The Baum-Welch (B-W) algorithm is the most widely accepted method for inferring hidden Markov models (HMM). However, it is prone to getting stuck in local optima, and can be too slow for many real-time applications. Spectral learning of HMMs (SHMMs), based on the method of moments (MOM) has been proposed in the literature to overcome these obstacles. Despite its promises, asymptotic theory for SHMM has been elusive, and the long-run performance of SHMM can degrade due to unchecked propogation of error. In this paper, we (1) provide an asymptotic distribution for the approximate error of the likelihood estimated by SHMM, and (2) propose a novel algorithm called projected SHMM (PSHMM) that mitigates the problem of error propogation, and (3) develop online learning variantions of both SHMM and PSHMM that accommodate potential nonstationarity. We compare the performance of SHMM with PSHMM and estimation through the B-W algorithm on both simulated data and data from real world applications, and find that PSHMM not only retains the computational advantages of SHMM, but also provides more robust estimation and forecasting.


翻译:Baum-Welch (B-W) 算法是推断隐马尔可夫模型 (HMM) 最广泛接受的方法。然而,该算法易陷入局部最优解,且对于许多实时应用而言速度过慢。基于矩方法 (MOM) 的隐马尔可夫模型谱学习 (SHMM) 已在文献中被提出以克服这些障碍。尽管前景广阔,但SHMM的渐近理论尚不明确,且由于误差的无约束传播,其长期性能可能退化。本文 (1) 给出了SHMM估计似然近似误差的渐近分布;(2) 提出了一种名为投影SHMM (PSHMM) 的新算法,以缓解误差传播问题;(3) 开发了SHMM和PSHMM的在线学习变体以应对潜在的非平稳性。我们通过模拟数据和实际应用数据比较了SHMM、PSHMM与B-W算法估计的性能,发现PSHMM不仅保留了SHMM的计算优势,还提供了更稳健的估计与预测。

0
下载
关闭预览

相关内容

南大《优化方法 (Optimization Methods》课程,推荐!
专知会员服务
80+阅读 · 2022年4月3日
专知会员服务
26+阅读 · 2021年4月2日
机器学习组合优化
专知会员服务
112+阅读 · 2021年2月16日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN最新研究进展综述
机器学习研究会
26+阅读 · 2018年1月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
VIP会员
最新内容
乌克兰与中东为印太地区带来关于新太空战的启示
战争不仅需要机器人:人类仍不可或缺
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:03
《描绘美国防部创新基础设施的未来蓝图》100页
专知会员服务
1+阅读 · 今天12:57
相关VIP内容
南大《优化方法 (Optimization Methods》课程,推荐!
专知会员服务
80+阅读 · 2022年4月3日
专知会员服务
26+阅读 · 2021年4月2日
机器学习组合优化
专知会员服务
112+阅读 · 2021年2月16日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN最新研究进展综述
机器学习研究会
26+阅读 · 2018年1月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员