全部版块 我的主页
论坛 经济学人 二区 外文文献专区
1304 34
2022-05-08
英文标题:
《Noise Robust Online Inference for Linear Dynamic Systems》
---
作者:
Saikat Saha
---
最新提交年份:
2015
---
英文摘要:
  We revisit the Bayesian online inference problems for the linear dynamic systems (LDS) under non- Gaussian environment. The noises can naturally be non-Gaussian (skewed and/or heavy tailed) or to accommodate spurious observations, noises can be modeled as heavy tailed. However, at the cost of such noise robustness, the performance may degrade when such spurious observations are absent. Therefore, any inference engine should not only be robust to noise outlier, but also be adaptive to potentially unknown and time varying noise parameters; yet it should be scalable and easy to implement.   To address them, we envisage here a new noise adaptive Rao-Blackwellized particle filter (RBPF), by leveraging a hierarchically Gaussian model as a proxy for any non-Gaussian (process or measurement) noise density. This leads to a conditionally linear Gaussian model (CLGM), that is tractable. However, this framework requires a valid transition kernel for the intractable state, targeted by the particle filter (PF). This is typically unknown. We outline how such kernel can be constructed provably, at least for certain classes encompassing many commonly occurring non-Gaussian noises, using auxiliary latent variable approach. The efficacy of this RBPF algorithm is demonstrated through numerical studies.
---
中文摘要:
我们重新研究了非高斯环境下线性动态系统(LDS)的贝叶斯在线推理问题。噪声自然可以是非高斯(倾斜和/或重尾)的,或者为了适应虚假观测,可以将噪声建模为重尾。然而,以这种噪声鲁棒性为代价,当没有这种虚假观测时,性能可能会下降。因此,任何推理机不仅要对噪声异常值具有鲁棒性,还要对潜在的未知和时变噪声参数具有自适应性;然而,它应该是可扩展的,并且易于实现。为了解决这些问题,我们在这里设想了一种新的噪声自适应Rao Blackwellized粒子滤波器(RBPF),它利用分层高斯模型作为任何非高斯(过程或测量)噪声密度的代理。这导致了一个条件线性高斯模型(CLGM),这是易于处理的。然而,该框架需要一个有效的过渡内核,用于粒子滤波器(PF)针对的棘手状态。这通常是未知的。我们概述了如何使用辅助潜变量方法,至少对于包含许多常见非高斯噪声的特定类,可证明地构造这样的核。数值研究证明了RBPF算法的有效性。
---
分类信息:

一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Computation        计算
分类描述:Algorithms, Simulation, Visualization
算法、模拟、可视化
--
一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Robotics        机器人学
分类描述:Roughly includes material in ACM Subject Class I.2.9.
大致包括ACM科目I.2.9类的材料。
--
一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Systems and Control        系统与控制
分类描述:cs.SY is an alias for eess.SY. This section includes theoretical and experimental research covering all facets of automatic control systems. The section is focused on methods of control system analysis and design using tools of modeling, simulation and optimization. Specific areas of research include nonlinear, distributed, adaptive, stochastic and robust control in addition to hybrid and discrete event systems. Application areas include automotive and aerospace control systems, network control, biological systems, multiagent and cooperative control, robotics, reinforcement learning, sensor networks, control of cyber-physical and energy-related systems, and control of computing systems.
cs.sy是eess.sy的别名。本部分包括理论和实验研究,涵盖了自动控制系统的各个方面。本节主要介绍利用建模、仿真和优化工具进行控制系统分析和设计的方法。具体研究领域包括非线性、分布式、自适应、随机和鲁棒控制,以及混合和离散事件系统。应用领域包括汽车和航空航天控制系统、网络控制、生物系统、多智能体和协作控制、机器人学、强化学习、传感器网络、信息物理和能源相关系统的控制以及计算系统的控制。
--
一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
--

