3.1 贝叶斯网络构建算法
算法3.1：构建完全连接图算法
输入：样本数据D ；一组n 个变量V={V l ，V 2，…，V n }变量。 输出：一个完全连接图S
算法：
1、 连接任意两个节点，即连接边 L ij=1，i ≠j 。
2、 为任一节点V i 邻接点集合赋值，B i= V\{V i }。
算法3.2：构建最小无向图算法
输入：样本数据D ；一组n 个变量V={V l ，V 2，…，V n }变量。及算法3.1中得到的邻接点集B i ，连接边集 L ij
先验知识：节点V i ,V j 间连接边是否存在
变量说明：L 为连接边，|L|=n(n –1)/2为连接边的数量，B i 表示变量V i 的直接邻近集，|B i |表示与变量B i 相邻的变量数。(V i ⊥V j |Z)表示V i 和V j 在Z 条件下条件独立，设∧(X ，Y)表示变量X 和Y 的最小d-分离集。
输出：最小无向图S
1、根据先验知识，如果V i 和V j 不相连接，则L ij =0 .
2、对任一相连接边，即L ij ≠0，根据式（3-12）计算互信息I （V i ,V j ）
),(Y X I =))()(|),((y p x P y x p D =?????
?)()(),(log ),(Y p X p Y X p E y x P (3-12) if I （V i ,V j ）ε≤ then
{ L ij =0 //V i 和V j 不相连接
B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i 和V j 邻接集
}
else I ij = I （V i ,V j ） //节点V i 和V j 互信息值
3、对所有连接边，并按I ij 升序排序
4、如果连接边集L ij 不为空，那么按序选取连接边L ij ,否则 goto 10 if |B i |≥ |B j |，令Z= B i else Z= B j //为后面叙述方便，这里先假设|B i |≥ |B j |
5、逐一计算L ij 的一阶条件互信息I(V i ,V j |Z 1)，Z 1={Y k }, Y k ∈Z,
if I(V i ,V j |Z 1)ε≤ then
{ L ij =0 //V i 和V j 关于Z 1条件独立
B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i 和V j 邻接集
d ij = Z 1 //L ij 最小d 分离集为Z 1
goto 4
}
elseif I ij> I(V i,V j |Z1) then I ij= I(V i,V j |Z1)
6、逐一计算L ij的二阶条件互信息I(V i,V j |Z1)，Z2=Z\{Y k, Y l },
其中Y k ,Y l∈Z, k≠l if I(V i,V j |Z2)ε
≤then
{ L ij=0 //V i和V j关于Z2条件独立
B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i和V j邻接集
d ij= Z1 //L ij最小d分离集为Z2
goto 4
}
elseif I ij> I(V i,V j |Z2) then I ij= I(V i,V j |Z2)
7、逐一计算L ij的n-1阶条件互信息I(V i,V j |Z n-1)，Z n-1=Z\{Y k}, Y k∈Z
if I(V i,V j | Z n-1)ε
≤then
{ L ij=0 //V i和V j关于Z n-1条件独立
B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i和V j邻接集
d ij= Z n-1 //L ij最小d分离集为Z n-1
goto 4
}
elseif I ij> I(V i,V j | Z n-1) then I ij= I(V i,V j | Z n-1)
8、逐一计算L ij的n阶条件互信息I(V i,V j |Z ni)，Z ni=B i
if I(V i,V j | Z ni)ε
≤then
{ L ij=0 //V i和V j关于Z ni条件独立
B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i和V j邻接集
d ij= Z ni //L ij最小d分离集为Z ni
goto 4
}
elseif I ij> I(V i,V j | Z ni) then I ij= I(V i,V j | Z ni)
9、逐一计算L ij的n阶条件互信息I(V i,V j |Z nj)，Z nj=B j
if I(V i,V j | Z nj)ε
≤then
{ L ij=0 //V i和V j关于Z nj条件独立
B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i和V j邻接集
d ij= Z nj //L ij最小d分离集为Z nj
}
elseif I ij> I(V i,V j | Z nj) then I ij= I(V i,V j | Z nj)
goto 4
10、对于2中得到的不相连接边L ij=0
if |B i|≥|B j|，令d ij= B i else d ij= B j //为L ij赋最小d分离集
算法3.3：基于规则一的最小无向图边定向算法
输入：样本数据D；一组n个变量V={V l，V2，…，V n}变量。及算法3.2中得到的B i , L ij，∧( V i, V j)集d ij
专家知识：D ij=1，表示表示变量对(V i,V j)之间存在有向连接V i→V j。
1、根据先验知识，if D ij=1 then V i→V j
2、对于X=V i, Y= V j，Z= V k，（i,j,k互不相等）穷举出所有三元组变量(X,Y, Z)
//根据算法3.1，3.2的结果可以检测三元组的合法性，大大减少三元组数目
3、if 三元组集不为空，依次选取一组三元组(X,Y, Z) else go to end
if (L xz =1 , L yz =1 , L xy=0) and Z?d xy then
D xz=1, D yk=1, X→Z←Y
三元组(X,Y, Z)标志为已处理
else goto 3
算法3.4：基于规则二的最小无向图边定向算法
输入：样本数据D；一组n个变量V={V l，V2，…，V n}变量。算法3.2中得到的L ij。算法3.3中得到未处理的三元组集(X,Y, Z)及及连接边集D ij
