基于概率图模型的天气预测研究
机器学习 —— 概率图模型(推理:决策)
Koller 教授把决策作为一种单独的模块进行讲解,但我认为,决策和推理本质上是一样的,都是在假设已知CPD或者势函数的情况下对模型给出结论。 1、决策==逐利 决策的基本思想很intuitive,并且非常有用。在赌博行为中,最后获得的钱与硬币的正反,赌注的大小有关。硬币的正反显然是随机变量,而赌注的大小却是决策量。显而易见的是,决策的最终目的是使得某个期望最大化。再举一个视觉中的例子,对于双目配准算法而言,左相机对应右相机的像素可以认为是随机变量。但是否将两个像素配在一起却可以认为是一个决策(假设像素一一对应,如果甲配了乙就不能配丙了,希望配准的最终结果是尽可能正确的)。故决策的数学表达为: 其中,P(X|A)表示在给定决策下,随机变量X的概率。U(x,a)表示给定决策下,x发生所获得的收益。简单的决策如图所示:
2、决策的方法 显然从上面的分析可知,我们要做的决策就是使得期望最大化的那个。换一个角度来看,如果每次的决策都是未知的,决策取决于已知信息,决策影响最终结果,如果决策也是随机变量,我们应该把获利最多的那个决策组作为我们所需采取的决策库。换而言之,凡事应有a,b,c三策,不同的策略对应不同的情况。显然,我们所需要采取的策略取决于已知的信息(Action的父节点)。而策略组本身就是一个随机变量。 如图所示,如果变量真实值无法观测,只能通过一个传感器(survey)来进行推测时,决策应该取决于S的值。S的值又和其所有父节点(M)的值相关。MEU表示所选择的策略。
显然,我们需要P(S)deta(F|S)U(F,M),然后P(S)需要对P(M,S)进行边际获得。故表达式如上。带入数据发现
概率论与数理统计复习笔记 (1)
概率论与数理统计复习 第一章 概率论的基本概念 一.基本概念 随机试验E:(1)可以在相同的条件下重复地进行;(2)每次试验的可能结果不止一个,并且能事先明确试验的所有可能结果;(3)进行一次试验之前不能确定哪一个结果会出现. 样本空间S: E 的所有可能结果组成的集合. 样本点(基本事件):E 的每个结果. 随机事件(事件):样本空间S 的子集. 必然事件(S):每次试验中一定发生的事件. 不可能事件(?):每次试验中一定不会发生的事件. 二. 事件间的关系和运算 ?(事件B 包含事件A )事件A 发生必然导致事件B 发生. ∪B (和事件)事件A 与B 至少有一个发生. 3. A ∩B=AB(积事件)事件A 与B 同时发生. 4. A-B(差事件)事件A 发生而B 不发生. 5. AB=? (A 与B 互不相容或互斥)事件A 与B 不能同时发生. 6. AB=?且A ∪B=S (A 与B 互为逆事件或对立事件)表示一次试验中A 与B 必有一个且仅有一个发生. B=A, A=B . 运算规则 交换律 结合律 分配律 德?摩根律 B A B A I Y = B A B A Y I = 三. 概率的定义与性质 1.定义 对于E 的每一事件A 赋予一个实数,记为P(A),称为事件A 的概率. (1)非负性 P(A)≥0 ; (2)归一性或规范性 P(S)=1 ; (3)可列可加性 对于两两互不相容的事件A 1,A 2,…(A i A j =φ, i ≠j, i,j=1,2,…), P(A 1∪A 2∪…)=P( A 1)+P(A 2)+… 2.性质 (1) P(?) = 0 , 注意: A 为不可能事件 P(A)=0 . (2)有限可加性 对于n 个两两互不相容的事件A 1,A 2,…,A n ,
浙江理工大学自动化
浙江理工大学2013级自动化专业培养方案 一、专业名称:自动化专业代码: 二、培养目标 本专业培养适应社会主义现代化建设需要,德、智、体、美全面发展,以控制科学和计算机科学为基础,具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测技术与仪表、电气控制技术、计算机技术与应用、网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识,具备了解国际前沿最新科技,能够在当前知识领域具有创新与自主创业能力,能在工业过程控制、运动控制、电气自动化系统、检测与自动化仪表、信息处理、管理与决策等领域从事研究、开发、运行与管理等方面工作的应用型高级工程技术人才。 三、培养规格及基本要求 1. 知识结构 (1)具有较扎实的数学与自然科学基础,较好的人文社会科学基础和外语基础。 (2)系统地掌握本专业领域必要的较宽的基础理论知识,主要包括电工技术、电子技术、控制技术、计算原理与网络技术、信息处理技术等知识。 (3)具有本专业领域必需的专业知识与技能,包括运动控制、工业过程控制、计算机控制及仿真、自动化仪表、电机与拖动等方面的知识与技能,了解本专业学科前沿和发展趋势。 (4)获得较好的系统分析、系统设计、系统开发方面的工程实践训练。 2. 能力结构 (1) 具有较强获取知识的能力,掌握本专业领域系统设计、集成及工程应用的基本技能与实践方法,具备分析问题和解决问题的基本能力。 (2) 综合应用知识的能力,能够运用电子技术、控制技术、计算机技术等解决过程控制、电气控制等领域的实际工程问题。 (3) 在自动化领域内具备一定的科研开发和组织管理能力,具有较强的工作适应能力。 (4) 具有一定的计算机、外语应用能力和科技写作能力。 (5) 掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有一定的创新意识与创新能力。 3. 素质结构 (1)品格素质:具有较高的政治素质、思想素质与道德素质。 (2)文化素质:具有基本的历史、哲学、文学、艺术等知识和修养。 (3)身心素质:具有健康的体魄和心理。 (4)工程素质:掌握扎实的基础理论知识,具有求实创新的意识,良好的职业道德,严谨踏实的作风。 四、主干学科:控制科学与工程、电气自动化、计算机科学与技术 五、核心课程 毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论,英语,高等数学,电路原理,模拟电子技术基础,数字电子技术基础,自动控制原理,计算机控制技术,单片机原理与应用。 六、特色课程 研究性课程:过程控制与集散控制系统
概率图模型研究进展综述
软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.360docs.net/doc/bd15497661.html, Journal of Software,2013,24(11):2476?2497 [doi: 10.3724/SP.J.1001.2013.04486] https://www.360docs.net/doc/bd15497661.html, +86-10-62562563 ?中国科学院软件研究所版权所有. Tel/Fax: ? 概率图模型研究进展综述 张宏毅1,2, 王立威1,2, 陈瑜希1,2 1(机器感知与智能教育部重点实验室(北京大学),北京 100871) 2(北京大学信息科学技术学院智能科学系,北京 100871) 通讯作者: 张宏毅, E-mail: hongyi.zhang.pku@https://www.360docs.net/doc/bd15497661.html, 摘要: 概率图模型作为一类有力的工具,能够简洁地表示复杂的概率分布,有效地(近似)计算边缘分布和条件分 布,方便地学习概率模型中的参数和超参数.因此,它作为一种处理不确定性的形式化方法,被广泛应用于需要进行 自动的概率推理的场合,例如计算机视觉、自然语言处理.回顾了有关概率图模型的表示、推理和学习的基本概念 和主要结果,并详细介绍了这些方法在两种重要的概率模型中的应用.还回顾了在加速经典近似推理算法方面的新 进展.最后讨论了相关方向的研究前景. 关键词: 概率图模型;概率推理;机器学习 中图法分类号: TP181文献标识码: A 中文引用格式: 张宏毅,王立威,陈瑜希.概率图模型研究进展综述.软件学报,2013,24(11):2476?2497.https://www.360docs.net/doc/bd15497661.html,/ 1000-9825/4486.htm 英文引用格式: Zhang HY, Wang LW, Chen YX. Research progress of probabilistic graphical models: A survey. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2013,24(11):2476?2497 (in Chinese).https://www.360docs.net/doc/bd15497661.html,/1000-9825/4486.htm Research Progress of Probabilistic Graphical Models: A Survey ZHANG Hong-Yi1,2, WANG Li-Wei1,2, CHEN Yu-Xi1,2 1(Key Laboratory of Machine Perception (Peking University), Ministry of Education, Beijing 100871, China) 2(Department of Machine Intelligence, School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871, China) Corresponding author: ZHANG Hong-Yi, E-mail: hongyi.zhang.pku@https://www.360docs.net/doc/bd15497661.html, Abstract: Probabilistic graphical models are powerful tools for compactly representing complex probability distributions, efficiently computing (approximate) marginal and conditional distributions, and conveniently learning parameters and hyperparameters in probabilistic models. As a result, they have been widely used in applications that require some sort of automated probabilistic reasoning, such as computer vision and natural language processing, as a formal approach to deal with uncertainty. This paper surveys the basic concepts and key results of representation, inference and learning in probabilistic graphical models, and demonstrates their uses in two important probabilistic models. It also reviews some recent advances in speeding up classic approximate inference algorithms, followed by a discussion of promising research directions. Key words: probabilistic graphical model; probabilistic reasoning; machine learning 我们工作和生活中的许多问题都需要通过推理来解决.通过推理,我们综合已有的信息,对我们感兴趣的未 知量做出估计,或者决定采取某种行动.例如,程序员通过观察程序在测试中的输出判断程序是否有错误以及需 要进一步调试的代码位置,医生通过患者的自我报告、患者体征、医学检测结果和流行病爆发的状态判断患者 可能罹患的疾病.一直以来,计算机科学都在努力将推理自动化,例如,编写能够自动对程序进行测试并且诊断 ?基金项目: 国家自然科学基金(61222307, 61075003) 收稿时间:2013-07-17; 修改时间: 2013-08-02; 定稿时间: 2013-08-27
概率图模型中的推断
概率图模型中的推断 王泉 中国科学院大学网络空间安全学院 2016年11月
?推断问题回顾 ?精确推断:信念传播 –信念传播算法回顾 –信念传播在HMM中的应用?近似推断:吉布斯采样–吉布斯采样算法回顾 –吉布斯采样在LDA中的应用
?推断问题回顾 ?精确推断:信念传播 –信念传播算法回顾 –信念传播在HMM中的应用?近似推断:吉布斯采样–吉布斯采样算法回顾 –吉布斯采样在LDA中的应用
?已知联合概率分布 P x 1,?,x n ,估计 –x Q 问题变量;x E 证据变量;x Q ∪x E =x 1,?,x n P R =1 P R =0 0 P R =1G =1= ? P B =0.001 P E =0.002 P A B ,E =0.95 P A B ,?E =0.94 P A ?B ,E =0.29 P A ?B ,?E =0.001 P J A =0.9 P J ?A =0.05 P M A =0.7 P M ?A =0.01 P B =1E =0,J =1=? P x Q x E =x Q ,x E x E
?已知联合概率分布 P x 1,?,x n ,估计 –x Q 问题变量;x E 证据变量;x Q ∪x E =x 1,?,x n P x Q x E =x Q ,x E x E 观测图片 y i 原始图片 x i y ?=argmax P y x 朴素贝叶斯 x ?=argmax P x y 图像去噪
?精确推断:计算P x Q x E的精确值 –变量消去 (variable elimination) –信念传播 (belief propagation) –计算复杂度随着极大团规模的增长呈指数增长,适用范围有限?近似推断:在较低的时间复杂度下获得原问题的近似解–前向采样 (forward sampling) –吉布斯采样 (Gibbs sampling) –通过采样一组服从特定分布的样本,来近似原始分布,适用范围更广,可操作性更强