---
PDF下载:
-->
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

全部回复
2022-5-8 03:36:46
线性动态系统的噪声鲁棒在线推理aikat-sahaab摘要我们重新研究了非高斯环境下线性动态系统(LDS)的贝叶斯在线推理问题。噪声自然可以是非高斯(倾斜和/或重尾)或为了适应虚假观测,噪声可以建模为重尾。然而,以这种噪声鲁棒性为代价,当没有这种虚假观测时,性能可能会下降。因此,任何推理机不仅要对噪声异常具有鲁棒性,还要对潜在的未知和时变噪声参数具有自适应性;然而,它应该是可扩展的,并且易于实现。为了解决这些问题,我们在这里设想了一种新的噪声自适应Rao黑井化粒子滤波器(RBPF),该滤波器使用分层高斯模型作为任何非高斯(过程或测量)噪声密度的代理。这导致了一个条件线性高斯模型(CLGM),这是易于处理的。然而,该框架需要一个有效的过渡内核,用于粒子过滤器(PF)针对的棘手状态。这通常是未知的。我们概述了如何使用辅助潜在变量方法,至少对于包含许多常见非高斯噪声的特定类,可证明地构造这样的核。数值研究证明了RBPF算法的有效性。指数项自适应滤波器;Rao黑井化颗粒过滤器;噪声鲁棒推理;卡尔曼滤波器;不对称噪声;I.简介信号处理界感兴趣的许多应用(例如,跟踪、自主导航和监视)要求必须使用theS在近实时(在线)上进行推理。萨哈是瑞典林克平大学电气工程系自动控制系的成员,saha@isy.liu.seDRAFTstreaming传感器数据。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-5-8 03:36:49
然而,底层推理机的稳定性和性能在很大程度上取决于传感器数据的质量。通常,在传递给推理机之前,需要检测并丢弃任何虚假的传感器数据,以便后者不易发生永久性故障。近年来,传感器变得越来越便宜,但这是以牺牲其性能可靠性为代价的。这种廉价传感器的普及为探索许多复杂的高维问题(例如,运动跟踪、道路交通监控)提供了可能,而迄今为止,只有数量有限的昂贵传感器无法解决这些问题。这种使用廉价传感器的趋势反过来更加强调处理算法,以至于任何推理算法(可能具有更强大的计算能力)都需要对此类虚假传感器数据具有鲁棒性和稳定性;然而,它的实现非常简单,并且可以极大地扩展到高维问题。在此背景下,我们考虑离散时间LDS的在线推理问题。A.问题背景考虑以下与潜在状态xk相关的离散时间LDS∈ Rnxat时间步长k到观测值yk∈ Rnyasxk=Akxk-1+Bkwk,(1a)yk=Ckxk+ek,(1b)其中wk和ek分别是过程噪声和测量噪声。假设噪声相互独立,也相互独立。模型参数{Ak,Bk,Ck}在这里被认为是已知的。考虑到这个模型,一个初始状态先验(即p(x))和一个直到时间k,y0:k,{y,y,…,yk}的观测流,一个典型的推理任务是以在线方式优化估计(后)密度序列p(xk | y1:k)。这被称为LDS的在线贝叶斯过滤问题,密度p(xk | y1:k)被称为过滤密度。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-5-8 03:36:53
当上述噪声为高斯噪声时,可使用CeleratedKalman滤波器(KF)[1]–[3]以闭合形式递归获得滤波器密度。然而,如果任何噪声偏离了这种名义高斯假设,这种分析可处理性就会丧失。在现实中,许多噪声源自然看起来是非高斯的(以它们的重尾和/或偏斜为特征)。例如,在语音和音频信号处理、天体物理成像、水下导航、多用户雷达通信、石油钻井井涌检测、金融和保险等许多应用中,都会出现具有脉冲性质的噪声(尖峰和/或偶然爆发)。这种脉冲性质可以通过一个比高斯分布具有更重尾巴的噪声分布来建模。