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维特比算法

重要性

维特比算法是针对篱笆网络的有向图(Lattice)的最短路径而提出的,凡是使用隐马尔可夫模型描述的问题都可以用它来解码。包括数字通信、语音识别、机器翻译、拼音转汉字、分词等。

我的理解

维特比算法说白了就是用动态规划方法去求解篱笆网络的最短路径。过程非常简单。每当我们走过一个新列时,就需要计算出从开始节点到这一列每个节点的最短路径。巧妙的是,这个计算过程不必从头开始,只需要在上一列节点计算出的最短路径的基础上进行叠加。

转载别人

转载知乎一个解释很清楚的答案:

https://www.zhihu.com/question/20136144/answer/763021768

为了找出S到E之间的最短路径,我们先从S开始从左到右一列一列地来看。

首先起点是S,从S到A列的路径有三种可能:S-A1、S-A2、S-A3,如下图:

imgimg

​ 我们不能武断的说S-A1、S-A2、S-A3中的哪一段必定是全局最短路径中的一部分,目前为止任何一段都有可能是全局最短路径的备选项。

我们继续往右看,到了B列。B列的B1、B2、B3逐个分析。

先看B1:

imgimg

如上图,经过B1的所有路径只有3条:

S-A1-B1

S-A2-B1

S-A3-B1

以上这三条路径,我们肯定可以知道其中哪一条是最短的(把各路径每段距离加起来比较一下就知道哪条最短了)。假设S-A3-B1是最短的,那么我们就知道了经过B1的所有路径当中S-A3-B1是最短的,其它两条路径路径S-A1-B1和S-A2-B1都比S-A3-B1长,绝对不是目标答案,可以大胆地删掉了。删掉了不可能是答案的路径,就是viterbi算法(维特比算法)的重点,因为后面我们再也不用考虑这些被删掉的路径了。现在经过B1的所有路径只剩一条路径了,如下图:

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接下来,我们继续看B2:

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如上图,经过B2的路径有3条:

S-A1-B2

S-A2-B2

S-A3-B2

这三条路径中我们肯定也可以知道其中哪一条是最短的,假设S-A1-B2是最短的,那么我们就知道了经过B2的所有路径当中S-A1-B2是最短的,其它两条路径路径S-A2-B2和S-A3-B1也可以删掉了。经过B2所有路径只剩一条,如下图:

imgimg

接下来我们继续看B3:

imgimg

如上图,经过B3的路径也有3条:

S-A1-B3

S-A2-B3

S-A3-B3

这三条路径中我们也肯定可以知道其中哪一条是最短的,假设S-A2-B3是最短的,那么我们就知道了经过B3的所有路径当中S-A2-B3是最短的,其它两条路径路径S-A1-B3和S-A3-B3也可以删掉了。经过B3的所有路径只剩一条,如下图:

imgimg

现在对于B列的所有节点我们都过了一遍,B列的每个节点我们都删除了一些不可能是答案的路径,看看我们剩下哪些备选的最短路径,如下图:

imgimg

上图是我们我们删掉了其它不可能是最短路径的情况,留下了三个有可能是最短的路径:S-A3-B1、S-A1-B2、S-A2-B3。现在我们将这三条备选的路径汇总到下图:

imgimg

S-A3-B1、S-A1-B2、S-A2-B3都有可能是全局的最短路径的备选路径,我们还没有足够的信息判断哪一条一定是全局最短路径的子路径。

如果我们你认为没毛病就继续往下看C列,如果不理解,回头再看一遍,前面的步骤决定你是否能看懂viterbi算法(维特比算法)。

​ 接下来讲到C列了,类似上面说的B列,我们从C1、C2、C3一个个节点分析。

经过C1节点的路径有:

S-A3-B1-C1、

S-A1-B2-C1、

S-A2-B3-C1

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和B列的做法一样,从这三条路径中找到最短的那条(假定是S-A3-B1-C1),其它两条路径同样道理可以删掉了。那么经过C1的所有路径只剩一条,如下图:

imgimg

同理,我们可以找到经过C2和C3节点的最短路径,汇总一下:

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到达C列时最终也只剩3条备选的最短路径,我们仍然没有足够信息断定哪条才是全局最短。

最后,我们继续看E节点,才能得出最后的结论。

到E的路径也只有3种可能性:

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E点已经是终点了,我们稍微对比一下这三条路径的总长度就能知道哪条是最短路径了。

imgimg

在效率方面相对于粗暴地遍历所有路径,viterbi 维特比算法到达每一列的时候都会删除不符合最短路径要求的路径,大大降低时间复杂度。

伪代码

img

Author: realLiuSir
Link: http://yoursite.com/2020/03/22/%E7%BB%B4%E7%89%B9%E6%AF%94%E7%AE%97%E6%B3%95/
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