数据分析指南之马尔可夫链蒙特卡洛方法.

数据分析指南之马尔可夫链蒙特卡洛方法.
数据分析指南之马尔可夫链蒙特卡洛方法.

36 hogg & foreman-mackey of the inverse temperature (or, if working in the logarithm, multiply the log likelihood by the inverse temperature. When the temperature is high, this reduces the in?uence of the likelihood fun ction relative to the prior pdf, and (assuming that the prior pdf is easy to sample makes movement in the parameter space easier. As with Hamiltonian methods, the sense in which this system makes use of a

―temperature‖ is that the logarithm of f (θ can be related to a potential, in a physical analogy. At each step, when the temperature has moved away from unity, the distribution being sampled is not exactly f (θ, but the results can be transformed into a fair sampling. Nested —Similar to tempering-like meth ods are a class of methods called ―nested‖ samplers78 , which also smoothly change the target distribution away from f (θ. In the nested case, instead of increasing the temperature, the samplings are of a censored version of the prior, censored by the value of the likelihoood function. When the likelihood censoring is strong, only the most high-likelihood parts of the prior get sampled; when the likelihood censoring is weak, almost all of the prior gets sampled. The idea behind nested sampling—like tempering—is that it is designed to be a good method

for exploring the full parameter space or searching for all of the modes of the posterior pdf. It is also designed such that it produces not just a sampling but also an estimate of the integral Z of the likelihood times the prior (the Bayes factor or fully marginalized likelihood. Reversible-jump —Finally, there are some extreme problems in which it is not just hard to sample in the parameter space, but the parameter space itself is not of

?xed dimension. For exa mple, if you are modeling an astronomical image with a collection of stars, and you don’t know how many stars to use; in this case the number of stars itself is a parameter, so the number of parameters is itself a function of the parameters.79 In these cases you can only use certain kinds of samplers (though M–H MCMC is one you can choose, and, in addition, you need to make special kinds of proposals that permit the system to jump from one parameter space to another that has

di?erent dimensionality. In these cases, the concept of detailed balance becomes non-trivial, but there are criteria for creating reversible-jump proposals between the parameter spaces. These methods are best built and operated under the supervision of a trained professional. We would like to thank Alex Barnett (Flatiron, Jo Bovy (Toronto, Brendon Brewer (Auckland, Will Farr (Flatiron, Marla Geha (Yale, Jonathan Goodman (NYU, Fengji Hou (NYU, Dustin Lang (Toronto, Phil Marshall (KIPAC, and Iain Murray (Edinburgh for valuable advice and comments over the years, and Alessandro Gentilini for a very close read. This project bene?tted from various research grants, 78 79 For example, see Skilling (2006 and Brewer et al. (2011 Our attempt to sample in this very problem is Brewer et al. (2013.

using markov chain monte carlo 37 especially NSF grants AST-0908357, IIS-1124794, and AST-1517237, NASA grant NNX12AI50G, and the The Moore-Sloan Data Science Environment at NYU. This work was performed in part under contract with the Jet Propulsion Laboratory (JPL funded by NASA through the Sagan Fellowship Program executed by the NASA Exoplanet Science Institute. REFERENCES Box, G. E. P. & Draper, N. R. 1987, Empirical Model Building and Response Surfaces, John Wiley & Sons, New York, NY isbn:978-0471810339. Brewer, B. J., P′ artay, L. B. & Cs′ anyi,

