无限隐Markov模型在缺失数据轴承退化趋势预测中的应用

相比较于在完整数据下设备性能退化预测,缺失数据下的预测是更加困难的,也是更有意义的。然而,现有的轴承性能退化预测方法都未考虑缺失数据下的预测,基于此,提出了一种基于无限隐马尔可夫模型的缺失数据下轴承退化预测方法。在提出的方法中,通过建立无限隐马尔可夫预测模型,预测了滚动轴承样本数据在振荡阶段所缺失的数据点,形成新的完整数据。同时,再使用建立的预测模型对新的完整数据进行单步预测。实验结果表明,与真实值对比,得到的预测数据具有较小的平均误差值;对比真实值、完整数据下的预测值和新的完整数据下的预测值,验证了提出方法的有效性,能够反映滚动轴承退化的变化趋势。提出的方法可为数据缺失下滚动轴承的退化趋势预测提供一种思路,具有重要的理论价值和工程应用价值。

一种基于隐Markov模型的网络安全态势感知方法研究

为了准确评估网络系统的安全状态,文章提出一种基于隐Markov模型(HMM)的网络安全态势感知方法。首先通过对系统多种安全检测数据融合,得到系统的网络结构、资产、威胁和脆弱性数据的规范化数据;接着对系统中的每个资产,将该资产受到的威胁和存在的脆弱性结合起来,分析影响该资产的安全事件序列,分别建立该资产保密性、完整性和可用性三个安全性分量的HMM,采用滑动窗口机制将观测序列分段训练,并采用带遗忘因子的更新算法得到HMM的各个参数;然后根据HMM和观测序列分析该资产安全状态,评估该资产的安全态势分量;最后综合分析网络中所有资产的安全态势分量,评估网络的安全态势分量,并根据应用背景评估网络的整体安全态势。实验分析表明,基于HMM的网络安全态势感知方法符合实际应用,评估结果准确有效。

基于无限因子隐Markov模型的旋转机械故障识别方法

在机械故障识别方面,因子隐Markov模型是目前常用的识别工具。无限因子隐Markov模型(IFHMM)是因子隐Markov模型(FHMM)的一种扩展形式,克服了因子隐Markov模型链条数往往事先假定的缺点。本研究将无限因子隐Markov模型(IFHMM)运用到旋转机械的升降速过程故障的诊断当中,提出了使用IFHMM作为诊断工具的旋转机械故障诊断方法,并与基于因子隐Markov模型的旋转机械故障诊断方法进行了对比,最后将提出的方法成功地应用到旋转机械的故障中。实验结果表明,提出的方法明显优于FHMM识别方法。

无限隐Markov模型理论及仿真研究

论述了传统隐Markov模型的理论及其存在的不足,并在此基础之上,阐明了无限隐Markov模型的理论及算法。在i HMM中,首先,从Dirichlet过程进行状态间转移概率的计算推导。然后,使用分层Dirichlet过程进行隐状态状态机制和生成机制的推理。其次,对模型超越参数的推理、优化和似然估计。还通过仿真实例对i HMM推理算法进行了验证,仿真结果表明i HMM具有很好的状态数目发掘能力,能够准确反映状态序列的结构特征。

基于无限特征选择层次链接无限隐Markov模型的轴承故障诊断方法研究

针对无限隐Markov故障诊断模型在对旋转机械中多种故障训练时割裂了各个数据集之间联系,造成每种故障数据集单独训练的问题,提出了一种层次链接无限隐Markov故障诊断模型。将层次链接无限隐Markov故障模型与无限特征选取后优化多尺度排列熵相结合,应用到滚动轴承故障诊断领域。无限特征算法能够高效地提取故障振动信号中包含的信息,进而完成对不同故障的分类。将获得的数据输入粒子群算法优化多尺度排列熵参数,并对其求得相应的多尺度排列熵值,经无限特征算法对得到的特征量进行排序,筛选出相比较下包含信息量大的特征量输入到层次链接无限隐Markov模型中训练与识别。在此基础上将结果与使用无限特征算法筛选无限隐Markov模型的训练识别结果、随机特征选择下的层次链接无限隐Markov模型结果作对比,实验研究表明:无限特征算法能有效提取更具价值的特征信息,层次链接无限隐Markov故障诊断模型能够更有效地识别,为滚动轴承的故障诊断提供了新的思路。

软件交互行为的可信性分析与态势预测研究

研究现代分布式软件系统中交互实体的行为可信性问题,关注运行期意图、情景、行为和行为效应之间的关系,采用先进的统计机器学习工具分析行为踪迹规律,提出了一个新的软件行为分析与态势预测方法.针对松散聚合的交互实体间可能产生新的交互事件和行为模式的问题,本文用分层Dirichlet过程和无限隐Markov模型对被监测的交互接口数据进行聚类确定未知交互事件,用含有未知事件的序列进行行为模式的半监督学习,由管理者将其添加到规则与知识库中.在确定未知事件和行为模式时,用Beam抽样方法较其他方法(如Gibbs抽样)有更高的数据抽样和推理效率.当知识库的行为模式达到一定规模时,系统便可以无监督地对交互行为进行分析和预测.本文用HMM的Viterbi算法分析当前交互事件的最佳序列,从而确定当前交互行为的善恶,对恶意行为及时报警,对非恶意行为的后续趋势进行主动预测.通过仿真实验证实了该方法在软件行为分析与预测上具有独特的优势.

