理论教育 重采样方法的优化步骤

重采样方法的优化步骤

时间:2023-07-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:当Neff<Nth时,权值退化较为严重,需要引入重采样步骤。经过重采样步骤,共产生N个权重为1/N的子代,由这些子代构成新的粒子集(j=1,2,…目前,常用的重采样策略有多项式重采样、残差重采样以及最小方差采样。重采样步骤在使样本权值均匀化之后,又引发了新的问题:权值较大的粒子复制产生的子代很多,而权值较小的粒子产生的子代很少,新粒子多样性减弱。

重采样方法的优化步骤

尽管序列重要性采样实现了以递推的方式对后验密度进行近似,但它存在致命缺陷:经过数次迭代后,某一个粒子的归一化权重系数趋近于1,而其他粒子的归一化权重系数均趋于0,这正是权值退化(Weight Degeneracy)问题。权值退化问题使得大量的运算浪费在毫无意义的粒子上,也使得粒子集无法表征后验概率密度。Kong等人提出以有效样本容量来表征权值退化的严重程度,在实际应用中,有效样本容量计算如下:

设定阈值Nth,通常取Nth=2N/3。当Neff<Nth时,权值退化较为严重,需要引入重采样步骤。

重采样的基本原理是根据粒子的权重大小决定其产生子代的多少,对权重大的粒子进行大量复制,产生较多的子代;对于权重小的粒子,则使其产生较少的子代。经过重采样步骤,共产生N个权重为1/N的子代,由这些子代构成新的粒子集(j=1,2,…,N)。目前,常用的重采样策略有多项式重采样、残差重采样以及最小方差采样。(www.daowen.com)

重采样步骤在使样本权值均匀化之后,又引发了新的问题:权值较大的粒子复制产生的子代很多,而权值较小的粒子产生的子代很少,新粒子多样性减弱。上述问题称为样本匮乏,激励噪声方差越小,该问题就越容易出现,这是因为重采样产生的粒子集经状态方程传播后不易“分散”开。增加足够多的粒子便能够解决样本匮乏问题,但是会引起计算量的急剧上升。实际中克服样本匮乏的常用方法有马尔可夫蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)移动步骤和正则化粒子滤波等。

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