从纸上帮助期望最大化:如何包括事先分配?


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该问题基于题为:使用耦合的辐射传输-扩散模型的漫射光学层析成像中的图像重建

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作者应用具有未知向量稀疏正则化的EM算法来估计图像的像素。该模型由 μ升1个μ

(1)ÿ=一个μ+Ë
估算值在等式(8)中给出为

(2)μ^=精氨酸⁡米一个Xln⁡p(ÿ|μ)+γln⁡p(μ)

在我的情况下,我已经将视为长度为的过滤器,而是代表过滤器的向量。所以,大号μ大号× 1μ大号μ大号×1个

该模型可以重写为

(3)ÿ(ñ)=μŤ一个(ñ)+v(ñ)

问题:问题公式:(n乘以1)是未观察到的输入,是零均值,方差未知加性噪声。MLE解决方案将基于期望最大化(EM)。 { È (Ñ )} σ 2 ëμ(n){e(n)}σe2

在本文中,方程(19)是函数-完整的对数似然性,但是对于我而言,我不理解如何在完整的对数似然表达式中包含的分布。 甲,μAA,μ

使用 EM(包括先验分布)的完全对数似然是什么?y


您实际上是想要对数似然还是对数后验?只有后者将包括拉普拉斯先验。前者可以通过记录似然性的对数来获得,似乎您已经写出了它

我想要两个表达式-(1)一个用于查找Fisher信息矩阵的表达式,另一个(2)将是完整数据集的pdf,其中包括隐藏变量和遵守情况的联合观测数据的概率密度随参数θ的变化。我编写的pdf适用于MA模型,用于θ的盲估计。但是,稀疏约束= Laplacian先验有何不同,以便可以从对数似然的偏导数中找到Fisher信息矩阵。Zθθ
— SKM

@西安:我不明白如何插入3个pdf文件,其中包括对数似然公式中的先验。我可以计算出最大化,即取偏导数并等于零。你能用明确写出的似然表达式提出一个答案。这确实有帮助
— SKM

Answers:


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如果我们考虑目标为 在EM的基础上,表示是 日志大号(θ | X )= E [ log L (θ | x ,Z )| X ,θ

arg⁡maxθL(θ|x)π(θ)=arg⁡maxθlog⁡L(θ|x)+log⁡π(θ)
对于任意 θ ⁰,由于分解的 q (Ž | X ,θ )= ˚F (X ,Ž | θ )/克(X | θ )或 克(X | θ )= ˚F
日志⁡大号(θ|X)=Ë[日志⁡大号(θ|X,ž)|X,θ⁰]-Ë[日志⁡q(ž|X,θ)|X,θ⁰]
θ⁰
q(ž|X,θ)=F(X,ž|θ)/G(X|θ)
对 z的任意值有效(因为lhs上没有),因此也适用于 Z中的任何期望: log g (x | θ )= log f (x ,z | θ )− log q (z | x ,θ )= E [ log
G(X|θ)=F(X,ž|θ)/q(ž|X,θ)
žž为任何条件分布 Ž给出 X = X,例如 q (Ž | X ,θ ⁰)。因此,如果我们最大限度地 θ é [ 日志大号(θ | X ,Z ^ )| X ,θ ⁰
日志⁡G(X|θ)=日志⁡F(X,ž|θ)-日志⁡q(ž|X,θ)=Ë[日志⁡F(X,ž|θ)-日志⁡q(ž|X,θ)|X]
žX=Xq(ž|X,θ⁰)θ 与溶液 θ 1,我们有 Ë [ 日志大号(θ 1 | X ,Ž )| X ,θ ⁰ ] + 日志π (θ 1)≥ Ë [ 日志大号(θ ⁰ | X ,Ž )| X ,θ ⁰ ] + 日志π (
Ë[日志⁡大号(θ|X,ž)|X,θ⁰]+日志⁡π(θ)
θ1个 而 È [ 日志q (Ž | X ,θ ⁰)| X ,θ ⁰ ] ≥ ë [ 日志q (Ž | X ,θ 1)| X ,θ ⁰ ] 由EM的标准参数。因此, ë [ 日志大号(θ 1 | X ,Ž )| X ,
Ë[日志⁡大号(θ1个|X,ž)|X,θ⁰]+日志⁡π(θ1个)≥Ë[日志⁡大号(θ⁰|X,ž)|X,θ⁰]+日志⁡π(θ⁰)
Ë[日志⁡q(ž|X,θ⁰)|X,θ⁰]≥Ë[日志⁡q(ž|X,θ1个)|X,θ⁰]
,并使用一个E步骤目标 ë [ 日志大号(θ | X ,Ž )| X ,θ ⁰ ] + 日志π (
Ë[日志⁡大号(θ1个|X,ž)|X,θ⁰]+日志⁡π(θ1个)≥Ë[日志⁡大号(θ⁰|X,ž)|X,θ⁰]+日志⁡π(θ⁰)
导致每M步的后验概率增加,这意味着改进的EM算法收敛到局部MAP。
Ë[日志⁡大号(θ|X,ž)|X,θ⁰]+日志⁡π(θ)

q()žË[升ØGq(。)]

我添加了一些解释,但是您应该在教科书中检查EM算法的派生,因为这是标准材料。
— 西安

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我认为显示单调递增的对数后验(或MLE的对数似然)不足以表明收敛至MAP估计值(或MLE)的固定点。例如,增量可以任意变小。在吴1983年的一篇著名论文中,下界函数的两个参数都具有可微性。

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