G., 2011, Di?usive nested sampling, Stat. Comput. 21 649 doi:10.1007/s11222-010-9198-8. Brewer, B. J., Foreman-Mackey, D., & Hogg, D. W., 2013, Probabilistic catalogs for crowded stellar ?elds, Astron. J. 146 7 doi:10.1088/0004-6256/146/1/7. Brooks, S., Gelman A., Jones G., & Meng, X.-L., eds. 2011, Handbook of Markov Chain Monte Carlo , Chapman and Hall / CRC Press isbn:978-1-4200-7941-8. Foreman-Mackey, D., Hogg, D. W., Lang, D., & Goodman, J. 2013, emcee : The MCMC Hammer, Pubs. Astron. Soc. Pac. 125 306–312 doi:10.1086/670067 (also arXiv :1202.3665. Foreman-Mackey, D., Hogg, D. W., & Morton, T. D., 2014, Exoplanet population inference and the abundance of earth analogs from noisy, incomplete catalogs, Astrophys. J. 795 64 doi:10.1088/0004-637X/795/1/64. Geisser, S., 1993, Predictive Inference: An Introduction, Chapman & Hall isbn:978-0412034718. Gelman, A., & Rubin, D. B., 1992, Inference from iterative simulation using multiple sequences, Statist. Sci. 4 457–472. Gelman, A., Meng, X.-L., & Stern, H., 1996a, Posterior predictive assessment of model ?tness via realized discrepancies, Statistica Sinica, 6(4 733–760. Gelman, A., Roberts, G. O., & Gilks, W. R., 1996b, E?cient Metropolis jumping rules, in Bernardo, J. M, Berger, J. O., Dawid, A. P., & Smith, A. F. M, eds., Bayesian Statistics 5, Oxford University Press 599–607. Geyer, C. J., 2011, Introduction to Markov Chain Monte Carlo, in Brooks et al. (2011, 3–48. Goodman, J. & Weare, J., 2010, Ensemble samplers with a?ne invariance, ˙ Comm.Appl. Math. Comp. Sci., 5(1, 65-80 doi:10.2140/camcos.2010.5.65. Hogg, D. W., Bovy, J., & Lang, D., 2010a, Data analysis recipes: Fitting a model to data, arXiv :1008.4686. Hogg, D. W., Myers, A. D., & Bovy, J., 2010b, Inferring the eccentricity distribution, Astrophys. J. 725 2166–2175. Hogg, D. W., 2012, Data analysis recipes: Probability calculus for inference, arXiv :1205.4446. Hou, F., Goodman, J., & Hogg, D. W., 2014, The probabilities of orbital-companion models for stellar radial velocity data, arXiv :1401.6128. Lang, D. & Hogg, D. W., 2012, Searching for comets on the World Wide Web: The orbit of 17P/Holmes from the behavior of photographers, Astron. J. 144 46 doi:10.1088/0004-6256/144/2/46.

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

用Python入门不明觉厉的马尔可夫链蒙特卡罗_光环大数据python培训

https://www.360docs.net/doc/b315967369.html, 用Python入门不明觉厉的马尔可夫链蒙特卡罗_光环大数据python培训 在过去几个月里,我在数据科学的世界里反复遇到一个词:马尔可夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo , MCMC)。在我的研究室、podcast和文章里,每每遇到这个词我都会“不明觉厉”地点点头,觉得这个算法听起来很酷,但每次听人提起也只是有个模模糊糊的概念。 我屡次尝试学习MCMC和贝叶斯推论,而一拿起书,又很快就放弃了。无奈之下,我选择了学习任何新东西最佳的方法:应用到一个实际问题中。 通过使用一些我曾试图分析的睡眠数据和一本实操类的、基于应用教学的书(《写给开发者的贝叶斯方法》,我最终通过一个实际项目搞明白了MCMC。 《写给开发者的贝叶斯方法》 和学习其他东西一样,当我把这些技术性的概念应用于一个实际问题中而不是单纯地通过看书去了解这些抽象概念,我更容易理解这些知识,并且更享受学习的过程。 这篇文章介绍了马尔可夫链蒙特卡洛在Python中入门级的应用操作,这个实际应用最终也使我学会使用这个强大的建模分析工具。 此项目全部的代码和数据: https://https://www.360docs.net/doc/b315967369.html,/WillKoehrsen/ai-projects/blob/master/bayesian/ bayesian_inference.ipynb

https://www.360docs.net/doc/b315967369.html, 这篇文章侧重于应用和结果,因此很多知识点只会粗浅的介绍,但对于那些想了解更多知识的读者,在文章也尝试提供了一些学习链接。 案例简介 我的智能手环在我入睡和起床时会根据心率和运动进行记录。它不是100%准确的,但现实世界中的数据永远不可能是完美的,不过我们依然可以运用正确的模型从这些噪声数据提取出有价值的信息。 典型睡眠数据 这个项目的目的在于运用睡眠数据建立一个能够确立睡眠相对于时间的后验分布模型。由于时间是个连续变量,我们无法知道后验分布的具体表达式,因此我们转向能够近似后验分布的算法,比如马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)。 选择一个概率分布 在我们开始MCMC之前,我们需要为睡眠的后验分布模型选择一个合适的函数。一种简单的做法是观察数据所呈现的图像。下图呈现了当我入睡时时间函数的数据分布。 睡眠数据 每个数据点用一个点来表示,点的密度展现了在固定时刻的观测个数。我的智能手表只记录我入睡的那个时刻,因此为了扩展数据,我在每分钟的两端添加了数据点。如果我的手表记录我在晚上10:05入睡,那么所有在此之前的时间

