Baum Welch (EM算法)似然度(P(X))不单调收敛

我对机器学习还只是个业余爱好者,目前正在尝试编写Baum Welch算法,这是针对隐马尔可夫模型的EM算法的一个变种。在我的程序中,我通过测试新模型中每个观测序列的概率来检查是否收敛,并在新模型的概率小于或等于旧模型时终止。然而,当我运行算法时,虽然它似乎部分收敛并且结果远好于随机,但在最后一次迭代时概率下降。这是不是有bug的迹象,还是我做错了什么?

我觉得我应该使用每个观测概率的对数之和来进行比较,因为这似乎是我要最大化的函数。然而,我读过的一篇论文建议使用观测概率之和的对数(我相当确定这与概率之和相同)(https://www.cs.utah.edu/~piyush/teaching/EM_algorithm.pdf)。

我在另一个项目中通过实现具有预设轮次数量的for循环而不是具有新迭代严格大于条件的while循环,解决了在实现前馈神经网络的反向传播时的类似问题,但我想知道这是否是一种不好的做法。

我的代码在 https://github.com/icantrell/Natural-Language-Processing 的nlp.py文件中。

任何建议都将不胜感激。谢谢你。


回答:

对于EM迭代,或任何其他被证明非递减的迭代,你应该看到增加,直到增加的大小与浮点误差相比变得很小,此时浮点误差违反了证明中的假设,你可能会看到不仅没有增加,而且还有很小的减少——但这应该只是非常小的减少。

检查这些基于概率的计算的一个好方法是创建一个小的测试问题,其中正确的答案非常明显——如此明显,以至于你可以看到测试代码的答案是否明显正确。

值得将你引用的论文与 https://en.wikipedia.org/wiki/Expectation%E2%80%93maximization_algorithm#Proof_of_correctness 进行比较。我认为像(11)和(12)这样的方程并不是让你实际计算的,而是用来激励和证明最终结果的论据。我认为与传统的EM步骤对应的方程,你确实需要计算的,是方程(15),它说明你在每一步改变参数以增加期望对数似然度,这是根据旧参数计算的隐藏状态分布下的期望,这是标准的EM步骤。事实上,我翻过一页,看到这一点在第8页的顶部明确说明了。

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