n p a n a n P P a n a n p a n p +=+??? ?+==? ?+=+?? ? 假设这个递推公式存在极限w ，有w w P = ，即()0w P E -=。于 是当经营状况好或孬时，经计算可以得到下面的结果

概率统计讲课稿第十三章马尔可夫链第一节第二节(上)

第十三章 马尔可夫链 马尔可夫过程是一类特殊的随机过程, 马尔可夫链是离散状态的马尔可夫过程,最初是由俄国数学家马尔可夫1896年提出和研究的. 应用十分广泛,其应用领域涉及计算机,通信,自动控制,随机服务,可靠性,生物学,经济,管理,教育,气象,物理,化学等等. 第一节 马尔可夫链的定义 设随机过程}),({T t t X ∈的状态空间S 是有限集或可列集, 对任意正整数n ,对于T 内任意1+n 个参数121+<

112211{(),(),,(),()}n n n n P X t j X t j X t j X t j ++==???== 而 112211{(),(),,(),()}n n n n P X t j X t j X t j X t j ++==???== 11221111{()}{()|()}{()|(),,n n n n P X t j P X t j X t j P X t j X t j X ++====???==L 这就归结为求形如 })(,,)(,)(|)({221111n n n n j t X j t X j t X j t X P =???===++的条件概率。在何种条件下这类条件概率容易算出来？ 一．定义 定义 1 设随机过程} ),({T t t X ∈的状态空间S 是有限集或可列集, 如果对任意正整数n ,对于T 内任意1+n 个参数121+<

马尔科夫链模型及其在基因遗传分析中的应用研究

马尔科夫链模型及其在基因遗传分析中的应用研究 内容提要 文中简述了马尔科夫链模型的基本原理，介绍了利用马尔科夫链对农作物基因遗传过程进行的分析研究，从而得出了基因类型的分布情况和农作物种植最适宜的换种代数间隔，使得可以更好的种植农作物。 关键词 马尔可夫链模型 基因遗传 换种间隔 一、引言 对基因遗传的分析一直是人们较为关心的话题。在研究出某物种基因的遗传分布后，对人们今后的对该物种进行的各种改良提供了良好的依据，尤其是对农作物基因类型的研究。在研究出农作物的各代之间基因类型的关系和分布情况之后，我们可以据此改善农作物的种植方法，从而提高产量。本文依据马尔科夫链的两种重要类型对农作物的基因遗传进行了分析研究，同时，分析研究马尔科夫链在一对父母的大量后代中，雌雄随机的配对繁殖，一系列后代的基因类型的演变过程中的应用。 二、马尔科夫链 1.马尔可夫链的基本概念 定义 ①.设{(),0,1,2,}n X X w n ==???是定义在概率空间(,,)F P Ω上，取值在非负整数上的随机变量序列，其表示对每个n 系统的状态。当状态1,2,,(1,2,)n X k n =???=???时表示共有k 个状态；n 时刻由状态n X i =，下一个时刻n+1变到状态1n X j +=的概率记作ij p ，则1(|)i j n n p P X j X i +===表示在事件n X i =出现的条件下，事件1n X j +=出现的条件概率，又称它为系统状态X 的一步转移概率。如果对任意的非负整数121,,,,,n i i i i j -???及一切0n ≥有 1(|,,1,2,,1)n n k k P X j X i X i k n +====???-=1(|)()n n ij ij P X j X i p n p +====， 则称X 是马尔科夫链。 ②.矩阵（ij p ）称为马尔科夫链X 的一步转移概率矩阵。称10()(|)(|)ij n n m m p n P X j X i P X j X i ++======为马尔科夫链X 的n 步转移概率，而（()ij p n ）为X 的n 步转移矩阵。