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.360docs.net/doc/b315967369.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)

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)

蒙特卡洛模拟法

蒙特卡洛模拟法 蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟是一种通过设定随机过程,反复生成时间序列,计算参数估计量和统计量,进而研究其分布特征的方法。具体的,当系统中各个单元的可靠性特征量已知,但系统的可靠性过于复杂,难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用时,可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值;随着模拟次数的增多,其预计精度也逐渐增高。由于涉及到时间序列的反复生成,蒙特卡洛模拟法是以高容量和高速度的计算机为前提条件的,因此只是在近些年才得到广泛推广。 这个术语是二战时期美国物理学家Metropolis执行曼哈顿计划的过程中提出来的。 蒙特卡洛模拟方法的原理是当问题或对象本身具有概率特征时,可以用计算机模拟的方法产生抽样结果,根据抽样计算统计量或者参数的值;随着模拟次数的增多,可以通过对各次统计量或参数的估计值求平均的方法得到稳定结论。 蒙特卡洛模拟法的应用领域 蒙特卡洛模拟法的应用领域主要有: 1.直接应用蒙特卡洛模拟:应用大规模的随机数列来模拟复杂系统,得到某些参数或重要指标。 2.蒙特卡洛积分:利用随机数列计算积分,维数越高,积分效率越高。 3.MCMC:这是直接应用蒙特卡洛模拟方法的推广,该方法中随机数的产生是采用的马尔科夫链形式。 (也叫随机模拟法)当系统中各个单元的可靠性特征量已知,但系统的可靠性过于复杂,难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用则可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值。随着模拟次数的增多,其预计精度也逐渐增高。由于需要大量反复的计算,一般均用计算机来完成。 应用此方法求解工程技术问题可以分为两类:确定性问题和随机性问题。解题步骤如下: 1.根据提出的问题构造一个简单、适用的概率模型或随机模型,使问题的解对应于该模型中随机变量的某些特征(如概率、均值和方差等),所构造的模型在主要特征参量方面要与实际问题或系统相一致 2 .根据模型中各个随机变量的分布,在计算机上产生随机数,实现一次模拟过程所需的足够数量的随机数。通常先产生均匀分布的随机数,然后生成服从某一分布的随机数,方可进行随机模拟试验。

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

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

蒙特卡洛模拟法简介

蒙特卡洛模拟法简介 蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟是一种通过设定随机过程,反复生成时间序列,计算参数估计量和统计量,进而研究其分布特征的方法。具体的,当系统中各个单元的可靠性特征量已知,但系统的可靠性过于复杂,难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用时,可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值;随着模拟次数的增多,其预计精度也逐渐增高。由于涉及到时间序列的反复生成,蒙特卡洛模拟法是以高容量和高速度的计算机为前提条件的,因此只是在近些年才得到广泛推广。 这个术语是二战时期美国物理学家Metropolis执行曼哈顿计划的过程中提出来的。 蒙特卡洛模拟方法的原理是当问题或对象本身具有概率特征时,可以用计算机模拟的方法产生抽样结果,根据抽样计算统计量或者参数的值;随着模拟次数的增多,可以通过对各次统计量或参数的估计值求平均的方法得到稳定结论。 蒙特卡洛模拟法的应用领域 蒙特卡洛模拟法的应用领域主要有: 1.直接应用蒙特卡洛模拟:应用大规模的随机数列来模拟复杂系统,得到某些参数或重要指标。 2.蒙特卡洛积分:利用随机数列计算积分,维数越高,积分效率越高。 3.MCMC:这是直接应用蒙特卡洛模拟方法的推广,该方法中随机数的产生是采用的马尔科夫链形式。 蒙特卡洛模拟法的概念 (也叫随机模拟法)当系统中各个单元的可靠性特征量已知,但系统的可靠性过于复杂,难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用则可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值。随着模拟次数的增多,其预计精度也逐渐增高。由于需要大量反复的计算,一般均用计算机来完成。

