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alpha

代码写的好,bug改到老

Gaussian Mixture Model and EM method.

alpha    2019-07-18 14:09

——徐老师讲课最后一节。

首先是 WEKA安装libsvm及使用演示

言归正传,Generative Models,生成模型。


A model of the data fenerating process gives rese to data.
Model estimation from data is most commonly through Likelihood estimation.


Find the “best”model which has generated the data. In a likelihood function the data is considered fixed and one searches for the best model over the different choices available.
  • The choice of the model space is plentiful but not unlimited.
  • There is a bit of “art”in selecting the appropriate model space.
  • Typically the model space is assumed to be a linear combination of known probability distribution functions.

你自己拍一张照片,然后输入生成模型中,用梵高的技巧(生成模型),就会变成梵高风格的画作,这个思想在去年被一个法国人,跑出不同的结果,其中有一幅画,居然花了50万美金买走了。。。
忽然想起 VincentWei的说说
   
高斯混合模型,英文全称:​​Gaussian mixture model,简称GMM。高斯混合模型就是用高斯概率密度函数(二维时也称为:正态分布曲线)精确的量化事物,将一个事物分解为若干基于高斯概率密度函数行程的模型。这句话看起来有些深奥,这样去理解,事物的数学表现形式就是曲线,其意思就是任何一个曲线,无论多么复杂,我们都可以用若干个高斯曲线来无限逼近它,这就是高斯混合模型的基本思想。那么下图(图1.1)表示的就是这样的一个思想。


Likelihood Function

P(Model|Data)=P(Data|Model)P(Model)P(Data)P(Model | Data) = \frac{P(Data | Model)P(Model)}{P(Data)}

这里的Model 就是一个参数,不是一个随机变量。左侧,给定数据,我的模型的参数应该服从一个什么样的分布,这个是很难得到的。后面,根据数据的分布,看哪种参数的值跟我的模型最相似,只需要找出最优的值就行了。

例子:Suppose we have the following data,

0-1-1-0-0-1-1-0
In this case it is sensible to choose the Bernoulli distribution (B(p)) as the model space. 这个数据来源一个二元伯努利分布,

P(X=x)=px(1-p)1-xP (X=x) = p^x (1-p) ^ {1-x}

p应该取什么样的值,跟P最吻合。

Now we want to choose the best p, i.e., argmaxpP(Data|B(p))argmax_p P(Data|B(p))

其中,

现在需要极大化,取log, 得到 l(p) = LogL(p)
拉格朗日法,求导数,
4log(p) + 4log(1-p)
4/p – 4/(1-p) = 0
p = ½ 的时候,跟伯努利分布最吻合。
问题是可能存在过拟合的问题。

EM算法,无监督学习中一种比较重要的算法。

Vector Clustering

Data points.
图像切割:



K-means VS GMM

K-means是硬性的聚类。目标是数据分成k个类,算k个中心坐标,让每个点距离中心的聚类最小。
J=n=1Nk=1Krnk||Xnμk||2J = \sum_{n=1}^N \sum_{k=1}^K r_{nk} {|| X_n  – \mu_k ||}^2
rnkr_{nk} 表示每个点数据哪个聚类的中心。

rnkr_{nk} = 1 if   k=argminj||Xnμj||2 k = argmin_j {|| X_n – \mu_j||}^2  eles 0
GMM是一个Fuzzy的聚类方法,软聚类。



EM 算法, 先假设我知道,随机的分布,知道哪个点属于哪个高斯分布。第一步固定的高斯密度函数,算每个点属于哪一个类。然后,根据现有参数,重新算后验的分布,算出每个数据的k个不同的高斯分布,得到不同的函数值,每个数据到底属于那一个类的概率是知道的。等于修改了第一步的概率。这次的划分跟前一次的划分不是一样的,前一次随机的,后一次不是随机的。

参考资料:
  1. Gatys L A , Ecker A S , Bethge M . A Neural Algorithm of Artistic Style[J]. Computer Science, 2015.
  2. https://www.jianshu.com/p/9f03b61fdeac
  3. 课件下载:https://www.neusncp.com/user/file?id=158
  4. 高斯混合模型的例子:https://lukapopijac.github.io/gaussian-mixture-model/
Last Modified: 2019-07-18 17:11
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