内容主要提取自 edX 平台上Chalmers的micromaster项目:Emerging Automotive Technologies: Sensor Fusion and Non-linear Filtering for Automotive Systems

 

1、频率学派与贝叶斯学派

(来自维基百科)在频率学派的推断方法中,未知参数通常(但不总是)被视为具有固定但未知的值,这些值在任何意义上都不能被视为随机变量,因此概率无法与它们相关联。相反,贝叶斯推断方法允许概率与未知参数相关联。

个人理解:在频率学派观点中,未知参数是定值,因此推断过程相当于求未知数的过程,例如极大似然估计,就是求解一个未知参数的值使得概率(频率)最大;在贝叶斯学派观点中,未知参数既然是未知的,其取值只能是服从某种条件概率分布(后验概率),最后得到的结果是概率分布,并在此基础上,可以根据定义的损失函数,如Minimum mean squared error estimator(MMSE)最小均方差估计,Maximum a-posteriori estimator(MAP)最大后验估计等,确定一个未知参数的值。以投一枚公平的硬币为例,对于频率学派,当硬币落地后,硬币的状态是正面还是反面是确定的,只不过我们不知道;对于贝叶斯学派,如果我们没有看到结果(无附加信息,如果有其他信息,比如看到了硬币的一部分,那么概率分布就会发生变化),那么硬币既是正面也是反面,正反的可能性都为0.5(突然想到薛定谔的猫)。

无论如何,不同学派的观点是不同学派理论的出发点,就像力学中的质点假设,刚体假设等一样,如要运用,就要接受之。

 

2、 贝叶斯滤波:模型假设

传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

马尔科夫过程:马尔可夫过程的条件概率仅仅与系统的当前状态相关,而与它的过去历史或未来状态,都是独立、不相关的。也可以理解为,当预测 传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 时,传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 所提供的信息最多,其他诸如  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波, 传感器融合小结(1):贝叶斯滤波传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 等并不能提供更多有效信息。当 传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 已知时,传感器融合小结(1):贝叶斯滤波   传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 是条件独立的。

上述模型可表示为如下的贝叶斯网络(信念网络):

传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

 

3、 贝叶斯滤波:推导

贝叶斯滤波过程可以总结:

传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

即在已知过去的一系列观测,以及当前状态的观测时,求当前状态(的概率分布)。

运用递归的方式求解:

传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

第一步:预测。从  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 求  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

 

第二步:更新。从  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波  求  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波。利用当前的观测信息校正预测。

                                                          传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

                                                                                 传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

                                                                                传感器融合小结(1):贝叶斯滤波

其中:

                                                                                   传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 

因为  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 和  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 都是已知的确定值,所以  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 是常数。由:

                                                 传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 

求得 传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 。 

重复上述两步,在给定  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 或  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 的条件下,即可求得任意  传感器融合小结(1):贝叶斯滤波 。

 

 

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