Кіріспе

Кездейсоқ айнымалылар жиынтығы. Физика және ықтималдық саласында Марковтың кездейсоқ өрісі (MRF), Марков желісі немесе бағытталмаған графикалық модель – бағытталмаған граф арқылы сипатталатын Марков қасиеттеріне ие кездейсоқ айнымалылар жиынтығы. Басқаша айтқанда, егер кездейсоқ өріс Марков қасиеттерін қанағаттандырса, ол Марковтың кездейсоқ өрісі деп аталады. Бұл тұжырымдама Шерингтон-Киркпатрик моделінен бастау алады. Марков желісі немесе MRF байланыстарды бейнелеуде Байес желісіне ұқсас; ерекшелігі – Байес желілері бағытталған және ациклді, ал Марков желілері бағытталмаған және циклді болуы мүмкін. Осылайша, Марков желісі Байес желісі көрсете алмайтын кейбір байланыстарды (мысалы, циклдік байланыстарды) бейнелей алады; керісінше, Байес желісі көрсете алатын кейбір байланыстарды (мысалы, туындаған байланыстарды) бейнелей алмайды. Марковтың кездейсоқ өрісінің негізгі графигі шекті немесе шексіз болуы мүмкін. Кездейсоқ айнымалылардың бірлескен ықтималдық тығыздығы қатаң оң болған жағдайда, ол Гиббс кездейсоқ өрісі деп те аталады, өйткені Хаммерсли-Клиффорд теоремасына сәйкес, оны тиісті (жергілікті анықталған) энергия функциясы үшін Гиббс өлшемі арқылы көрсетуге болады. Марковтың прототиптік кездейсоқ өрісі – Изинг моделі; іс жүзінде, Марковтың кездейсоқ өрісі Изинг моделі үшін жалпы параметр ретінде енгізілді. Жасанды интеллект саласында Марковтың кездейсоқ өрісі бейне өңдеу және компьютерлік көрудегі төменгі және орта деңгейдегі әртүрлі міндеттерді модельдеу үшін қолданылады.

Қорытындылау

Байес желісіндегідей, Марков кездейсоқ өрісінде бір жиын түйіндердің берілген мәндерге байланысты шарттық ықтималдық таралымын, қалған түйіндерге барлық мүмкін мәндерді тағайындау арқылы есептеуге болады; мұны нақты қорытындылау деп атайды. Дегенмен, нақты қорытындылау #P-толық проблема болып табылады, сондықтан жалпы жағдайда есептеу қиынға соғады. Марков тізбегі Монте-Карло және циклдық сенім тарату сияқты жуықтау әдістері практикада көбірек қолданылады. MRF-тің кейбір арнайы топтары, мысалы ағаштар (Қоу-Лиу ағашын қараңыз), полиномиалдық уақытта қорытындылау алгоритмдеріне ие; мұндай топтарды анықтау белсенді зерттеу тақырыбы болып табылады. MRF-тің тиімді ең жоғары ықтималдық (MAP) немесе ең мүмкін мәнді табуға мүмкіндік беретін кіші топтары да бар; мұндай мысалдарға қауымдастырылған желілер жатады. Тағы бір қызықты кіші топ – бөлшектене алатын модельдер (граф хордалық болған жағдайда): ең жоғары ықтималдық (MLE) үшін жабық түрдегі формулаға ие болғандықтан, жүздеген айнымалылар үшін үйлесімді құрылымды табуға болады.

Шартты кездейсоқ өрістер

Марковтың кездейсоқ өрісінің ерекше бір түрі – шартты кездейсоқ өріс, онда әрбір кездейсоқ айнымалы жаһандық байқаулар жиынтығына шартты бола алады. Бұл модельде әр функция – k кликасының және байқаулардың барлық мүмкін комбинацияларын оң және нөлдік нақты сандарға бейнелейтін функция. Марков желісінің осы түрі байқаулар бойынша үлестіруді модельдемейтін дискриминациялық жіктегіштерді құруға артық қолайлы. CRF-ті 2001 жылы Джон Д. Лафферти, Эндрю Маккалум және Фернандо К. Н. Перейра ұсынған.

Түрлі қолдану түрлері

Марков кездейсоқ өрістері компьютерлік графикадан бастап компьютерлік көру, машиналық оқыту, есептеу биологиясы және ақпаратты іздеу сияқты алуан түрлі салаларда қолданылады. MRF-тар бейне өңдеуде текстураларды жасау үшін пайдаланылады, себебі оларды икемді және ықтималдық бейне үлгілерін құру үшін қолдануға болады. Бейне үлгілеудегі міндет – берілген бейне үшін қолайлы интенсивтік таралымды табу болып табылады, мұнда қолайлылық міндеттің түріне байланысты және MRF-тар бейне және текстура синтезі, бейнелерді қысу және қалпына келтіру, бейне сегментациясы, 2D бейнелерден 3D бейне туралы қорытынды шығару, бейнелерді тіркеу, текстура синтезі, супер ажыратымдылық, стерео сәйкестендіру және ақпаратты іздеу үшін қолдануға жеткілікті. Олар энергияны азайту мәселелері немесе әртүрлі аймақтарды ажырату қажет болатын, аймақтың санатын болжау үшін Марков кездейсоқ өрісінің аясында кемсітуші белгілер жиынтығын қолдана отырып, түрлі компьютерлік көру мәселелерін шешу үшін қолданылуы мүмкін. Марков кездейсоқ өрістері Исинг моделіне жасалған жалпылау болып табылады және содан бері комбинаторлық оптимизация және желілерде кеңінен қолданылып келеді.