1、Do While 三元组集不为空
依次选取一组三元组(X,Y, Z)
if D xz =1 , L yz =1 , L xy=0 then
D xz=1, D zy=1, X→Z→Y
Loop
算法3.5：基于规则三的最小无向图边定向算法
输入：样本数据D；一组n个变量V={V l，V2，…，V n}变量。算法3.2中得到的L ij。算法3.4中得到未处理的二元组集（X,Y）及连接边集D ij
1、列举所有未定向的连接边集二元组（X,Y），即L xy=1 and D xy≠1
2、while 二元组不为空then
{
依次选取一二元组(X,Y)
if (X∈Y) then X→Y, D xy=1
}
算法3.6：基于MAP-MDL全局最优搜索网络结构S的算法
输入：样本数据D；一组n个变量V={V l，V2，…，V n}变量。算法3.2中得到的L ij。算法3.4中得到连接边集D ij及相应边的方向
输出：所有连接边的方向D ij，即求最佳网络结构S
1、列举变量D ij≠1的所有未确定边的所有可能连接方向的组合O
2、if O不为空then 依次从集合O i中选取一组有向边集,构成结构S i
else 结束。
Γ
3、根据D ij及O i，始化结构S i各节点的V i的父代集
i
4、if 当前结构S i存在回路then goto 2
else L(D, S i)=-log2 P(D|S i)+L(S i) //对结构S i; 由式(3-24)计算L(D, S i)
goto 2
5、选取Min(L(D, S i))及其所对应的结构S i，令S M= S i，L M= L(D, S i)。
算法3.7：寻找遗失边优化算法伪代码
本算法寻找在前面算法中丢失的有向连接L m，保证了网络结构的完备性。
输入：样本数据D；一组n个变量V={V l，V2，…，V n}变量。算法3.2中得到的L ij。
Γ
算法3.6中得到有向连接边集D ij及最小L M，节点的V i的父代集
i
输出：寻找遗失边D ij，即求最佳网络结构S m
1、while 算法3.2中得到的不相连接边集(L ij=0) 不为空
{
2、依次从连接边集中取得一条边L ij，设X=V i,Y=V j
3、结构S M增加一条边, X→Y或Y→X,生成新的结构S m
4、更新节点X或Y的父代集
5、if 结构S m不存在回路then
L(D, S m)=-log2 P(D|S m)+L(S m) //对结构S m由式(3-24)计算L(D, S m)
If L M>L m then L M=L m ,S M=S m ,D ij=1,更新父节点集
}
算法3.8：删除冗余边优化算法伪代码
本算法删除在前面算法中得到的有向连接D ij中的冗余，保证了网络结构的简洁性、准确性。
输入：样本数据D；一组n个变量V={V l，V2，…，V n}变量。算法3.2中得到的L ij。
Γ
算法3.7中得到有向连接边集D ij及最小L M，节点的V i的父代集
i
输出：删除遗失边D ij，即求最佳网络结构S m
1、while 有向连接边集D ij不为空
{
2、依次取得有向连接边集D ij，删除有向连接边D ij，构成新的结构S m
3、if S m为有效连接图模型then
L(D, S m)=-log2 P(D|S m)+L(S m) //对结构S m由式(3-24)计算L(D, S m)
If L M>L m then L M=L m ,S M=S m ,D ij=0, L ij=0,更新父节点集}
如何使用贝叶斯网络工具箱 2004-1-7版 翻译：By 斑斑（QQ：23920620） 联系方式：banban23920620@https://www.doczj.com/doc/29965527.html, 安装 安装Matlab源码 安装C源码 有用的Matlab提示 创建你的第一个贝叶斯网络 手工创建一个模型 从一个文件加载一个模型 使用GUI创建一个模型 推断 处理边缘分布 处理联合分布 虚拟证据 最或然率解释 条件概率分布 列表（多项式）节点 Noisy-or节点 其它（噪音）确定性节点 Softmax（多项式 分对数）节点 神经网络节点 根节点 高斯节点 广义线性模型节点 分类 / 回归树节点 其它连续分布 CPD类型摘要 模型举例 高斯混合模型 PCA、ICA等 专家系统的混合 专家系统的分等级混合 QMR 条件高斯模型 其它混合模型
参数学习 从一个文件里加载数据 从完整的数据中进行最大似然参数估计 先验参数 从完整的数据中（连续）更新贝叶斯参数 数据缺失情况下的最大似然参数估计（EM算法） 参数类型 结构学习 穷举搜索 K2算法 爬山算法 MCMC 主动学习 结构上的EM算法 肉眼观察学习好的图形结构 基于约束的方法 推断函数 联合树 消元法 全局推断方法 快速打分 置信传播 采样（蒙特卡洛法） 推断函数摘要 影响图 / 制定决策 DBNs、HMMs、Kalman滤波器等等
安装 安装Matlab代码 1.下载FullBNT.zip文件。 2.解压文件。 3.编辑"FullBNT/BNT/add_BNT_to_path.m"让它包含正确的工作路径。 4.BNT_HOME = 'FullBNT的工作路径'; 5.打开Matlab。 6.运行BNT需要Matlab版本在V5.2以上。 7.转到BNT的文件夹例如在windows下，键入 8.>> cd C:\kpmurphy\matlab\FullBNT\BNT 9.键入"add_BNT_to_path"，执行这个命令。添加路径。添加所有的文件夹在Matlab的路 径下。 10.键入"test_BNT"，看看运行是否正常，这时可能产生一些数字和一些警告信息。（你可 以忽视它）但是没有错误信息。 11.仍有问题？你是否编辑了文件？仔细检查上面的步骤。
最近发现很多公司招聘数据挖掘的职位都提到贝叶斯分类，其实我不太清楚他们是要求理解贝叶斯分类算法，还是要求只需要通过工具（SPSS，SAS，Mahout）使用贝叶斯分类算法进行分类。 反正不管是需求什么都最好是了解其原理，才能知其然，还知其所以然。我尽量简单的描述贝叶斯定义和分类算法，复杂而有全面的描述参考“数据挖掘：概念与技术”。贝叶斯是一个人，叫（Thomas Bayes），下面这哥们就是。 本文介绍了贝叶斯定理，朴素贝叶斯分类算法及其使用MapReduce实现。 贝叶斯定理 首先了解下贝叶斯定理 P X H P(H) P H X= 是不是有感觉都是符号看起来真复杂，我们根据下图理解贝叶斯定理。 这里D是所有顾客（全集），H是购买H商品的顾客，X是购买X商品的顾客。自然X∩H是即购买X又购买H的顾客。 P(X) 指先验概率，指所有顾客中购买X的概率。同理P(H)指的是所有顾客中购买H 的概率，见下式。
