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用EM思想估计GMM(高斯混合聚类)

用EM思想估计GMM(高斯混合聚类)

作者: Eric_i33 | 来源:发表于2018-05-12 20:32 被阅读11次

EM算法(Expectation Maximization Algorithm),通过求参数的最大似然估计,解决含隐变量的概率分布问题。

GMM(Gaussian Mixed Model),用正态分布的概率密度函数量化数据的分布,已到达聚类的目的。

因此,GMM可以理解为是一种带概率分布的聚类模型,而EM更像是实现GMM的一种思想或思维方式。

1、从Jesen不等式讲起

Jesen不等式 Jesen不等式的几何理解

2、目标函数推导

ln函数为凹函数,不等式方向颠倒 目标函数示意图

3、E步

E步关键:得到Q的计算公式

    参数初始化:

        mu:用K-means生成

        sigma:用特征的原始标准差

        P:[0,1]均匀分布,生成k个

        Q:0矩阵,shape = (nrow, k)

4、M步

根据GMM得到目标函数的具体形式,然后便可以用最大似然估计求参数mu, sigma, P 分别对mu和sigma求偏导=0,得到各自的计算公式 对P求偏导=0,注意约束条件,得到P的计算公式  

5、将更新后的mu, sigma, P代入E步,更新Q,依次循环迭代直至收敛

GMM推导过程看似繁琐,其实代码量极为简洁,只需梳理出推导过程中关键的计算步骤(红框部分)即可

过程图解:


初始状态 迭代一 迭代n

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