Кіріспе

Жасырын күйлердің ең мүмкін тізбесін табу

Витерби алгоритмі – бұл динамикалық бағдарламалау алгоритмі. Ол байқалатын оқиғалар тізбесін тудыратын жасырын күйлердің ең мүмкін тізбесін – Витерби жолы деп аталатын – максималды апостериорлы ықтималдық бойынша бағалауға арналған. Бұл әсіресе Марков ақпарат көздері және жасырын Марков модельдері (ЖММ) контекстінде қолданылады. Алгоритм CDMA және GSM цифрлық ұялы байланысы, телефондық модемдер, спутниктер, терең ғарыш байланыстары және 802.11 сымсыз желілерінде қолданылатын конволюциялық кодтарды декодтауда кеңінен таралған. Қазір ол сөйлеуді тану, сөйлеу синтезі, сөйлеуді бөлу, кілт сөздерді анықтау, есептеу лингвистикасы және биоинформатикада да жиі қолданылады. Мысалы, сөйлеуден мәтінге аударғанда (сөйлеуді тану), дыбыстық сигнал байқалатын оқиғалар тізбегі ретінде қарастырылады, ал мәтін тізбегі – бұл дыбыстық сигналдың "жасырын себебі" болып саналады. Витерби алгоритмі дыбыстық сигналға сәйкес ең мүмкін мәтін тізбесін анықтайды.

Тарих

Витерби алгоритмі 1967 жылы Эндрю Витерби ұсынған, шулы цифрлық байланыс желілерінде конволюциялық кодтарды декодтауға арналған алгоритм ретінде оның есімімен аталады. Дегенмен, оның бірнеше рет ойлап табылу тарихы бар, кем дегенде жеті тәуелсіз ашылу тіркелген, оның ішінде Витерби, Нидлман және Вунш, сондай-ақ Вагнер мен Фишердің еңбектері де бар. 1987 жылға дейін ол табиғи тілді өңдеуде сөздердің түрлерін анықтау әдісі ретінде қолданыла бастады. Витерби жолы және Витерби алгоритмі ықтималдықтарды қолданатын максимизациялық мәселелерді шешу үшін динамикалық бағдарламалау алгоритмдерін қолданудың стандартты терминдеріне айналды. Тағы бір қолданылу саласы – нысананы қадағалау, онда бақылаулар тізбегіне ең жоғары ықтималдық беретін траектория есептеледі.

Ұзартулар

Витерби алгоритмінің жалпылануы, ең жоғары жиынтық алгоритмі (немесе ең жоғары өнім алгоритмі) деп аталады, және оны көптеген графикалық модельдерде, мысалы, Байес желілері, Марков кездейсоқ өрістері және шартты кездейсоқ өрістерде, жасырын айнымалылардың барлық немесе кейбір кіші жиынтығының ең ықтимал тағайындауын табу үшін қолдануға болады. Жасырын айнымалылар, әдетте, жасырын Марков моделіне (ХММ) ұқсас түрде, айнымалылар арасындағы шектеулі байланыс санымен және айнымалылар арасындағы сызықтық құрылымның кейбір түрімен байланысты болуы керек. Жалпы алгоритм хабар алмасуды қамтиды және сенім тарату алгоритміне (алдыңғы-артқа қарай алгоритмнің жалпылануы) өте ұқсас. Итеративті Витерби декодтау деп аталатын алгоритм арқылы берілген жасырын Марков моделіне ең жақсы сәйкес келетін байқау тізбегін табуға болады. Бұл алгоритмді Qi Wang және авторлар тобы түрбо кодты өңдеу үшін ұсынды. Итеративті Витерби декодтау модификацияланған Витерби алгоритмін итеративті түрде шақыру арқылы жұмыс істейді, конвергенцияға дейін толтырғыштың бағасын қайта есептейді. Сонымен қатар, Жалқау Витерби алгоритмі ұсынылған. Көптеген практикалық қолданыстар үшін, қолайлы шу деңгейінде, Жалқау декодер (Жалқау Витерби алгоритмін пайдалана отырып) бастапқы Витерби декодерінен (Витерби алгоритмін пайдалана отырып) әлдеқайда жылдам жұмыс істейді. Алғашқы Витерби алгоритмі мүмкін нәтижелер тізбегіндегі әрбір түйінді есептейді, ал Жалқау Витерби алгоритмі бағалау үшін түйіндердің басымдық тізімін сақтайды, соның салдарынан қажетті есептеулер саны сол нәтижеге арналған қарапайым Витерби алгоритміне қарағанда әдетте аз (немесе ешқашан көп емес). Дегенмен, аппараттық жағынан оны параллельдеу оңай емес.

Жай шығыс Viterbi алгоритмі

Жай шығыс Витерби алгоритмі (SOVA) – классикалық Витерби алгоритмінің бір түрі. SOVA классикалық Витерби алгоритмінен кіріс символдарының алдын ала ықтималдықтарын ескеретін өзгертілген жол метрикасын пайдалануымен ерекшеленеді және шешімнің сенімділігін көрсететін жұмсақ шығыс тудырады. SOVA-ның бірінші қадамы – әр уақыт мезгілінде (t) бір ғана түйірден өтетін аман қалған жолды таңдау. Әрбір түйірге 2 тармақ жиналады (біреуі аман қалған жолды құру үшін таңдалады, ал екіншісі жобаланады), сондықтан таңдалған және жобаланған тармақтар арасындағы тармақ метрикасының (немесе құнының) айырмасы таңдаудағы қателік деңгейін көрсетеді. Бұл құн бүкіл жылжымалы терезе бойында жинақталады (әдетте кем дегенде бес шектеу ұзындығына тең), Витерби алгоритмінің қатты бит шешімінің сенімділігін жұмсақ шығыс түрінде көрсетеді.

Жалпы сілтемелер

(ескертпе: Витербидің декодилеу алгоритмі IV бөлімде сипатталған.) Абоненттік жазылым қажет. Абоненттік жазылым қажет. (Жасырын Марков модельдері үшін тікелей алгоритмі және Витерби алгоритмін сипаттайды). Шингхал, Р. және Годфрид Т. Туссент, "Өзгертілген Витерби алгоритмімен мәтінді танудағы тәжірибелер", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. PAMI l, 1979 жылғы сәуір, 184–193-беттер. Шингхал, Р. және Годфрид Т. Туссент, "Өзгертілген Витерби алгоритмінің бастапқы статистикаға сезімталдығы", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. PAMI 2, 1980 жылғы 2 наурыз, 181–185-беттер.