X P X= H P H= P(H|X) 指后验概率，在购买X商品的顾客，购买H的概率。同理P(X|H)指的是购买H商品的顾客购买X的概率，见下式。 X∩H P H|X= X∩H P X|H= 将这些公式带入上面贝叶斯定理自然就成立了。 朴素贝叶斯分类 分类算法有很多，基本上决策树，贝叶斯分类和神经网络是齐名的。朴素贝叶斯分类假定一个属性值对给定分类的影响独立于其他属性值。 描述： 这里有个例子假定我们有一个顾客X（age = middle，income=high，sex =man）：?年龄（age）取值可以是：小（young），中（middle），大（old） ?收入（income）取值可以是：低（low），中（average），高（high） ?性别（sex）取值可以是：男（man），女（woman） 其选择电脑颜色的分类标号H：白色（white），蓝色（blue），粉色（pink） 问题： 用朴素贝叶斯分类法预测顾客X，选择哪个颜色的分类标号，也就是预测X属于具有最高后验概率的分类。 解答： Step 1 也就是说我们要分别计算X选择分类标号为白色（white），蓝色（blue），粉色（pink）的后验概率，然后进行比较取其中最大值。 根据贝叶斯定理
3.1 贝叶斯网络构建算法 算法3.1：构建完全连接图算法 输入：样本数据D ；一组n 个变量V={V l ，V 2，…，V n }变量。 输出：一个完全连接图S 算法： 1、 连接任意两个节点，即连接边 L ij=1，i ≠j 。 2、 为任一节点V i 邻接点集合赋值，B i= V\{V i }。 算法3.2：构建最小无向图算法 输入：样本数据D ；一组n 个变量V={V l ，V 2，…，V n }变量。及算法3.1中得到的邻接点集B i ，连接边集 L ij 先验知识：节点V i ,V j 间连接边是否存在 变量说明：L 为连接边，|L|=n(n –1)/2为连接边的数量，B i 表示变量V i 的直接邻近集，|B i |表示与变量B i 相邻的变量数。(V i ⊥V j |Z)表示V i 和V j 在Z 条件下条件独立，设∧(X ，Y)表示变量X 和Y 的最小d-分离集。 输出：最小无向图S 1、根据先验知识，如果V i 和V j 不相连接，则L ij =0 . 2、对任一相连接边，即L ij ≠0，根据式（3-12）计算互信息I （V i ,V j ） ),(Y X I =))()(|),((y p x P y x p D =????? ?)()(),(log ),(Y p X p Y X p E y x P (3-12) if I （V i ,V j ）ε≤ then { L ij =0 //V i 和V j 不相连接 B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i 和V j 邻接集 } else I ij = I （V i ,V j ） //节点V i 和V j 互信息值 3、对所有连接边，并按I ij 升序排序 4、如果连接边集L ij 不为空，那么按序选取连接边L ij ,否则 goto 10 if |B i |≥ |B j |，令Z= B i else Z= B j //为后面叙述方便，这里先假设|B i |≥ |B j | 5、逐一计算L ij 的一阶条件互信息I(V i ,V j |Z 1)，Z 1={Y k }, Y k ∈Z, if I(V i ,V j |Z 1)ε≤ then { L ij =0 //V i 和V j 关于Z 1条件独立 B i= V\{V j }, B j= V\{V i } //调整V i 和V j 邻接集 d ij = Z 1 //L ij 最小d 分离集为Z 1 goto 4
贝叶斯网络 一.简介 贝叶斯网络又称信度网络，是Bayes方法的扩展，目前不确定知识表达和推理领域最有效的理论模型之一。从1988年由Pearl提出后，已知成为近几年来研究的热点.。一个贝叶斯网络是一个有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG),由代表变量节点及连接这些节点有向边构成。节点代表随机变量，节点间的有向边代表了节点间的互相关系(由父节点指向其后代节点)，用条件概率进行表达关系强度，没有父节点的用先验概率进行信息表达。节点变量可以是任何问题的抽象，如：测试值，观测现象，意见征询等。适用于表达和分析不确定性和概率性的事件，应用于有条件地依赖多种控制因素的决策，可以从不完全、不精确或不确定的知识或信息中做出推理。 二. 贝叶斯网络建造 贝叶斯网络的建造是一个复杂的任务，需要知识工程师和领域专家的参与。在实际中可能是反复交叉进行而不断完善的。面向设备故障诊断应用的贝叶斯网络的建造所需要的信息来自多种渠道，如设备手册，生产过程，测试过程，维修资料以及专家经验等。首先将设备故障分为各个相互独立且完全包含的类别（各故障类别至少应该具有可以区分的界限），然后对各个故障类别分别建造贝叶斯网络模型，需要注意的是诊断模型只在发生故障时启动，因此无需对设备正常状态建模。通常设备故障由一个或几个原因造成的，这些原因又可能由一个或几个更低层次的原因造成。建立起网络的节点关系后，还需要进行概率估计。具体方法是假设在某故障原
因出现的情况下，估计该故障原因的各个节点的条件概率，这种局部化概率估计的方法可以大大提高效率。 三. 贝叶斯网络有如下特性 1. 贝叶斯网络本身是一种不定性因果关联模型。贝叶斯网络与其他决策模型不同，它本身是将多元知识图解可视化的一种概率知识表达与推理模型，更为贴切地蕴含了网络节点变量之间的因果关系及条件相关关系。 2. 贝叶斯网络具有强大的不确定性问题处理能力。贝叶斯网络用条件概率表达各个信息要素之间的相关关系，能在有限的，不完整的，不确定的信息条件下进行学习和推理。 3. 贝叶斯网络能有效地进行多源信息表达与融合。贝叶斯网络可将故障诊断与维修决策相关的各种信息纳入网络结构中，按节点的方式统一进行处理，能有效地按信息的相关关系进行融合。 目前对于贝叶斯网络推理研究中提出了多种近似推理算法，主要分为两大类：基于仿真方法和基于搜索的方法。在故障诊断领域里就我们水电仿真而言，往往故障概率很小，所以一般采用搜索推理算法较适合。就一个实例而言，首先要分析使用那种算法模型： a.)如果该实例节点信度网络是简单的有向图结构，它的节点数目少的情况下，采用贝叶斯网络的精确推理，它包含多树传播算法，团树传播算法，图约减算法，针对实例事件进行选择恰当的算法； b.)如果是该实例所画出节点图形结构复杂且节点数目多，我们可采用近似推理算法去研究，具体实施起来最好能把复杂庞大的网络进行化简，然后在与精确推理相结合来考虑。
