期望最大化算法

〇废麻、說明

在看到的資料里屑埋,包括周志華教授的《機(jī)器學(xué)習(xí)》[1]肆汹、李航博士的《統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法》[2],大多數(shù)材料把期望最大化算法看做是一個解決含有隱變量優(yōu)化問題的算法输虱,我認(rèn)為這是對期望最大化算法的狹義理解些楣;而在吳軍博士的《數(shù)學(xué)之美》[3]中,吳軍博士將交替優(yōu)化參數(shù)和模型直到最優(yōu)的這一類算法(書中沒有這樣表述宪睹,我自己對書中內(nèi)容的理解)愁茁,稱作期望最大化算法,我認(rèn)為這是對期望最大化算法的廣義理解亭病。對于對算法的宏觀理解鹅很,個人認(rèn)為吳軍博士的廣義理解更好理解;但對于解決實(shí)際問題罪帖,還是要具體到每一個可以編程實(shí)現(xiàn)的算法促煮。

一、一句話簡介

期望最大化算法(Expectation Maximization)整袁,是一種漸進(jìn)逼近算法菠齿;定義一個最優(yōu)化函數(shù)后,分為兩步:根據(jù)參數(shù)調(diào)整模型(E步)坐昙;根據(jù)模型調(diào)整參數(shù)(M步)绳匀;E步和M步交替進(jìn)行,直至最優(yōu)(局部)。

二疾棵、最簡單的例子

一個不是很恰當(dāng)?shù)睦痈旮郑跎w樓房。

目標(biāo)函數(shù):蓋樓房蓋到預(yù)定高度是尔。E步:根據(jù)樓房現(xiàn)有高度調(diào)整塔吊高度(根據(jù)參數(shù)調(diào)整模型)殉了;M步:根據(jù)現(xiàn)有塔吊高度將樓房蓋到盡可能高(根據(jù)模型調(diào)整參數(shù));交替進(jìn)行直到樓房達(dá)到預(yù)定高度嗜历。

三宣渗、廣義期望最大化算法包括

狹義期望最大化算法抖所,K均值算法[3]梨州,Baum-Welch算法[3],GIS算法[3]田轧,等等暴匠。

四、狹義期望最大化算法

1傻粘、算法引出

在考慮求對于模型參數(shù)每窖,使樣本結(jié)果極大似然估計(jì)的算法中,如果存在隱變量而使得極大似然估計(jì)無法直接求解弦悉,則這時候可以使用期望最大化(EM)算法來求解。

2、算法描述[2]

3僵芹、注意

EM算法對初值是敏感的坛猪,并且收斂到局部極值。常用的辦法是選取幾個不同的初值進(jìn)行迭代污秆,然后對得到的各個估計(jì)值加以比較劈猪,從中選擇最好的[2]。

五良拼、參考

1战得、《機(jī)器學(xué)習(xí)》,周志華著

2庸推、《統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法》常侦,李航著

3、《數(shù)學(xué)之美》贬媒,吳軍著

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