隐马尔科夫模型的英文全称是 Hidden Markov Model,缩写为 HMM Pp5^@A
转移概率矩阵,说白了就是一张“从当前状态跳到下一个状态的概率表”。 d09k5$=gJ
它的核 心作用是:把所有状态之间互相转换的可能性,整齐地放在一个表格里。 |*0<M(YXN
________________________________________ \(vY%DL1:
一、先理解“转移”和“概率” s91JBP|B7
• 状态:系统当前所处的某种情况。比如天气的晴、阴、雨。 a 7,C>%I
• 转移:从当前状态变成下一个状态。比如今天晴,明天变阴,这就是一次转移。 *~x/=.}
• 概率:这件事发生的可能性有多大。比如今天晴,明天变阴的概率是20%。 $81*^
把所有这些“从A到B的概率”排成一个表格,就是转移概率矩阵。 /n8B,-Z5s5
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二、用天气预报的例子一步步建矩阵 ,11H.E
Z
假设天气只有三种状态:晴、阴、雨。 ~Onoe $A[<
我们先统计历史规律: J`^I./
如果今天是晴天: r#B+(X7LM
• 明天还是晴的概率 = 0.7 ,YMp<C
• 明天变阴的概率 = 0.2 2m2;t0
• 明天变雨的概率 = 0.1 "l*`>5Nn9
注意:0.7 + 0.2 + 0.1 = 1,因为明天必然是这三种之一。 fP `b>]N_
如果今天是阴天: (/j); oSK
• 明天变晴的概率 = 0.3 MHC^8VL
• 明天还是阴的概率 = 0.4 Ck|8qUz-
• 明天变雨的概率 = 0.3 =%BZ9,l
如果今天是雨天: t0T"@t#c
• 明天变晴的概率 = 0.2 J>bJ
449B
• 明天变阴的概率 = 0.3 8M`#pN^
• 明天还是雨的概率 = 0.5 4%3Mb-#Y]
________________________________________ G"XVn~]
现在把这些数字排成矩阵。行代表“今天”,列代表“明天”: smDw<slC
今天 \ 明天 晴 阴 雨 >#y^;/bb
晴 0.7 0.2 0.1 fwRZ5`v<
阴 0.3 0.4 0.3 PxS8 n?y
雨 0.2 0.3 0.5 }B.H|*uO
这个表格就是转移概率矩阵。 I=NZokfS
写成数学形式就是: oTuOw|[
P=[0.70.20.10.30.40.30.20.30.5]P=0.70.30.20.20.40.30.10.30.5 +@/"%9w
________________________________________ B[4KX
三、怎么读这个矩阵? g'm+/pU)w)
读法:先看行,再看列。 x HhN
• 第1行第2列 = 0.2 → 意思是:今天晴,明天阴的概率是0.2。 #"5 Dk#@
• 第3行第1列 = 0.2 → 意思是:今天雨,明天晴的概率是0.2。 _Iv6pNd/
• 第2行第2列 = 0.4 → 意思是:今天阴,明天还是阴的概率是0.4。 ksN+?E4w
一句话:第 i 行第 j 列的数字,就是从状态 i 转移到状态 j 的概率。 ^:Gie
________________________________________ _n` a`2C|m
四、这个矩阵有两个重要特点 E 0?iXSJ
特点1:每一行的和都等于1 sK5r$Dbr
因为从任何一个状态出发,下一步必然转到某个状态,不可能凭空消失。 6<ZkJ:=
比如第1行:0.7 + 0.2 + 0.1 = 1 ✓ r|qp3x
特点2:矩阵不一定要对称 y7i*s^ys{
今天晴→明天阴的概率,和今天阴→明天晴的概率,可以不一样。 KPj\-g'A
比如上面:晴→阴是0.2,阴→晴是0.3,不相等。 ?n
ZY)
________________________________________ 4sT88lG4n
五、它有什么用? ]h5Yg/sms
有了这个矩阵,就可以做预测: u9EgdpD
问题:已知今天晴,后天是雨的概率是多少? 9amaL~m
今天晴 → 明天可能是晴、阴、雨,然后再从明天转到后天雨: wD]/{
jw
• 今天晴→明天晴→后天雨:0.7 × 0.1 = 0.07 5)MS~ii
• 今天晴→明天阴→后天雨:0.2 × 0.3 = 0.06 @ >U-t{W
• 今天晴→明天雨→后天雨:0.1 × 0.5 = 0.05 & J2M1z%
加起来:0.07 + 0.06 + 0.05 = 0.18 qDfd. gL
所以今天晴,后天是雨的概率是18%。 ~'CE[G5
这就是转移概率矩阵的威力:只要知道当前状态,就能一步步算出未来任意时刻各状态的概率。 B,=H@[Fj
________________________________________ Oal3rb
六、一句话总结 W!>.$4Q9
转移概率矩阵 = 一张“从当前状态到下一状态”的概率查询表。 7F{3*`/6
• 行 = 现在是什么状态 rq/I` :
• 列 = 下一步变成什么状态 WV_.Tiy<
• 格子里 = 这个变化的概率 t>$kWd{9e;
• 每行加起来 = 1 m-*hygkcDu
它是马尔科夫链的“发动机”,决定了系统如何一步步演化。 la+[bm<v
eXf22;Lz