假设现在有两枚硬币1和2,随机投掷后正面朝上概率分别为P_1,P_2。为了估计这两个概率,做实验,每次取一枚硬币,连掷5下,第一次有3次正面朝上,2次反面朝上;第二次有2次正面朝上,3次反面朝上;第三次有1次正面朝上,4次反面朝上;第四次有3次正面朝上,2次反面朝上;第五次有2次正面朝上,3次反面朝上。给定初始值为:P_1(0) = 0.2,P_2(0) = 0.7,编写python算法,用EM算法估计参数P_1和P_2。
时间: 2024-01-12 07:03:47 浏览: 142
抱歉,刚才可能发生了一些误会,我会重新回答你的问题。
这是一个经典的隐马尔可夫模型问题。可以使用EM算法来估计参数P_1和P_2。
首先,我们定义隐变量为选择的硬币,观测变量为每次掷硬币的结果。假设选择硬币1的概率为α,选择硬币2的概率为1-α。然后,我们可以使用EM算法来迭代估计参数P_1和P_2。
具体来说,EM算法包括两个步骤:E步骤和M步骤。在E步骤中,我们使用当前参数估计每个观测序列对应每个隐变量的概率。在M步骤中,我们使用这些概率来更新参数P_1和P_2。
以下是Python代码实现:
```python
import numpy as np
# 观测序列
obs_seq = [[3, 2], [2, 3], [1, 4], [3, 2], [2, 3]]
# 初始值
P_1 = 0.2
P_2 = 0.7
# 迭代次数
num_iter = 10
for i in range(num_iter):
# E步骤
alpha = []
beta = []
for obs in obs_seq:
# 前向算法计算alpha
alpha_t = [P_1 * obs[0], P_2 * obs[1]]
for t in range(1, 5):
alpha_t = [alpha_t[0] * P_1 * obs[0] + alpha_t[1] * (1 - P_1) * obs[0],
alpha_t[0] * (1 - P_2) * obs[1] + alpha_t[1] * P_2 * obs[1]]
alpha.append(alpha_t)
# 后向算法计算beta
beta_t = [1, 1]
for t in range(4, -1, -1):
beta_t = [P_1 * obs[t] * beta_t[0] + (1 - P_2) * obs[t] * beta_t[1],
(1 - P_1) * obs[t] * beta_t[0] + P_2 * obs[t] * beta_t[1]]
beta.append(beta_t)
# M步骤
P_1_new = 0
P_2_new = 0
for obs, alpha_t, beta_t in zip(obs_seq, alpha, beta):
gamma_t = [alpha_t[0] * beta_t[0], alpha_t[1] * beta_t[1]]
gamma_t = [gamma_t[0] / sum(gamma_t), gamma_t[1] / sum(gamma_t)]
P_1_new += gamma_t[0] * obs[0] / sum([gamma[t] * obs_seq[t][0] for t, gamma in enumerate(alpha)])
P_2_new += gamma_t[1] * obs[1] / sum([gamma[t] * obs_seq[t][1] for t, gamma in enumerate(alpha)])
P_1 = P_1_new
P_2 = P_2_new
print("P_1:", P_1)
print("P_2:", P_2)
```
这段代码使用前向算法和后向算法计算alpha和beta,然后使用这些概率来更新参数P_1和P_2。最终输出参数估计结果。
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