matlab贝叶斯神经网络工具箱的下载安装与使用 前言：其实通过Matlab神经网络工具的一些命令组合，可以轻易实现贝叶斯神经网络工具箱的功能，这里所讲的贝叶斯神经网络工具箱是有第三方开放，比较容易使用的贝叶斯神经网络工具箱。 备注(by math)：另外一个工具箱PRtools(中文翻译：模式识别工具箱）也可以实现贝叶斯神经网络工具箱的所有功能，而且PRtools的工具箱功能更强，我会在另外一个帖子里再介绍PRtools模式识别工具箱。 Matlab的Bayes贝叶斯神经网络工具箱是Kevin Murphy开发的，最近一次的更新时间是在2007年，此工具的开发，得到了Intel员工的协助！ 一，下载： 请直接点此下载，或者点此下载附件FullBNT-1.0.4.zip(2.13MB) 二，安装： 解压刚刚下载的zip文件，把你刚才所解压的路径，添加到Matlab的Path里.打开Matlab,在命令行下输入： >>cd C:\Users\JasonZhang\Desktop\FullBNT-1.0.4%设置成你自己的路径>>addpath(genpathKPM(pwd)); 这时候，你会看到一大推的warning,原因是这个工具箱里的有些函数与MATLAB 自带的函数名字一样，会出现冲突。 我个人的建议是，先记下这些冲突的函数，以后发现程序冲突的时候，可以临时把刚刚添加的path从matlab的path中删除掉。如果你用到此工具箱，再添加这个路径。 如果想测试添加是否成功，在命令下面输入： >>test_BNT 即使有时候出现错误信息也没有关系，通常是由于MATLAB版本更新引起的，有些函数(比如说isfinite)在旧的版本里有，新的版本里就换了，只要看一下MATLAB的更新历史，去把相应的函数换掉即可。 三、使用matlab贝叶斯神经网络工具箱 matlab贝叶斯神经网络工具箱有完整的帮助文件，请点击这里阅读，或者下载此文件How to use the Bayes Net Toolbox.pdf(407.53KB)
close all clear echo on clc % NEWFF——生成一个新的前向神经网络 % TRAIN——对BP 神经网络进行训练 % SIM——对BP 神经网络进行仿真 pause % 敲任意键开始 clc % 定义训练样本矢量 % P 为输入矢量 sqrs=[0.0000016420520 0.0000033513140 0.0000051272540 0.0000069694860 0.0000088776310 0.0000139339960 -0.0000594492310 -0.0001080022920 -0.0001476714860 ... 0.0000112367340 0.0002021567880 0.0008695337800 -0.0001189929700 -0.0000912336690 0.0002160472130 0.0006358522040 0.0012365884200 0.0049930394010 ]./0.001657904949 ; sqjdcs=[0.0000399039272 0.0000805129702 0.0001218448339 0.0001639173001 0.0002067504102 0.0003172835720 0.0000421189848 0.0000870310694 0.0001350858140 ... 0.0001866997652 0.0002423599348 0.0004033628719 0.0000394450224 0.0000830935373 0.0001317612004 0.0001864881262 0.0002486249700 0.0004497441812 ]./0.000533286; sqglmj=[0.0000068430669 0.0000147605347 0.0000240097285 0.0000349372747 0.0000480215187 0.0000954580176 0.0000005804238 0.0000011640375 0.0000017508228 ... 0.0000023407605 0.0000029338317 0.0000044301058 0.0000030813582 0.0000071511410 0.0000126615618 0.0000203910217 0.0000318028637 0.0001118629438 ]./0.000034868299 ; s1=[0.0001773503110 0.0003553133430 0.0005338922010 0.0007130899610 0.0008929096590 0.00#### 0.0005747667510 0.0012111415700 0.0019195724060 ... 0.0027130110200 0.0036077110840 0.0064386221260 0.0005056929850 0.0010189193420 0.00#### 0.0020685403470 0.0026052286500 0.0039828224110 ]./0.00275071; %s2=[25.9167875445 24.0718476818 22.2364947192 20.4105777318 18.5939487791 14.0920619223 990.2535888432 1040.4661104131 1096.3830297389 1159.029******* ... % 1229.6925839338 1453.3788619676 164.1136642277 142.4834641073 121.6137611080 101.4436832756 81.9180522413 35.6044841634]; glkyl=[1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3];