重尾分布也被用来模拟所谓的异常值的存在,这些异常值是数据点,似乎不遵循其他数据点的模式[12]。来自视觉传感器、GPS设备、声纳和雷达的数据经常受到这些异常值的污染。由于复杂性和计算问题,这些离奇观测的根本原因通常是未知的,或者被谨慎地排除在模型之外。因此,在这种复杂现实世界过程的简化模型下,这些不寻常的观察结果可以由噪声异常值来处理。这就要求噪声具有重尾分布[13]。在滤波环境中,当带有特定高斯噪声的标称模型无法解释未知输入信号中的异常值或突变时,滤波器变得不稳定。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-5-8 03:36:56
由于在现实世界中的应用中,我们对系统的知识往往很薄弱,而且异常值也很常见,因此,重尾噪声下的滤波问题自然引起了相当多的研究关注[14]–[17]。我们注意到,在滤波的情况下,过程和/或观测噪声可能有很重的尾部。虽然重尾观测噪声受到了广泛关注,但在机动目标跟踪等应用中,对飞行员偶尔引起的变化进行建模需要重尾过程噪声[18]。与此相反,尽管偏斜出现在许多应用中[19],但相关的在线推理问题尚未得到很好的探索。由于建模伪影,也可能出现非高斯噪声。我们通过下面的例子来说明最后一点:1)随机波动率模型:我们考虑以下离散时间模型[21]hk+1=γ+γhk+ηk,(2a)yk=kexp(hk/2),(2b),其中hk和yk是|γ|<1,h的时间步k的潜在对数波动率和观察到的资产回报率~ N(0,σn1)-γ) ηkiid~ N(0,σN)和基德~ N(0,1),其中iid表示独立且相同分布。γ、 假设γ和σn已知。这里ηkis与k、 即不考虑杠杆效应。请注意,测量噪声是乘性的。上述动态模型可等效为线性状态空间模型:hk+1=γ+γhk+ηk,(3a)log(yk)=hk+log(k) 。(3b)一个值得注意的例外是最近的一篇文章[20],它引起了我们的注意。但是观察到的噪音≡ 日志(k) ,作为χ随机变量的对数,不再是高斯分布。事实上,这种噪声的密度在解析上是可用的,由(例如,[22])f(ek)给出=√2πexp- 0.5特警(埃克)- 埃克, -∞ < 埃克∞. (4) 从图(1)可以明显看出,密度是高度倾斜的。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-5-8 03:36:59
因此,我们有一个由-15-10-EkPDF的5 0 500.050.10.150.20.25ekpdf图1(4)中观测噪声的密度图。非高斯(测量)噪声。虽然噪声分布无疑是推理任务的关键因素,但实际考虑的另一个同样重要的方面是噪声统计知识。在许多实际情况下,虽然噪声分布的先验知识相当可用,但相应的噪声参数通常是未知的。因此,此外,还需要在钻井上估计噪声参数。这就是所谓的在线噪声自适应滤波。当噪声参数是平稳的时,已知参数的在线贝叶斯估计是困难的,一个实用的解决方案是假设噪声参数在时间上缓慢变化[23]。然而,如果存在任何潜在的异常值,这个假设很容易被打破。为了去除异常值,通常会使用一些机制来检测并立即丢弃它们。然而,此类外围观测可能包含有关任何未建模系统特征和模型退化的重要信息,因此,如[24]所述,“常规忽略异常观测既不明智,也不可靠”。另一方面,尽管可以通过使用已知参数族中适当指定的重尾噪声分布来适应这些异常值,但如果没有异常值,滤波器的性能可能会严重降低。这是由于使用了固定的分配形式。为了缓解噪声自适应滤波中的这一问题,我们需要使用参数随时间变化的重尾噪声。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

点击查看更多内容…
相关推荐
栏目导航
热门文章
推荐文章

说点什么

分享

扫码加好友,拉您进群
各岗位、行业、专业交流群