蒙特卡洛模拟法求解步骤 应用此方法求解工程技术问题可以分为两类:确定性问题和随机性问题。解题步骤如下: 1.根据提出的问题构造一个简单、适用的概率模型或随机模型,使问题的解对应于该模型中随机变量的某些特征(如概率、均值和方差等),所构造的模型在主要特征参量方面要与实际问题或系统相一致 2 .根据模型中各个随机变量的分布,在计算机上产生随机数,实现一次模拟过程所需的足够数量的随机数。通常先产生均匀分布的随机数,然后生成服从某一分布的随机数,方可进行随机模拟试验。 3. 根据概率模型的特点和随机变量的分布特性,设计和选取合适的抽样方法,并对每个随机变量进行抽样(包括直接抽样、分层抽样、相关抽样、重要抽样等)。 4.按照所建立的模型进行仿真试验、计算,求出问题的随机解。 5. 统计分析模拟试验结果,给出问题的概率解以及解的精度估计。 在可靠性分析和设计中,用蒙特卡洛模拟法可以确定复杂随机变量的概率分布和数字特征,可以通过随机模拟估算系统和零件的可靠度,也可以模拟随机过程、寻求系统最优参数等。 蒙特卡洛模拟法的实例 资产组合模拟: 假设有五种资产,其日收益率(%)分别为 0.02460.0189 0.0273 0.0141 0.0311 标准差分别为 0.95091.4259, 1.5227, 1.1062, 1.0877 相关系数矩阵为 1.0000 0.4403 0.4735 0.4334 0.6855 0.4403 1.00000.7597 0.7809 0.4343 0.4735 0.75971.0000 0.6978 0.4926 0.4334 0.78090.6978 1.0000 0.4289 0.6855 0.43430.4926 0.4289 1.0000 假设初始价格都为100,模拟天数为504天,模拟线程为2,程序如下%run.m

蒙特卡洛抽样方法

重要抽样法(3.5.3):积分可以代表一个参数的期望值,因此,在可靠性评估中使用蒙特卡洛法去评估积分和充分性参数是等价的。重要抽样法可以用评估积分的问题来说明。 考虑以下积分: 1 ()I g x dx =? (1-1) 使用估计期望值的方法,可以将I 表示如下: 1 1(())()N i i I E g U g x N ==≈∑ (1-2) U 表示[0,1]区间上均匀分布的随机数序列,()g U 表示在均匀分布区间内产生随机数,并带入()g x ,结合上式计算积分。如果抽样的概率密度函数从均匀分布变成了()f x ,()f x 与()g x 具有相同的曲线形状,那么所产生的对于积分式结果影响较大的随机数出现概率也会更大。()f x 称为重要抽样密度函数。 如果()f x 与()g x 具有相似的形状,那么积分值的方差也越小。 分层抽样法(3.5.4):分层抽样法的思想与重要抽样法相似,为了减小方差,尽量地使更多的样本落在对模拟结果有重要影响的区间内。分层抽样法的方差比在整个区间上使用平均值估计法更小,并且当j N 满足下式时,方差取得最小值。 1j j j m j j j d N N d σσ==∑ (1-3) j N 表示第j 号区间内取点的个数,j σ表示第j 号区间内采用均匀分布抽样 的方差,j d 表示第j 号区间的长度。由上式可以看出,当j j j N d σ∝时,总体的方差取值最小。 在电力系统中,年度负荷曲线上的高负荷水平点对不可靠参数的评估比低负荷点影响更大,因此,分层抽样法适用于基于年度负荷曲线的可靠性评估。 截断抽样法(3.5.6):这种方法适用于两状态变量和小概率事件。电力系统可靠性评估中,系统元件状态可以用两个状态变量来表示(0和1),并且系统元件发生故障是小概率事件。 可靠性评估中的三种模拟方法: 状态抽样法:系统的状态取决于所有组成元件的状态,并且每个元件的状态都可以通过元件状态的概率分布来抽样决定。 每个元件的状态可以用[0,1]区间上的均匀分布来描述。假定元件具有故障和正常运行两个状态,并且元件故障是相互独立的事件。设i S 表示第i 个元件的状