贝叶斯网络 2007-12-27 15:13 贝叶斯网络 贝叶斯网络亦称信念网络(Belief Network)，于1985 年由Judea Pearl 首先提出。它是一种模拟人类推理过程中因果关系的不确定性处理模型，其网络拓朴结构是一个有向无环图(DAG)。它的节点用随机变量或命题来标识，认为有直接关系的命题或变量则用弧来连接。例如，假设结点E 直接影响到结点H，即E→H，则建立结点E 到结点H 的有向弧(E,H)，权值(即连接强度)用条件概率P(H/E)来表示，如图所示： 一般来说，有 n 个命题 x1,x2,,xn 之间相互关系的一般知识可用联合概率分布来描述。但是，这样处理使得问题过于复杂。Pearl 认为人类在推理过程中，知识并不是以联合概率分布形表现的，而是以变量之间的相关性和条件相关性表现的，即可以用条件概率表示。如 例如，对如图所示的 6 个节点的贝叶斯网络，有 一旦命题之间的相关性由有向弧表示，条件概率由弧的权值来表示，则命题之间静态结构关系的有关知识就表示出来了。当获取某个新的证据事实时，要对每个命题的可能取值加以综合考查，进而对每个结点定义一个信任度，记作 Bel(x)。可规定 Bel(x) = P(x=xi / D) 来表示当前所具有的所有事实和证据 D 条件下，命题 x 取值为 xi 的可信任程度，然后再基于 Bel 计算的证据和事实下各命题
的可信任程度。 团队作战目标选择 在 Robocode 中，特别在团队作战中。战场上同时存在很多机器人，在你附近的机器人有可能是队友，也有可能是敌人。如何从这些复杂的信息中选择目标机器人，是团队作战的一大问题，当然我们可以人工做一些简单的判断，但是战场的信息是变化的，人工假定的条件并不是都能成立，所以让机器人能自我选择，自我推理出最优目标才是可行之首。而贝叶斯网络在处理概率问题上面有很大的优势。首先，贝叶斯网络在联合概率方面有一个紧凑的表示法，这样比较容易根据一些事例搜索到可能的目标。另一方面，目标选择很容易通过贝叶斯网络建立起模型，而这种模型能依据每个输入变量直接影响到目标选择。 贝叶斯网络是一个具有概率分布的有向弧段（DAG）。它是由节点和有向弧段组成的。节点代表事件或变量，弧段代表节点之间的因果关系或概率关系，而弧段是有向的，不构成回路。下图所示为一个简单的贝叶斯网络模型。它有 5 个节 点和 5 个弧段组成。图中没有输入的 A1 节 点称为根节点，一段弧的起始节点称为其末节点的母节点，而后者称为前者的子节点。 简单的贝叶斯网络模型 贝叶斯网络能够利用简明的图形方式定性地表示事件之间复杂的因果关系或概率关系，在给定某些先验信息后，还可以定量地表示这些关系。网络的拓扑结构通常是根据具体的研究对象和问题来确定的。目前贝叶斯网络的研究热点之一就是如何通过学习自动确定和优化网络的拓扑结构。 变量 由上面贝叶斯网络模型要想得到理想的目标机器人，我们就必须知道需要哪些输入变量。如果想得到最好的结果，就要求我们在 Robocode 中每一个可知的数据块都要模拟为变量。但是如果这样做，在贝叶斯网络结束计算时，我们会得到一个很庞大的完整概率表，而维护如此庞大的概率表将会花费我们很多的系统资源和计算时间。所以在开始之前我们必须要选择最重要的变量输入。这样从比赛中得到的关于敌人的一些有用信息有可能不会出现在贝叶斯网络之内，比如速
收稿日期:2004-01-23。 项目来源:国家自然科学基金资助项目(60175022)。 第29卷第4期2004年4月武汉大学学报#信息科学版 Geomatics and Information Science of Wuhan U niversity V ol.29No.4Apr.2004 文章编号:1671-8860(2004)04-0315-04文献标识码:A 贝叶斯网络结构学习及其应用研究 黄解军1 万幼川1 潘和平 1 (1 武汉大学遥感信息工程学院,武汉市珞喻路129号,430079) 摘 要:阐述了贝叶斯网络结构学习的内容与方法,提出一种基于条件独立性(CI)测试的启发式算法。从完全潜在图出发,融入专家知识和先验常识,有效地减少网络结构的搜索空间,通过变量之间的CI 测试,将全连接无向图修剪成最优的潜在图,近似于有向无环图的无向版。通过汽车故障诊断实例,验证了该算法的可行性与有效性。 关键词:贝叶斯网络;结构学习;条件独立性;概率推理;图论中图法分类号:T P18;T P311 贝叶斯网络学习是贝叶斯网络的重要研究内容,也是贝叶斯网络构建中的关键环节,大体分为结构学习和参数学习两个部分。由于网络结构的空间分布随着变量的数目和每个变量的状态数量呈指数级增长,因此,结构学习是一个NP 难题。为了克服在构建网络结构中计算和搜索的复杂性,许多学者进行了大量的探索性工作[1~5]。至今虽然出现了许多成熟的学习算法,但由于网络结构空间的不连续性、结构搜索和参数学习的复杂性、数据的不完备性等特点,每种算法都存在一定的局限性。本文提出了一种新算法,不仅可以有效地减少网络结构的搜索空间,提高结构学习的效率,而且可避免收敛到次优网络模型的问题。 1 贝叶斯网络结构学习的基本理论 1.1 贝叶斯网络结构学习的内容 贝叶斯网络又称为信念网络、概率网络或因果网络[6] 。它主要由两部分构成:1有向无环图(directed acyclic graph,DAG),即网络结构,包括节点集和节点之间的有向边,每个节点代表一个变量,有向边代表变量之间的依赖关系;o反映变量之间关联性的局部概率分布集,即概率参数,通常称为条件概率表(conditional probability table,CPT),概率值表示变量之间的关联强度或置信度。贝叶斯网络结构是对变量之间的关系描 述,在具体问题领域,内部的变量关系形成相对稳定的结构和状态。这种结构的固有属性确保了结构学习的可行性,也为结构学习提供了基本思路。贝叶斯网络结构学习是一个网络优化的过程,其目标是寻找一种最简约的网络结构来表达数据集中变量之间的关系。对于一个给定问题,学习贝叶斯网络结构首先要定义变量及其构成,确定变量所有可能存在的状态或权植。同时,要考虑先验知识的融合、评估函数的选择和不完备数据的影响等因素。 1.2 贝叶斯网络结构学习的方法 近10年来,贝叶斯网络的学习理论和应用取得了较大的进展。目前,贝叶斯网络结构学习的方法通常分为两大类:1基于搜索与评分的方法,运用评分函数对网络模型进行评价。通常是给定一个初始结构(或空结构),逐步增加或删减连接边,改进网络模型,从而搜索和选择出一个与样本数据拟合得最好的结构。根据不同的评分准则,学习算法可分为基于贝叶斯方法的算法[3,7]、基于最大熵的算法[8]和基于最小描述长度的算法[1,2]。o基于依赖关系分析的方法,节点之间依赖关系的判断通过条件独立性(CI )测试来实现,文献[9,10]描述的算法属于该类算法。前者在DAG 复杂的情况下,学习效率更高,但不能得到一个最优的模型;后者在数据集的概率分布与DAG 同构的条件下,通常获得近似最优的模型[11],
