隱馬爾可夫模型(一)——馬爾可夫模型


簡介

馬爾可夫模型(Markov Model)描述了一類隨機變量時間而變化的隨機函數。考察一個狀態序列(此時隨機變量為狀態值),這些狀態並不是相互獨立的,每個狀態的值依賴於序列中此狀態之前的狀態。

數學描述

一個系統由N個狀態S= {s1,s2,...sn},隨着時間的推移,該系統從一個狀態轉換成另一個狀態。Q= {q1,q2,...qn}為一個狀態序列,qi∈S,在t時刻的狀態為qt,對該系統的描述要給出當前時刻t所處的狀態st,和之前的狀態s1,s2,...st, 則t時刻位於狀態qt的概率為:P(qt=st|q1=s1,q2=s2,...qt-1=st-1)。這樣的模型叫馬爾可夫模型。

特殊狀態下,當前時刻的狀態只決定於前一時刻的狀態叫一階馬爾可夫模型,即P(qt=si|q1=s1,q2=s2,...qt-1=sj) =P(qt=si|qt-1=sj)。

狀態之間的轉化表示為aij,aij=P(qt=sj|qt-1=si),其表示由狀態i轉移到狀態j的概率。其必須滿足兩個條件:   1.aij≥ 0    2.=1

對於有N個狀態的一階馬爾科夫模型,每個狀態可以轉移到另一個狀態(包括自己),則共有N2次狀態轉移,可以用狀態轉移矩陣表示。

例子

一段文字中名詞、動詞、形容詞出現的情況可以用有3個狀態的y一階馬爾科夫模型M表示:

                  狀態s1:名詞         狀態s2:動詞       狀態s3:形容詞

狀態轉移矩陣:     s1            s2          s3

                     A= 

則狀態序列O=“名動形名”(假定第一個詞為名詞)的概率為:

          P(O|M) = P(s1,s2,s3,s4} = P(s1)*p(s2|s1)p(s3|s2)p(s1|s3)

                                             =p(s1)*a12*a23*a31

                                             =1*0.5*0.2*0.4

                                             =0.04

應用領域

馬爾科夫模型可以用來語音識別、音字轉化、詞性標注、統計機器翻譯。


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