如何使用hmmlearn解决基本的隐马尔可夫模型问题

隐马尔可夫模型(HMM)有三个基本问题:

问题1(似然性):已知一个HMM模型 λ = (A,B) 和一个观测序列 O,确定该观测序列的似然性 P(O|λ)。

问题2(解码):已知一个观测序列 O 和一个HMM模型 λ = (A,B),找出最佳的隐藏状态序列 Q。

问题3(学习):已知一个观测序列 O 和HMM模型中的状态集,学习HMM的参数 A 和 B。

我对问题1和问题3感兴趣。一般来说,第一个问题可以通过前向算法解决,第三个问题可以通过Baum-Welch算法解决。我是否应该分别使用hmmlearn中的fit(X, lengths)score(X, lengths)方法来解决第一个和第三个问题?(文档中并没有说明score方法使用的是前向算法。)

我对score方法还有几个问题。为什么score计算的是对数概率?如果我向score方法传递多个序列,为什么它返回的是对数概率的总和而不是每个序列的概率?

我的原始任务如下:我有100万个相同长度(10个词)的短句。我想用这些数据训练HMM模型,并对测试数据(同样是10个词的句子)预测每个句子在模型中的概率。根据这个概率,我将决定这是一个常见还是不常见的短语。

是否有更好的Python库来解决这些问题?


回答:

如果您在单个序列上拟合模型,您应该分别使用score(X)fit(X)来解决第一个和第三个问题(因为长度参数的默认值为None,您不需要明确传递它)。处理多个序列时,您应该将它们的长度列表作为lengths参数传递,详见文档

score方法计算对数概率是为了数值稳定性。乘很多数字可能会导致数值溢出或下溢——即一个数字可能变得太大而无法存储在内存中,或者太小而无法与零区分开来。解决方案是改为加它们的对数。

score方法返回所有序列对数概率的总和,因为它就是这样实现的。您想要的功能已经在一个月前提交了功能请求,所以可能很快就会出现。https://github.com/hmmlearn/hmmlearn/issues/272 或者您可以简单地单独计算每个序列的分数。

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