读懂概率图模型:你需要从基本概念和参数估计开始
读懂概率图模型:你需要从基本概念和参数估计开始 选自statsbot作者:Prasoon Goyal机器之心编译参与:Panda 概率图模型是人工智能领域内一大主要研究方向。近日,Statsbot 团队邀请数据科学家Prasoon Goyal 在其博客上分两部分发表了一篇有关概率图模型的基础性介绍文章。文章从基础的概念开始谈起,并加入了基础的应用示例来帮助初学者理解概率图模型的实用价值。机器之心对该文章进行了编译介绍。 第一部分:基本术语和问题设定 机器学习领域内很多常见问题都涉及到对彼此相互独立的 孤立数据点进行分类。比如:预测给定图像中是否包含汽车或狗,或预测图像中的手写字符是0 到9 中的哪一个。 事实证明,很多问题都不在上述范围内。比如说,给定一个句子「I like machine learning」,然后标注每个词的词性(名词、代词、动词、形容词等)。正如这个简单例子所表现出的那样:我们不能通过单独处理每个词来解决这个任务——「learning」根据上下文的情况既可以是名词,也可以是动词。这个任务对很多关于文本的更为复杂的任务非常重要,比如从一种语言到另一种语言的翻译、文本转语音等。 使用标准的分类模型来处理这些问题并没有什么显而易见
的方法。概率图模型(PGM/probabilistic graphical model)是一种用于学习这些带有依赖(dependency)的模型的强大框架。这篇文章是Statsbot 团队邀请数据科学家Prasoon Goyal 为这一框架编写的一份教程。 在探讨如何将概率图模型用于机器学习问题之前,我们需要先理解PGM 框架。概率图模型(或简称图模型)在形式上是由图结构组成的。图的每个节点(node)都关联了一个随机变量,而图的边(edge)则被用于编码这些随机变量之间的关系。 根据图是有向的还是无向的,我们可以将图的模式分为两大类——贝叶斯网络(?Bayesian network)和马尔可夫网络(Markov networks)。 贝叶斯网络:有向图模型 贝叶斯网络的一个典型案例是所谓的「学生网络(student network)」,它看起来像是这样: 这个图描述了某个学生注册某个大学课程的设定。该图中有5 个随机变量:课程的难度(Difficulty):可取两个值,0 表示低难度,1 表示高难度 学生的智力水平(Intelligence):可取两个值,0 表示不聪明,1 表示聪明 学生的评级(Grade):可取三个值,1 表示差,2 表示中,3 表示优
浙江理工大学 概率论及数理统计 第4章复习题及答案
浙江理工大学 《概率统计》试题(四) 姓名_______________班级________________学号__________________ 一、 填空题 1) 已知)4.0,2(~2-N X ,则2(3)E X += 2) 设)2,1(~),6.0,10(~N Y N X ,且X 与Y 相互独立,则 (3)D X Y -= 3) 设X 的概率密度为2 ()x f x -=,则()D X = 4) 设随机变量X 1,X 2,X 3相互独立,其中X 1在[0,6]上服从均匀分布,X 2服从正态分布N (0, 22),X 3服从参数为λ=3的泊松分布,记Y=X 1-2X 2+3X 3,则D (Y )= 5)设()()25,36,0.4xy D X D Y ρ===,则()D X Y += 二、 选择题 1)掷一颗均匀的骰子600次,那么出现“一点”次数的均值为 A ) 50 B ) 100 C )120 D ) 150 2) 设123,,X X X 相互独立同服从参数3λ=的泊松分布,令1231()3 Y X X X =++,则 2()E Y = A )1. B )9. C )10. D )6. 3) 对于任意两个随机变量X 和Y ,若()()()E XY E X E Y =?,则 A )()()()D XY D X D Y =? B )()()()D X Y D X D Y +=+ C )X 和Y 独立 D )X 和Y 不独立 4)设()(P Poission λX 分布),且()(1)21E X X --=????,则λ= A )1, B )2, C )3, D )0 5) 设随机变量X 和Y 的方差存在且不等于0,则()()()D X Y D X D Y +=+是X 和Y 的 A )不相关的充分条件,但不是必要条件; B )独立的必要条件,但不是充分条件; C )不相关的充分必要条件; D )独立的充分必要条件 三、解答题 1) 盒中有7个球,其中4个白球,3个黑球,从中任抽3个球,求抽到白球数X 的数学期望()E X 和方差()D X 。