考虑影响因素的隐马尔可夫模型在经济预测中的应用

定量预测方法分为因果预测法和时间序列预测法,因果预测法利用预测变量与其他变量之间的因果关系进行预测,时间序列预测法是根据预测变量历史数据的结构推断其未来值。由于因果预测法只利用某个变量与其他变量之间的因果关系,但缺少描述变量自身时间序列结构的功能;而时间序列预测法只能描述变量自身序列的结构,但没有考虑其他相关因素的影响,因此本文提出基于观测向量序列的隐马尔可夫模型(HMM)预测方法,该方法能同时考虑变量自身序列结构以及相关因素的影响。首先介绍HMM基本理论;其次,在模型训练、隐状态序列估计的基础上,提出基于观测向量序列HMM预测算法;最后分别进行仿真实验和实证研究,结果表明该方法的有效性。

小波和FHMM在旋转机械升降速过程中的应用

小波变换具有时频局部化的特点,可有效地用于非平稳信号的分析和处理。因子隐Markov模型(FHMM)是隐Markov模型(HMM)的扩展形式,适用于动态过程的时间序列的建模并具有强大的时序模式分类能力,特别适合非平稳、重复再现性不佳的信号分析。结合小波变换和FHMM,提出了基于小波变换的FHMM状态识别法,即从小波分解结构中提取一维信号的低频系数作为特征向量,以FHMM作为分类器,并进行实验研究。实验结果表明,该方法是有效的。

基于加速度轨迹图像的手势特征提取与识别

针对手势加速度识别中存在数据维度高、计算量大等问题,提出一种基于加速度轨迹图像的手势NMF特征提取与识别方法。通过Wiimote手柄获取手势动作的加速度信号,经过实时有效手势动作分割后,将加速度数据转换为手势轨迹图像,并用非负矩阵分解对手势加速度轨迹图像提取特征向量,最后构建离散隐马尔可夫模型实现目标手势识别。加速度手势轨迹图像转换及采用非负矩阵分解的特征提取方法将未知手势轨迹特征转换为低维子特征序列,降低了计算复杂度,实验表明,该方法能有效识别手势动作。

基于双因子高斯过程动态模型的声道谱转换方法

针对作者已经提出的双因子高斯过程隐变量模型(Two-factorGaussianprocesslatentvariablemodel,TF-GPLVM)用于语音转换时未考虑语音的动态特征,并且模型训练时需要估计的参数较多的问题,提出引入隐马尔科夫模型(Hidden Markov model,HMM)对语音动态特征进行建模,并利用HMM隐状态对各帧语音进行关于语义内容的概率软分类,建立了分离精度更高、运算负荷较小的双因子高斯过程动态模型(Two-factor Gaussian process dynamic model,TF-GPDM).基于此模型,设计了一种全新的基于说话人特征替换的语音声道谱转换方案.主、客观实验结果表明,无论是与传统的统计映射和频率弯折转换方法相比,还是与双因子高斯过程隐变量模型方法相比,本文方法都获得了语音质量和转换相似度的提升,以及两项性能的更佳平衡.

隐马尔可夫因子分析模型的半参数贝叶斯分析

因子模型在刻画潜在因素(因子)与观测变量间的影响关系并进而解释多元观测指标(变量)间的相关性方面具有重要作用.在实际应用中,观测数据往往呈现出时序变异多峰,偏态等特性.将经典的因子分析延伸到带有时齐隐马尔可夫模型的动力因子模型,并建立了半参数贝叶斯分析程序.分块GIBBS抽样器用以后验抽样.经验结果展示所建立的统计程序是有效的.

基于二阶HMM的中医诊断古文词性标注

针对传统隐马尔可夫模型(HMM)的词性标注存在捕获上下文信息有限的问题,提出一种改进的二阶隐马尔可夫模型。该模型考虑上下文联系,精确标注中医诊断文本。对训练过程中出现数组下溢的问题,采用生词处理及增加比例因子的方法对其加以修正。实验结果表明,改进后的二阶HMM比传统HMM模型具有更高的词性标注正确率。

主机系统安全实时风险量化评估方法的研究

为了评价主机系统的安全风险变化,建立了一个描述主机安全状态的隐马尔可夫模型.利用该模型计算主机处于被攻击状态的概率,分析了影响攻击执行过程的因素,提出了一种计算攻击成功概率的方法,并最终计算主机系统的风险指数.该方法可以动态获取主机系统的风险态势曲线,有利于指导安全管理人员调整安全策略.