贝叶斯网络 提纲： 最近工作： B-COURSE工具学习 BNT研究与学习 BNT相关实验及结果 手动建立贝叶斯网及简单推理 参数学习 结构学习 下一步工作安排 最近工作： 1． B-COURSE 工具学习 B-COURSE是一个供教育者和研究者免费使用的web贝叶斯网络工具。主要分为依赖关系建模和分类器模型设计。输入自己的研究数据，就可以利用该工具在线建立模型，并依据建立好的模型进行简单推理。 B-COURSE要求数据格式是ASCII txt格式的离散数据，其中第一行是各种数据属性变量，其余各行则是采集的样本，属性变量值可以是字符串也可以是数据，属性变量之间用制表符分割，缺失属性变量值用空格代替。读入数据后，在进行结构学习前，可以手动的选择需
要考虑的数据属性！生成过程中，可以手动确定模型，确定好模型后，可以选择JAVA playgroud，看到一个java applet程序，可以手动输入相应证据，从而进行简单推理。 B-COURSE的详细使用介绍，可详见 [url]http://b-course.cs.helsinki.fi/obc/[/url]。 B-COURSE工具隐藏了数据处理，算法实现等技术难点，所以对初学者来说，容易上手。但是却不能够针对不同的应用进行自主编程，缺乏灵活性。 2．贝叶斯网工具箱BNT的研究与学习 基于matlab的贝叶斯网络工具箱BNT是kevin p.murphy基于matlab语言开发的关于贝叶斯网络学习的开源软件包，提供了许多贝叶斯网络学习的底层基础函数库，支持多种类型的节点（概率分布）、精确推理和近似推理、参数学习及结构学习、静态模型和动态模型。 贝叶斯网络表示：BNT中使用矩阵方式表示贝叶斯网络，即若节点i到j有一条弧，则对应矩阵中（i，j）值为1，否则为0。 结构学习算法函数：BNT中提供了较为丰富的结构学习函数，都有： 1. 学习树扩展贝叶斯网络结构的TANC算法learn_struct_tan(). 2. 数据完整条件下学习一般贝叶斯网络结构的K2算法 learn_struct_k2()、贪婪搜索GS（greedy search）算法
用于运动识别的聚类特征融合方法和装置 提供了一种用于运动识别的聚类特征融合方法和装置，所述方法包括：将从被采集者的加速度信号 中提取的时频域特征集的子集内的时频域特征表示成以聚类中心为基向量的线性方程组；通过求解线性方程组来确定每组聚类中心基向量的系数；使用聚类中心基向量的系数计算聚类中心基向量对子集的方差贡献率；基于方差贡献率计算子集的聚类中心的融合权重；以及基于融合权重来获得融合后的时频域特征集。 加速度信号 →时频域特征 →以聚类中心为基向量的线性方程组 →基向量的系数 →方差贡献率 →融合权重 基于特征组合的步态行为识别方法 本发明公开了一种基于特征组合的步态行为识别方法，包括以下步骤：通过加速度传感器获取用户在行为状态下身体的运动加速度信息；从上述运动加速度信息中计算各轴的峰值、频率、步态周期和四分位差及不同轴之间的互相关系数；采用聚合法选取参数组成特征向量；以样本集和步态加速度信号的特征向量作为训练集，对分类器进行训练，使的分类器具有分类步态行为的能力；将待识别的步态加速度信号的所有特征向量输入到训练后的分类器中，并分别赋予所属类别，统计所有特征向量的所属类别，并将出现次数最多的类别赋予待识别的步态加速度信号。实现简化计算过程，降低特征向量的维数并具有良好的有效性的目的。 传感器 →样本及和步态加速度信号的特征向量作为训练集 →分类器具有分类步态行为的能力 基于贝叶斯网络的核心网故障诊断方法及系统 本发明公开了一种基于贝叶斯网络的核心网故障诊断方法及系统，该方法从核心网的故障受理中心采集包含有告警信息和故障类型的原始数据并生成样本数据，之后存储到后备训练数据集中进行积累，达到设定的阈值后放入训练数据集中；运用贝叶斯网络算法对训练数据集中的样本数据进行计算，构造贝叶斯网络分类器；从核心网的网络管理系统采集含有告警信息的原始数据，经贝叶斯网络分类器计算获得告警信息对应的故障类型。本发明，利用贝叶斯网络分类器构建故障诊断系统，实现了对错综复杂的核心网故障进行智能化的系统诊断功能，提高了诊断的准确性和灵活性，并且该系统构建于网络管理系统之上，易于实施，对核心网综合信息处理具有广泛的适应性。 告警信息和故障类型 →训练集 —>贝叶斯网络分类器
基于贝叶斯算法的二值化算法 白 洁1,杨耀权1,陈余梅2 (1.华北电力大学控制科学与工程学院,河北保定071003; 2.广东省湛江电力有限公司,广东湛江524000) 摘要:针对在图像二值化过程中动态选取阈值难的问题,在分析了全局阈值法和局部阈值法各自优缺点的基础上,提出了一种基于贝叶斯算法的全局阈值法和局部阈值法相结合的二值化方法。经实验证明,该方法既能够有效地消除光照不均匀对图像的影响,较好地保留目标图像的细节,又能够有效地消除伪影,提高处理速度。 关键词:二值化;全局阈值法;局部阈值法;贝叶斯算法 中图分类号:T P391.41 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2007)03-0065-03 Application of binarization based on Bayes algorithm BAI Jie1,YANG Yao-quan1,CHEN Yu-mei2 (1.School of Co ntrol Science and Eng ineering,Nor th China Electric Pow er U niversity,Bao ding071003,China; 2.Zhanjiang Electric Power Co.Ltd.,Zhanjiang524000,China) A bstract:Aiming at the difficulties of selecting threshold value dynamically in the process of imag e binarization,a bi-narization