蒙特卡洛模拟法及其Matlab案例

一蒙特卡洛模拟法简介 蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟是一种通过设定随机过程,反复生成时间序列,计算参数估计量和统计量,进而研究其分布特征的方法。具体的,当系统中各个单元的可靠性特征量已知,但系统的可靠性过于复杂,难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用时,可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值;随着模拟次数的增多,其预计精度也逐渐增高。由于涉及到时间序列的反复生成,蒙特卡洛模拟法是以高容量和高速度的计算机为前提条件的,因此只是在近些年才得到广泛推广。 这个术语是二战时期美国物理学家Metropolis执行曼哈顿计划的过程中提出来的。 蒙特卡洛模拟方法的原理是当问题或对象本身具有概率特征时,可以用计算机模拟的方法产生抽样结果,根据抽样计算统计量或者参数的值;随着模拟次数的增多,可以通过对各次统计量或参数的估计值求平均的方法得到稳定结论。 二蒙特卡洛模拟法求解步骤 应用此方法求解工程技术问题可以分为两类:确定性问题和随机性问题。 解题步骤如下: 1.根据提出的问题构造一个简单、适用的概率模型或随机模型,使问题的解对应于该模型中随机变量的某些特征(如概率、均值和方差等),所构造的模型在主要特征参量方面要与实际问题或系统相一致 2 .根据模型中各个随机变量的分布,在计算机上产生随机数,实现一次模拟过程所需的足够数量的随机数。通常先产生均匀分布的随机数,然后生成服从某一分布的随机数,方可进行随机模拟试验。 3. 根据概率模型的特点和随机变量的分布特性,设计和选取合适的抽样方法,并对每个随机变量进行抽样(包括直接抽样、分层抽样、相关抽样、重要抽样等)。 4.按照所建立的模型进行仿真试验、计算,求出问题的随机解。 5. 统计分析模拟试验结果,给出问题的概率解以及解的精度估计。 三蒙特卡洛模拟法的应用领域 蒙特卡洛模拟法的应用领域主要有: 1.直接应用蒙特卡洛模拟:应用大规模的随机数列来模拟复杂系统,得到某些参数或重要指标。 2.蒙特卡洛积分:利用随机数列计算积分,维数越高,积分效率越高。 3.MCMC:这是直接应用蒙特卡洛模拟方法的推广,该方法中随机数的产生是采用的马尔科夫链形式。 四资产组合模拟 假设有五种资产,其日收益率(%)分别为 0.0246 0.0189 0.0273 0.0141 0.0311 标准差分别为 0.9509 1.4259, 1.5227, 1.1062, 1.0877 相关系数矩阵为 1.0000 0.4403 0.4735 0.4334 0.6855 0.4403 1.0000 0.7597 0.7809 0.4343 0.4735 0.7597 1.0000 0.6978 0.4926 0.4334 0.7809 0.6978 1.0000 0.4289 0.6855 0.4343 0.4926 0.4289 1.0000 假设初始价格都为100,模拟天数为504天,模拟线程为2,程序如下 %run.m ExpReturn = [0.0246 0.0189 0.0273 0.0141 0.0311]/100; %期望收益

软件质量保证和测试技术参考书目

软件质量保证与测试技术 《软件质量保证与测试技术》内容包括软件质量保证和测试技术两部分。软件质量保证部分包括质量、质量保证与质量保证体系的基本概念、形成和运用。测试技术部分包括测试概念、黑盒测试与白盒测试、单元测试和集成测试设计与运用。 重点书目 1.软件质量保证与软件测试技术马海云,张少刚国防工业出版社,2011 本书收集了作者在这方面的多篇论文,也收集了这一领域知名专家的研究成果,并对这些成果进行再探索,形成了自己的见解,内容包括:绪论,主要包括软件危机、软件工程的基本概念,软件质量、软件测试技术的国内外研究现状及发展趋势;软件生命周期及软件开发过程的研究现状;软件质量保证方法分析;软件质量管理;软件测试的基本概念及测试技术探索,主要包括软件可靠性测试的基本概念及常用方法;蒙特卡罗方法和马尔可夫链;蒙特卡罗方法和马尔可夫链模型在软件可靠性测试中的应用;测试策略问题的讨论;网络安全技术的背景与探索。 本书结构合理,集中讲述了在软件质量保证与软件测试技术方面的探索成果,适合从事软件质量保证与软件测试的技术人员与有关院校师生学习参考。2.软件测试与质量保证袁玉宇北京邮电大学出版社有限公司,2008 本书是“普通高等教育十一五国家级规划教材”之一,旨在引导读者通过基础知识利必要技能的学习,掌握改进软件质量的各种技术和方法。全书共分五篇。第一篇介绍了软件测试与质量保证是提高软件质量的重要手段;第二篇讲述了软件测试用例设计的基本方法,分别介绍了黑盒测试用例设计技术和白盒测试用例设计技术;第三篇将第二篇学到的技术应用到实际的软件测试工作中;第四篇是测试技术的提高部分,其中涉及测试工具的自动化测试的相关问题;第五篇介绍了软件质量保证部分。该书可供各大专院校作为教材使用,也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。 本书的主题是软件质量的改进,重点讨论的是如何提高软件质量的方法。本书提供了两种提高软件质量的技术,一是软件测试,二是软件质量保证。首先对软件质量属性进行了分析,全面论述了软件测试的基本原理和软件过程,讲解了

相关文档
最新文档