初始化概率为P(A=1)=0.5,P(B=1|A=1)=0.6,P(B=1|A=0)=0.5,给定有缺失训练数据d1=(?,0), d2=(0,?),d3=(1,1),d4=(?,0),d5=(1,?), 利用EM算法计算CPT表

时间: 2023-10-31 13:04:45 浏览: 47
EM算法是一种迭代算法,用于估计有缺失数据的模型参数。在这个问题中,我们需要估计CPT表中的概率。具体而言,我们需要估计P(A=1), P(B=1|A=1), P(B=1|A=0)这三个概率。 首先,我们需要初始化这些参数,根据题意,P(A=1)=0.5, P(B=1|A=1)=0.6, P(B=1|A=0)=0.5。 接下来,我们进入EM算法的迭代过程。假设当前迭代次数为t,我们需要计算在当前参数下,缺失数据d1和d2的概率分布。具体而言,我们需要计算P(A=1|B=0,d1),P(A=0|B=0,d2),以及P(B=1|d3), P(A=1|B=0,d4), P(B=1|A=1,d5)这五个概率。 根据贝叶斯公式,可以得到: P(A=1|B=0,d1) = P(B=0|A=1,d1) * P(A=1) / P(B=0|d1) = (1 - P(B=1|A=1)) * P(A=1) / (1 - P(B=1|A=1)) * P(A=1) + (1 - P(B=1|A=0)) * P(A=0) = 0.4 P(A=0|B=0,d2) = P(B=0|A=0,d2) * P(A=0) / P(B=0|d2) = (1 - P(B=1|A=0)) * P(A=0) / (1 - P(B=1|A=0)) * P(A=0) + (1 - P(B=1|A=1)) * P(A=1) = 0.57 P(B=1|d3) = P(B=1|A=1,d3) * P(A=1) + P(B=1|A=0,d3) * P(A=0) = 0.6 * 0.5 + 0.5 * 0.5 = 0.55 P(A=1|B=0,d4) = P(B=0|A=1,d4) * P(A=1) / P(B=0|d4) = (1 - P(B=1|A=1)) * P(A=1) / (1 - P(B=1|A=1)) * P(A=1) + (1 - P(B=1|A=0)) * P(A=0) = 0.4 P(B=1|A=1,d5) = P(B=1|A=1) = 0.6 然后,我们需要根据这些概率分布,重新估计参数。具体而言,我们可以用以下公式来更新参数: P(A=1) = (P(A=1|B=0,d1) + P(A=1|B=0,d4) + P(A=1|B=1,d5)) / 3 P(B=1|A=1) = (P(B=1|d3) + P(B=1|A=1,d5)) / 2 P(B=1|A=0) = (P(B=1|A=0,d1) + P(B=1|d3)) / 2 然后,我们再次进入迭代过程,计算缺失数据的概率分布,并用这些分布来更新参数。重复这个过程,直到参数收敛。最终得到的参数即为所求的CPT表。

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用R语言优化并更改以下代码的变量名称set.seed(123) n <- 1000 mu1 <- c(0,4) mu2 <- c(-2,0) Sigma1 <- matrix(c(3,0,0,0.5),nr=2,nc=2) Sigma2 <- matrix(c(1,0,0,2),nr=2,nc=2) phi <- c(0.6,0.4) X <- matrix(0,nr=2,nc=n) for (i in 1:n) { if (runif(1)<=phi[1]) { X[,i] <- mvrnorm(1,mu=mu1,Sigma=Sigma1) }else{ X[,i] <- mvrnorm(1,mu=mu2,Sigma=Sigma2) } } ##initial guess for parameters mu10 <- runif(2) mu20 <- runif(2) Sigma10 <- diag(2) Sigma20 <- diag(2) phi0 <- runif(2) phi0 <- phi0/sum(phi0) ##EM algorithm k=2 prob <- matrix(rep(0,k*n),ncol = 2) weight <- matrix(rep(0,k*n),ncol = 2) phi <- phi0 mu <- matrix(c(mu10,mu20),nr=2) Sigma <- matrix(c(Sigma10,Sigma20),nr=2) #for loop,set up max iterations (200) for (step in 1:200) { for (j in 1:k) { for (i in 1:1000) { prob[i,j] <- dmvnorm(X[,i], mu[,j], Sigma[,(2*j-1):(2*j)]) weight[i,j] <- phi[j] * prob[i,j] } } row_sum <- rowSums(weight) prob <- weight/row_sum #prob denotes "wij" hear # note the parameters of the last iteration oldphi <- phi oldmu <- mu oldSigma <- Sigma # M-step:calculate the next theta by maximizing g(theta) for (j in 1:k) { sum1 <- sum(prob[, j]) sum2 <- X%*%prob[, j] phi[j] <- sum1/n mu[,j] <- sum2/sum1 sum3 <- matrix(c(0,0,0,0),nr=2) for (m in 1:n) { sum30 <- ((X[,m]-mu[,j])%*%t(X[,m]-mu[,j]))*prob[m,j] sum3 <- sum3+sum30 } Sigma[,(2*j-1):(2*j)] <- sum3/sum1 } # Set threshold: convergence is considered when the parameter obtained from the previous iteration has little change from the parameter obtained from the next iteration threshold <- 1e-5 if (sum(abs(phi - oldphi)) < threshold & sum(abs(mu - oldmu)) < threshold & sum(abs(Sigma - oldSigma)) < threshold) break #print the parameters in every iteration cat('step', step, 'phi', phi, 'mu', mu, 'Sigma', Sigma, '\n') }

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