动态距离权重因子的隐马尔可夫模型地图匹配算法

针对低频采样时地图匹配算法易出错、稳定性差等问题,提出了一种基于动态距离权重因子的隐马尔可夫模型地图匹配算法。引入动态距离权重因子优化路段检索区域,计算定位点与候选道路间的匹配度M,其数值较大的候选路段所对应的为最终确定的候选路段。研究结果表明:本文提出的匹配算法的单点匹配时间约为5.20 ms,匹配准确率可以达到90%以上,优于其他3种对比算法。

基于典型相关分析特征融合的人脸表情识别方法

针对目前大部分人脸表情识别算法中仅提取图像的某一类特征,导致特征参数不能全面反映脸部情感信息的问题,提出了一种基于特征融合和离散隐马尔可夫模型(HMM)识别的人脸表情识别方法。对同一个图像序列分别使用离散小波变换(DWT)和标准正交非负矩阵分解(ONMF)提取纹理信息,使用改进的主动表观模型(AAM)提取几何形变信息,再使用高维小样本下典型相关分析(CCA)对提取的两种特征进行特征融合,最后使用离散HMM来进行表情分类识别。实验结果表明,经过特征融合后,在较少特征向量维数下该方法能够达到较高的识别率和较快的识别速度。

基于因子分析的隐马尔可夫模型及其训练算法

虽然基于对角协方差矩阵高斯分布的隐马尔可夫模型(HiddenMarkovModelBasedonDiagonalGaussiandistributions,HMM-DG)目前在现代大词表连续语音识别系统中得到了广泛的应用,但HMM-DG在帧内特征相关(intra-framefeaturescorrelation)建模方面存在缺陷。该文将因子分析方法与HMM-DG的混合高斯建模相结合,提出了一种具有弹性的帧内特征相关隐马尔可夫模型框架—基于因子分析的隐马尔可夫模型(HiddenMarkovModelBasedonFactorAnalysis,HMM-FA),并导出了HMM-FA的训练算法。仿真实验表明:在相同的条件下,HMM-FA的性能优于HMM-DG。

期望最大算法及其应用(2)

EM算法是实现极大似然估计的一种有效方法,主要用于非完全数据的参数估计。文章的第一部分已经详细介绍了算法的基本原理,这部分内容着重介绍算法的各种应用,特别是高斯混合模型、隐马尔科夫模型和因子分析中的参数估计。

带有缺失数据的纵向隐马尔可夫因子模型的贝叶斯分析

隐马尔可夫因子模型在刻画多元纵向数据的关联性和异质性具有重要作用.在实际应用中,观测数据往往呈现缺失数据.本文在纵向框架内,对缺失的数据提出了一个建模.使用一个多项模型去拟合缺失数据指标,并提出用一系列一维条件分布的联合分布来建模.每个一维条件分布不仅取决于当前变量的观测值,而且也糅合以前的观测值和丢失的信息.在贝叶斯框架内,马尔可夫链蒙特卡罗方法用于实现后验分析.带有Metropolis-Hastings算法的Gibbs采样器被用来从相关的满条件分布中抽取随机样本.后验推断基于这些模拟观测值进行展开.我们进行了模拟研究.实证结果表明,所提出的方法在模型是正确指定时是十分有效的,而且对模型偏移也具有一定的稳健性.

基于因子分解机和隐马尔可夫的推荐算法

因子分解机是一种基于矩阵分解的机器学习方法,通过在矩阵中引入上下文信息,构建含有上下文信息的矩阵,能够很好地进行用户评分预测。隐马尔可夫模型是一种含有隐含未知参数的统计模型,使用隐藏状态能够更好地符合实际情况。传统的推荐算法在进行推荐时通常并没有引入上下文信息,这通常会影响推荐算法的效果。鉴于上下文感知推荐算法通常能有效提高推荐精度,文中通过对推荐系统引入上下文信息并为用户添加用户隐藏兴趣状态,能够更精确地对用户进行推荐。为此,提出了一种结合因子分解机和隐马尔可夫模型的方法。在公开数据集上的验证结果表明,该方法相较于一些传统的推荐算法能够有效地提升推荐精度,并且在数据量增加的情况下也有较高的推荐精度。

基于混合因子分析的隐马尔可夫模型

经典隐马尔可夫模型用于语音识别存在的两个主要缺陷是“离散状态假设”和“独立分布假设”。前者忽略了语音信号的非平稳性,后者忽略了语音信号的相关性。文章将混合因子分析方法用于语音建模,提出了基于混合因子分析的隐马尔可夫模型框架,并用动态贝叶斯网络形象地表示。该模型框架不仅从理论上解决了上述问题,而且给出许多语音建模的选择。目前广泛使用的统计声学模型均可视为该模型的特例。