将下面的代码转换成Julia语言:## starting values set.seed(1) S<-1000 PHI<-matrix(nrow=S,ncol=2) PHI[1,]<-phi<-c( mean.y, 1/var.y) ## Gibbs sampling algorithm for(s in 2:S) { # generate a new theta value from its full conditional mun<- ( mu0/t20 + n*mean.y*phi[2] ) / ( 1/t20 + n*phi[2] ) t2n<- 1/( 1/t20 + n*phi[2] ) phi[1]<-rnorm(1, mun, sqrt(t2n) ) # generate a new sigma^2 value from its full conditional nun<- nu0+n s2n<- (nu0*s20 + (n-1)*var.y + n*(mean.y-phi[1])^2 ) /nun phi[2]<- rgamma(1, nun/2, nun*s2n/2) PHI[s,]<-phi }

时间: 2024-03-06 13:46:24 浏览: 28
以下是将代码转换成Julia语言的结果: ```julia using Distributions Random.seed!(1) S = 1000 PHI = zeros(S, 2) phi = [mean(y), 1/var(y)] PHI[1, :] .= phi # Gibbs sampling algorithm for s in 2:S # generate a new theta value from its full conditional mun = (mu0/t20 + n*mean(y)*phi[2]) / (1/t20 + n*phi[2]) t2n = 1 / (1/t20 + n*phi[2]) phi[1] = rand(Normal(mun, sqrt(t2n)), 1)[1] # generate a new sigma^2 value from its full conditional nun = nu0 + n s2n = (nu0*s20 + (n-1)*var(y) + n*(mean(y)-phi[1])^2) / nun phi[2] = rand(Gamma(nun/2, nun*s2n/2), 1)[1] PHI[s, :] .= phi end ``` 注意,这里使用了Julia的Distributions库来生成正态分布和伽马分布的随机数。
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编程实现EM算法,并用以下数据和初始值估计一个two-component GMM。使用contour plot展示估计的正态分布 library(MASS) 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算法是一种常用的参数估计方法,用于估计数据生成模型中的参数。下面给出了用R语言编写的EM算法实现代码,用来估计two-component GMM的参数。 library(MASS) 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) } } # 定义EM算法函数 EM_GMM <- function(X, k){ # 初始化参数 n <- ncol(X) d <- nrow(X) w <- rep(1/k, k) mu <- matrix(rnorm(k*d, mean(X), sd(X)), nrow=k, ncol=d) sigma <- array(aperm(array(rnorm(k*d*d), dim=c(k,d,d)), c(2,3,1)), dim=c(d,d,k)) R <- numeric(k*n) # EM算法迭代 for (iter in 1:100){ # E步 for (i in 1:k){ R[(i-1)*n+1:i*n] <- w[i] * dnorm(X, mean=mu[i,], sd=sigma[,,i]) } R <- matrix(R, nrow=n, byrow=TRUE) R <- R / rowSums(R) # M步 Nk <- colSums(R) # 每个分量的权重 w <- Nk / n # 均值 for (i in 1:k){ mu[i,] <- colSums(R[,i] * X) / Nk[i] # 均值 sigma[,,i] <- (t(X) %*% (R[,i] * X)) / Nk[i] - mu[i,] %*% t(mu[i,]) # 协方差矩阵 } } # 返回估计的参数 list(w=w, mu=mu, sigma=sigma) } # 估计two-component GMM result <- EM_GMM(X, 2) # 绘制contour plot展示估计的正态分布 xgrid <- seq(min(X[1,]), max(X[1,]), length.out=100) ygrid <- seq(min(X[2,]), max(X[2,]), length.out=100) z <- outer(xgrid, ygrid, function(x,y) { z <- numeric(length(x)) for (i in 1:nrow(result$mu)){ z <- z + result$w[i] * dnorm(c(x, y), mean=result$mu[i,], sd=sqrt(result$sigma[1,1,i])) } z }) contour(xgrid, ygrid, z, nlev=10, color.palette=heat.colors, main="Two-component GMM Contours")

修改以下错误代码library(MASS) 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) } } EM_GMM <- function(X, k){ n <- ncol(X) d <- nrow(X) w <- rep(1/k, k) mu <- matrix(rnorm(kd, mean(X), sd(X)), nrow=k, ncol=d) sigma <- array(aperm(array(rnorm(kdd), dim=c(k,d,d)), c(2,3,1)), dim=c(d,d,k)) R <- numeric(kn) for (iter in 1:100){ # E步 for (i in 1:k){ R[(i-1)n+1:in]<- w[i] * dnorm(X, mean=mu[i,], sd=sigma[,,i]) } R <- matrix(R, nrow=n, byrow=TRUE) R <- R / rowSums(R) # M步 Nk <- colSums(R) # 每个分量的权重 w <- Nk / n # 均值 for (i in 1:k){ mu[i,] <- colSums(R[,i] * X) / Nk[i] # 均值 sigma[,,i] <- (t(X) %*% (R[,i] * X)) / Nk[i] - mu[i,] %*% t(mu[i,]) # 协方差矩阵 } } list(w=w, mu=mu, sigma=sigma) } result <- EM_GMM(X, 2) xgrid <- seq(min(X[1,]), max(X[1,]), length.out=100) ygrid <- seq(min(X[2,]), max(X[2,]), length.out=100) z <- outer(xgrid, ygrid, function(x,y) { z <- numeric(length(x)) for (i in 1:nrow(result$mu)){ z <- z + result$w[i] * dnorm(c(x, y), mean=result$mu[i,], sd=sqrt(result$sigma[1,1,i])) } z }) contour(xgrid, ygrid, z, nlev=10, color.palette=heat.colors, main="Two-component GMM Contours")

以下是修改后的代码: library(MASS) 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) } } EM_GMM <- function(X, k){ n <- ncol(X) d <- nrow(X) kdd <- k*d*d # 计算数组中元素个数 kd <- k*d # 计算数组中向量元素个数 w <- rep(1/k, k) mu <- matrix(rnorm(k*d, mean(X), sd(X)), nrow=k, ncol=d) sigma <- array(aperm(array(rnorm(kdd), dim=c(k,d,d)), c(2,3,1)), dim=c(d,d,k)) R <- numeric(k*n) for (iter in 1:100){ # 更新 R for (j in 1:k){ R[(j-1)*n+1:j*n] <- w[j] * dmnorm(X, mu[j,], sigma[,,j]) } R <- R / matrix(rowSums(matrix(R,nrow=k)), nrow=n, ncol=k, byrow=T) # 更新 w, mu, sigma w <- colSums(R) / n for (j in 1:k){ mu[j,] <- colSums(X * matrix(R[,j], nrow=n, ncol=1)) / sum(R[,j]) sigma[,,j] <- (t(X-mu[j,]) %*% (X-mu[j,]) * matrix(R[,j], nrow=n, ncol=n)) / sum(R[,j]) } } return(list(w=w, mu=mu, sigma=sigma)) } EM_GMM(X, 2) # 测试函数是否正确

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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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