The Baum-Welch (B-W) algorithm is the most widely accepted method for inferring hidden Markov models (HMM). However, it is prone to getting stuck in local optima, and can be too slow for many real-time applications. Spectral learning of HMMs (SHMMs), based on the method of moments (MOM) has been proposed in the literature to overcome these obstacles. Despite its promises, asymptotic theory for SHMM has been elusive, and the long-run performance of SHMM can degrade due to unchecked propogation of error. In this paper, we (1) provide an asymptotic distribution for the approximate error of the likelihood estimated by SHMM, and (2) propose a novel algorithm called projected SHMM (PSHMM) that mitigates the problem of error propogation, and (3) develop online learning variantions of both SHMM and PSHMM that accommodate potential nonstationarity. We compare the performance of SHMM with PSHMM and estimation through the B-W algorithm on both simulated data and data from real world applications, and find that PSHMM not only retains the computational advantages of SHMM, but also provides more robust estimation and forecasting.


翻译:鲍姆-韦尔奇(B-W)算法(B-W)算法是推断隐藏的马尔科夫模型(HMM)的最广泛接受的方法。然而,它很容易被卡在本地的奥地玛,而且对于许多实时应用来说可能过于缓慢。文献中提议根据时间方法对HMM(SHM)进行光学学习,以克服这些障碍。尽管它的承诺,但SHMM的无药可依理论是难以捉摸的,SHMM的长期性能可以由于不加制止的错误传播而退化。在本文中,我们(1)为SHMM估计的可能性的大致误差提供一种无药性分布,以及(2)提出一种称为预测的SHMM(S)的新型算法(SHMM)(PSHMM),以减轻错误的传播问题,(3)发展SMM和PSHM的在线学习变式,以适应潜在的不常态性。我们比较SMM的性能与PSHMMMM的性能和通过B-W算法对真实世界应用的数据的模拟和数据的估测算法,我们发现PSHMMMMM不仅保持了更可靠的计算优势,而且也保留了SHMMMM的计算优势。

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