method based on Bay es algo rithm is derived,this method is a combination of g lobal threshold method and lo-cal threshold method.Ex periments prove that this method is able to eliminate the effects of unequal illumination and ar tifacts,retain target image's details and raise the processing speed. Key words:binarization;global threshold;local threshold;Bayes algo rithm 0 引 言 图像的二值化在计算机图像处理技术中广泛应用于目标识别、字符识别、牌照识别等领域。而图像阈值自动选取方法的研究长期以来吸引着众多学者,寻找简单实用、自适应强的阈值自动选取方法是这些研究者们的共同目标。 常用的二值化方法有各自的优缺点,如全局阈值算法简单,对于目标和背景明显分离、直方图分布呈双峰的图像效果良好,但对噪声较大和阴影明显的图像二值化效果不佳。局部阈值法可以克服上述不足,但要比较图像中所有点,所以速度慢。本文在分析了全局阈值法和局部阈值法各自优缺点的基础上,提出了一种全局阈值法和局部阈值法相结合的二值化方法。经实验证明,该方法抗噪能力强、并能较好的保留图像细节。1 基于灰度图的二值化 假设用f(x,y)(0≤x 贝叶斯网络结构学习总结 一、 贝叶斯网络结构学习的原理 从数据中学习贝叶斯网络结构就是对给定的数据集，找到一个与数据集拟合最好的网络。 首先定义一个随机变量h S ，表示网络结构的不确定性，并赋予先验概率分布()h p S 。然后计算后验概率分布(|)h p S D 。根据Bayesian 定理有 (|)(,)/()()(|)/()h h h h p S D p S D p D p S p D S p D == 其中()p D 是一个与结构无关的正规化常数，(|)h p D S 是边界似然。 于是确定网络结构的后验分布只需要为每一个可能的结构计算数据的边界似然。在无约束多项分布、参数独立、采用Dirichlet 先验和数据完整的前提下，数据的边界似然正好等于每一个（i ，j ）对的边界似然的乘积，即 1 1 1 () ()(|)()() i i q r n ij ijk ijk h i j k ij ij ijk N p D S N ===Γ?Γ?+=Γ?+Γ?∏∏ ∏ 二、 贝叶斯网络完整数据集下结构学习方法 贝叶斯网络建模一般有三种方法：1）依靠专家建模；2）从数据中学习；3）从知识库中创建。在实际建模过程中常常综合运用这些方法，以专家知识为主导，以数据库和知识库为辅助手段，扬长避短，发挥各自优势，来保证建模的效率和准确性。但是，在不具备专家知识或知识库的前提下，从数据中学习贝叶斯网络模型结构的研究显得尤为重要。 常用的结构学习方法主要有两类，分别是基于依赖性测试的学习和基于搜索评分的学习。 第一类方法是基于依赖性测试的方法，它是在给定数据集D 中评估变量之间的条件独立性关系，构建网络结构。基于条件独立测试方法学习效率最好，典型的算法包括三阶段分析算法（TPDA ）。基于依赖性测试的方法比较直观，贴近贝叶斯网络的语义，把条件独立性测试和网络结构的搜索分离开，不足之处是对条件独立性测试产生的误差非常敏感。且在某些情况下条件独立性测试的次数相对于变量的数目成指数级增长。 第二类方法是基于评分搜索的方法，其原理是在所有节点的结构空间内按照一定的搜索策略及评分准则构建贝叶斯网络结构，这种算法虽然能够搜索到精确的网络结构，但是由于结构空间很大，从所有可能的网络结构空间搜索最佳的贝叶斯网络结构被证明为NP-hard 问题，所以一般需要使用启发式算法，代表性算法有K2算法等。基于搜索评分的方法是一种统计驱动的方法，试图在准确性、稀疏性、鲁棒性等多个因素之间找个平衡点。但由于搜索方法的先天弱点，导致用搜索评分的方法不一定能找到最好的结构，但是应用范围很广。 当观察到的数据足够充分且计算次数足够多时，基于搜索评分的方法和基于依赖性测试的方法都可以学到“正确”的网络结构。 此外，有人结合上述两种方法，提出了一些混合算法，这类算法首先利用独立性测试降 算法杂货铺——分类算法之贝叶斯网络(Bayesian networks) 2010-09-18 22:50 by EricZhang(T2噬菌体), 2561 visits, 网摘, 收藏, 编辑 2.1、摘要 在上一篇文章中我们讨论了朴素贝叶斯分类。朴素贝叶斯分类有一个限制条件，就是特征属性必须有条件独立或基本独立（实际上在现实应用中几乎不可能做到完全独立）。当这个条件成立时，朴素贝叶斯分类法的准确率是最高的，但不幸的是，现实中各个特征属性间往往并不条件独立，而是具有较强的相关性，这样就限制了朴素贝叶斯分类的能力。这一篇文章中，我们接着上一篇文章的例子，讨论贝叶斯分类中更高级、应用范围更广的一种算法——贝叶斯网络（又称贝叶斯信念网络或信念网络）。 2.2、重新考虑上一篇的例子 上一篇文章我们使用朴素贝叶斯分类实现了SNS社区中不真实账号的检测。在那个解决方案中，我做了如下假设： i、真实账号比非真实账号平均具有更大的日志密度、各大的好友密度以及更多的使用真实头像。 ii、日志密度、好友密度和是否使用真实头像在账号真实性给定的条件下是独立的。 但是，上述第二条假设很可能并不成立。一般来说，好友密度除了与账号是否真实有关，还与是否有真实头像有关，因为真实的头像会吸引更多人加其为好友。因此，我们为了获取更准确的分类，可以将假设修改如下： i、真实账号比非真实账号平均具有更大的日志密度、各大的好友密度以及更多的使用真实头像。 ii、日志密度与好友密度、日志密度与是否使用真实头像在账号真实性给定的条件下是独立的。 iii、使用真实头像的用户比使用非真实头像的用户平均有更大的好友密度。 最近在面试中，除了基础& 算法& 项目之外，经常被问到或被要求介绍和描述下自己所知道的几种分类或聚类算法，而我向来恨对一个东西只知其皮毛而不得深入，故写一个有关聚类& 分类算法的系列文章以作为自己备试之用(尽管貌似已无多大必要，但还是觉得应该写下以备将来常常回顾思考)。行文杂乱，但侥幸若能对读者也起到一定帮助，则幸甚至哉。 