变分推断matlab程序

时间: 2023-11-06 19:58:34 浏览: 166
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变分推断1

作为一个AI语言模型,我并不具备编写Matlab程序的能力。但是我可以为您提供一些变分推断的Matlab程序示例,供您参考。 1. 高斯混合模型的变分推断 %生成数据 n = 1000; % 数据量 k = 3; % 高斯分量个数 d = 2; % 数据维度 % 生成高斯分量的均值和协方差矩阵 mu = rand(k,d)*10-5; % 均值矩阵 sigma = zeros(d,d,k); % 协方差矩阵 for i=1:k sigma(:,:,i) = diag(rand(d,1)*5); % 对角线矩阵 end % 生成数据 data = zeros(n,d); for i=1:n k_index = randi(k); data(i,:) = mvnrnd(mu(k_index,:),sigma(:,:,k_index)); end % 变分推断 % 初始化参数 alpha = ones(1,k)./k; % 高斯分量的先验概率 mu_init = rand(k,d)*10-5; % 均值矩阵 sigma_init = zeros(d,d,k); % 协方差矩阵 for i=1:k sigma_init(:,:,i) = diag(rand(d,1)*5); % 对角线矩阵 end q_alpha = alpha; % 变分分布的先验概率 q_mu = mu_init; % 均值矩阵 q_sigma = sigma_init; % 协方差矩阵 % 迭代计算 max_iter = 100; for iter=1:max_iter % 更新q_alpha E_z = zeros(n,k); for i=1:n for j=1:k E_z(i,j) = log(alpha(j)) + log_mvnpdf(data(i,:),q_mu(j,:),q_sigma(:,:,j)); end E_z(i,:) = exp(E_z(i,:) - max(E_z(i,:))); % 防止指数爆炸 E_z(i,:) = E_z(i,:) ./ sum(E_z(i,:)); end q_alpha = alpha + sum(E_z,1); % 更新q_mu for j=1:k q_mu(j,:) = sum(E_z(:,j).*data,1) ./ sum(E_z(:,j)); end % 更新q_sigma for j=1:k diff = data - q_mu(j,:); q_sigma(:,:,j) = diff'*diag(E_z(:,j))*diff ./ sum(E_z(:,j)); end end % 计算后验概率 posterior = zeros(n,k); for i=1:n for j=1:k posterior(i,j) = log(q_alpha(j)) + log_mvnpdf(data(i,:),q_mu(j,:),q_sigma(:,:,j)); end posterior(i,:) = exp(posterior(i,:) - max(posterior(i,:))); % 防止指数爆炸 posterior(i,:) = posterior(i,:) ./ sum(posterior(i,:)); end % 显示结果 figure; hold on; scatter(data(:,1),data(:,2),10,posterior(:,1),'filled'); scatter(q_mu(:,1),q_mu(:,2),100,'k','filled'); scatter(mu(:,1),mu(:,2),100,'r','filled'); hold off; title('GMM with Variational Inference'); legend('Cluster 1','Cluster 2','Cluster 3'); xlabel('Feature 1'); ylabel('Feature 2'); 2. 隐马尔可夫模型的变分推断 % 生成数据 n = 1000; % 数据量 k = 3; % 隐状态个数 d = 2; % 数据维度 % 生成隐状态转移矩阵和观测矩阵 A = rand(k,k); % 隐状态转移矩阵 A = A ./ sum(A,2); B = rand(k,d)*10-5; % 观测矩阵 % 生成数据 data = zeros(n,d); z = zeros(n,1); z(1) = randi(k); data(1,:) = mvnrnd(B(z(1),:),eye(d)); for i=2:n z(i) = randsample(k,1,true,A(z(i-1),:)); data(i,:) = mvnrnd(B(z(i),:),eye(d)); end % 变分推断 % 初始化参数 alpha = ones(1,k)./k; % 隐状态的先验概率 A_init = rand(k,k); % 隐状态转移矩阵 A_init = A_init ./ sum(A_init,2); B_init = rand(k,d)*10-5; % 观测矩阵 q_alpha = alpha; % 变分分布的先验概率 q_A = A_init; % 隐状态转移矩阵 q_B = B_init; % 观测矩阵 % 迭代计算 max_iter = 100; for iter=1:max_iter % 更新q_alpha E_z = zeros(n,k); for i=1:n for j=1:k E_z(i,j) = log(alpha(j)) + log(A(z(i-1),j)) + log_mvnpdf(data(i,:),q_B(j,:),eye(d)); end E_z(i,:) = exp(E_z(i,:) - max(E_z(i,:))); % 防止指数爆炸 E_z(i,:) = E_z(i,:) ./ sum(E_z(i,:)); end q_alpha = alpha + E_z(1,:); % 更新q_A for i=1:k for j=1:k q_A(i,j) = sum(E_z(1:end-1,i).*E_z(2:end,j)) ./ sum(E_z(1:end-1,i)); end end % 更新q_B for j=1:k q_B(j,:) = sum(E_z(:,j).*data,1) ./ sum(E_z(:,j)); end end % 计算后验概率 posterior = zeros(n,k); for i=1:n for j=1:k if i==1 posterior(i,j) = log(q_alpha(j)) + log_mvnpdf(data(i,:),q_B(j,:),eye(d)); else posterior(i,j) = log(A(z(i-1),j)) + log_mvnpdf(data(i,:),q_B(j,:),eye(d)); end end posterior(i,:) = exp(posterior(i,:) - max(posterior(i,:))); % 防止指数爆炸 posterior(i,:) = posterior(i,:) ./ sum(posterior(i,:)); end % 显示结果 figure; hold on; scatter(data(:,1),data(:,2),10,posterior(:,1),'filled'); scatter(q_B(:,1),q_B(:,2),100,'k','filled'); scatter(B(:,1),B(:,2),100,'r','filled'); hold off; title('HMM with Variational Inference'); legend('State 1','State 2','State 3'); xlabel('Feature 1'); ylabel('Feature 2');
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