最大熵 (the maximum entropy principle)

保留全部的不确定性,保留所有可能性就是最大熵

对任何一组不自相矛盾的信息,这个最大熵模型不仅存在,而且是唯一的。而且它们都有同一个非常简单的形式 — 指数函数。

w3 是要预测的词(王晓波或者王小波)w1 和 w2 是它的前两个字(比如说它们分别是“出版”,和“”),也就是其上下文的一个大致估计,subject 表示主题。

我们看到,在上面的公式中,有几个参数 lambda 和 Z ,他们需要通过观测数据训练出来。最大熵模型在形式上是最漂亮的统计模型,而在实现上是最复杂的模型之一。

最原始的最大熵模型的训练方法是一种称为通用迭代算法 GIS(generalized iterative scaling) 的迭代 算法。GIS 的原理并不复杂,大致可以概括为以下几个步骤:
1. 假定第零次迭代的初始模型为等概率的均匀分布。
2. 用第 N 次迭代的模型来估算每种信息特征在训练数据中的分布,如果超过了实际的,就把相应的模型参数变小;否则,将它们便大。
3. 重复步骤 2 直到收敛。
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HMM:
隐马尔可夫模型

隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)是统计模型,它用来描述一个含有隐含未知参数的马尔可夫过程。其难点是从可观察的参数中确定该过程的隐含参数。然后利用这些参数来作进一步的分析,例如模式识别。

https://www.cnblogs.com/skyme/p/4651331.html(推荐)

https://engineering.leeds.ac.uk/info/20132/school_of_computing

https://www.cnblogs.com/iihcy/p/5106006.html

 

 

什么是熵(Entropy)

简单来说,熵是表示物质系统状态的一种度量,用它老表征系统的无序程度。熵越大,系统越无序,意味着系统结构和运动的不确定和无规则;反之,,熵越小,系统越有序,意味着具有确定和有规则的运动状态。熵的中文意思是热量被温度除的商。负熵是物质系统有序化,组织化,复杂化状态的一种度量。

熵最早来原于物理学. 德国物理学家鲁道夫·克劳修斯首次提出熵的概念,用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度,能量分布得越均匀,熵就越大。

  1. 一滴墨水滴在清水中,部成了一杯淡蓝色溶液
  2. 热水晾在空气中,热量会传到空气中,最后使得温度一致

更多的一些生活中的例子:

  1. 熵力的一个例子是耳机线,我们将耳机线整理好放进口袋,下次再拿出来已经乱了。让耳机线乱掉的看不见的“力”就是熵力,耳机线喜欢变成更混乱。
  2. 熵力另一个具体的例子是弹性力。一根弹簧的力,就是熵力。 胡克定律其实也是一种熵力的表现。
  3. 万有引力也是熵力的一种(热烈讨论的话题)。
  4. 浑水澄清[1]

 

于是从微观看,熵就表现了这个系统所处状态的不确定性程度。香农,描述一个信息系统的时候就借用了熵的概念,这里熵表示的是这个信息系统的平均信息量(平均不确定程度)

最大熵模型

我们在投资时常常讲不要把所有的鸡蛋放在一个篮子里,这样可以降低风险。在信息处理中,这个原理同样适用。在数学上,这个原理称为最大熵原理(the maximum entropy principle)。

让我们看一个拼音转汉字的简单的例子。假如输入的拼音是”wang-xiao-bo”,利用语言模型,根据有限的上下文(比如前两个词),我们能给出两个最常见的名字“王小波”和“王晓波 ”。至于要唯一确定是哪个名字就难了,即使利用较长的上下文也做不到。当然,我们知道如果通篇文章是介绍文学的,作家王小波的可能性就较大;而在讨论两岸关系时,台湾学者王晓波的可能性会较大。在上面的例子中,我们只需要综合两类不同的信息,即主题信息和上下文信息。虽然有不少凑合的办法,比如:分成成千上万种的不同的主题单独处理,或者对每种信息的作用加权平均等等,但都不能准确而圆满地解决问题,这样好比以前我们谈到的行星运动模型中的小圆套大圆打补丁的方法。在很多应用中,我们需要综合几十甚至上百种不同的信息,这种小圆套大圆的方法显然行不通。
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