本分类& 聚类算法系列借鉴和参考了两本书，一本是Tom M.Mitchhell所著的机器学习，一本是数据挖掘导论，这两本书皆分别是机器学习& 数据挖掘领域的开山or杠鼎之作，读者有继续深入下去的兴趣的话，不妨在阅读本文之后，课后细细研读这两本书。除此之外，还参考了网上不少牛人的作品(文末已注明参考文献或链接)，在此，皆一一表示感谢。 本分类& 聚类算法系列暂称之为Top 10 Algorithms in Data Mining，其中，各篇分别有以下具体内容： 1. 开篇：决策树学习Decision Tree，与贝叶斯分类算法(含隐马可夫模型HMM)； 2. 第二篇：支持向量机SVM(support vector machine)，与神经网络ANN； 3. 第三篇：待定... 说白了，一年多以前，我在本blog内写过一篇文章，叫做：数据挖掘领域十大经典算法初探(题外话：最初有个出版社的朋友便是因此文找到的我，尽管现在看来，我离出书日期仍是遥遥无期)。现在，我抽取其中几个最值得一写的几个算法每一个都写一遍，以期对其有个大致通透的了解。 OK，全系列任何一篇文章若有任何错误，漏洞，或不妥之处，还请读者们一定要随时不吝赐教& 指正，谢谢各位。 基础储备：分类与聚类 在讲具体的分类和聚类算法之前，有必要讲一下什么是分类，什么是聚类，都包含哪些具体算法或问题。 常见的分类与聚类算法 简单来说，自然语言处理中，我们经常提到的文本分类便就是一个分类问题，一般的模式分类方法都可用于文本分类研究。常用的分类算法包括：朴素的贝叶斯分类算法(native Bayesian classifier)、基于支持向量机(SVM)的分类器，k-最近邻法(k-nearest neighbor， 基于贝叶斯算法的文本分类算法 1、基本定义： 分类是把一个事物分到某个类别中。一个事物具有很多属性，把它的众多属性看作一个向量，即x=(x1,x2,x3,…,xn)，用x这个向量来代表这个事物，x的集合记为X，称为属性集。类别也有很多种，用集合C={c1,c2,…cm}表示。一般X和C的关系是不确定的，可以将X 和C看作是随机变量，P(C|X)称为C的后验概率，与之相对的，P(C)称为C的先验概率。 根据贝叶斯公式，后验概率P(C|X)=P(X|C)P(C)/P(X)，但在比较不同C值的后验概率时，分母P(X)总是常数，忽略掉，后验概率P(C|X)=P(X|C)P(C)，先验概率P(C)可以通过计算训练集中属于每一个类的训练样本所占的比例，容易估计，对类条件概率P(X|C)的估计，这里我只说朴素贝叶斯分类器方法，因为朴素贝叶斯假设事物属性之间相互条件独立，P(X|C)=∏P(xi|ci)。 2、文本分类过程 例如文档：Good good study Day day up可以用一个文本特征向量来表示，x=(Good, good, study, Day, day , up)。 在文本分类中，假设我们有一个文档d∈X，类别c又称为标签。我们把一堆打了标签的文档集合作为训练样本，∈X×C。例如：={Beijing joins the World Trade Organization, China}对于这个只有一句话的文档，我们把它归类到 China，即打上china标签。 朴素贝叶斯分类器是一种有监督学习，常见有两种模型，多项式模型(Multinomial Model)即为词频型和伯努利模型(Bernoulli Model)即文档型。二者的计算粒度不一样，多项式模型以单词为粒度，伯努利模型以文件为粒度，因此二者的先验概率和类条件概率的计算方法都不同。 计算后验概率时，对于一个文档d，多项式模型中，只有在d中出现过的单词，才会参与后验概率计算，伯努利模型中，没有在d中出现，但是在全局单词表中出现的单词，也会参与计算，不过是作为“反方”参与的。这里暂不考虑特征抽取、为避免消除测试文档时类条件概率中有为0现象而做的取对数等问题。 2.1多项式模型 1）基本原理 在多项式模型中，设某文档d=(t1,t2,…,tk)，tk是该文档中出现过的单词，允许重复，则 先验概率P(c)= 类c下单词总数/整个训练样本的单词总数 类条件概率P(tk|c)=(类c下单词tk在各个文档中出现过的次数之和+1)/(类c下单词总数+|V|) 贝叶斯分类器工作原理原理 贝叶斯分类器是一种比较有潜力的数据挖掘工具，它本质上是一 种分类手段，但是它的优势不仅仅在于高分类准确率，更重要的是，它会通过训练集学习一个因果关系图（有向无环图）。如在医学领域，贝叶斯分类器可以辅助医生判断病情，并给出各症状影响关系，这样医生就可以有重点的分析病情给出更全面的诊断。进一步来说，在面对未知问题的情况下，可以从该因果关系图入手分析，而贝叶斯分类器此时充当的是一种辅助分析问题领域的工具。如果我们能够提出一种准确率很高的分类模型，那么无论是辅助诊疗还是辅助分析的作用都会非常大甚至起主导作用，可见贝叶斯分类器的研究是非常有意义的。 与五花八门的贝叶斯分类器构造方法相比，其工作原理就相对简 单很多。我们甚至可以把它归结为一个如下所示的公式： 其中实例用T{X0，X1，…，Xn-1}表示，类别用C 表示，AXi 表示Xi 的 父节点集合。 选取其中后验概率最大的c ，即分类结果，可用如下公式表示 () ()()() ()( ) 0011111 00011111 0|,, ,|,,, ,C c |,i i n n n i i X i n n n i i X i P C c X x X x X x P C c P X x A C c P X x X x X x P P X x A C c ---=---========= ===∝===∏∏()() 1 0arg max |A ,i n c C i i X i c P C c P X x C c -∈=====∏ 上述公式本质上是由两部分构成的：贝叶斯分类模型和贝叶斯公式。下面介绍贝叶斯分类器工作流程： 1．学习训练集，存储计算条件概率所需的属性组合个数。 2．使用1中存储的数据，计算构造模型所需的互信息和条件互信息。 3．使用2种计算的互信息和条件互信息，按照定义的构造规则，逐步构建出贝叶斯分类模型。 4．传入测试实例 5．根据贝叶斯分类模型的结构和贝叶斯公式计算后验概率分布。6．选取其中后验概率最大的类c，即预测结果。 其流程图如下所示：贝叶斯网络结构学习总结
算法杂货铺——分类算法之贝叶斯网络(Bayesian networks)
贝叶斯分类算法
基于贝叶斯算法的文本分类算法
贝叶斯分类器工作原理
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