Thuật ngữ

Mô hình Markov ẩn (HMM)

Khám phá Mô hình Markov ẩn (HMM) để phân tích dữ liệu chuỗi thời gian trong các ứng dụng nhận dạng giọng nói, tin sinh học, tài chính và NLP.

Xe lửa YOLO mô hình đơn giản
với Ultralytics TRUNG TÂM

Tìm hiểu thêm

Mô hình Markov ẩn (HMM) là một công cụ thống kê được sử dụng để mô hình hóa các hệ thống thể hiện các quá trình ngẫu nhiên với các trạng thái ẩn cơ bản. Các mô hình này đặc biệt mạnh mẽ khi xử lý dữ liệu tuần tự hoặc chuỗi thời gian, trong đó các sự kiện quan sát được chịu ảnh hưởng của các trạng thái không thể quan sát được. HMM được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nhận dạng giọng nói, tin sinh học, mô hình tài chính và xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP).

Các khái niệm chính

  • Trạng thái ẩn : Các trạng thái cơ bản trong HMM không thể quan sát trực tiếp nhưng lại ảnh hưởng đến các sự kiện có thể quan sát được.
  • Sự kiện có thể quan sát : Đây là các điểm dữ liệu hoặc đầu ra có thể đo lường hoặc quan sát được, chẳng hạn như các từ trong nhận dạng giọng nói hoặc giá cổ phiếu trong hệ thống tài chính.
  • Xác suất chuyển đổi : Xác suất này xác định khả năng di chuyển từ trạng thái ẩn này sang trạng thái ẩn khác.
  • Xác suất phát xạ : Xác suất này chỉ rõ khả năng xảy ra một sự kiện quan sát được khi có trạng thái ẩn cụ thể.
  • Xác suất ban đầu : Xác suất hệ thống bắt đầu ở mỗi trạng thái ẩn.

HMM cho rằng hệ thống đang được mô hình hóa tuân theo thuộc tính Markov, trong đó nêu rằng trạng thái tương lai chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại chứ không phụ thuộc vào chuỗi các trạng thái trước đó. Sự đơn giản hóa này làm cho HMM hiệu quả về mặt tính toán đối với các tác vụ liên quan đến suy luận xác suất.

HMM hoạt động như thế nào

HMM sử dụng các phương pháp xác suất để suy ra chuỗi các trạng thái ẩn từ dữ liệu quan sát được. Điều này có thể đạt được thông qua các thuật toán như:

  • Thuật toán chuyển tiếp : Tính toán xác suất của một chuỗi quan sát.
  • Thuật toán Viterbi : Tìm chuỗi trạng thái ẩn (đường dẫn) có khả năng xảy ra cao nhất dựa trên các quan sát.
  • Thuật toán Baum-Welch : Thuật toán kỳ vọng-tối đa hóa được sử dụng để ước tính các tham số của HMM khi chỉ có các chuỗi quan sát.

Ứng dụng của HMM

Nhận dạng giọng nói

HMM là nền tảng trong các hệ thống nhận dạng giọng nói. Chúng mô hình hóa chuỗi các âm vị (trạng thái ẩn) và các tín hiệu âm thanh tương ứng của chúng (các sự kiện có thể quan sát được). Các công cụ nhận dạng giọng nói như các công cụ tích hợp với nền tảng AI thường tận dụng HMM để phiên âm theo thời gian thực. Ví dụ, các giải pháp chuyển giọng nói thành văn bản sử dụng HMM để chuyển đổi các từ đã nói thành văn bản, hỗ trợ các ứng dụng trong hỗ trợ khách hàng, trợ lý ảo và các công cụ trợ năng.

Tin sinh học

Trong tin sinh học, HMM được sử dụng để dự đoán gen và căn chỉnh trình tự. Ví dụ, chúng mô hình hóa các họ protein bằng cách xác định các trình tự bảo tồn trên DNA hoặc RNA. Điều này rất cần thiết để hiểu các bệnh di truyền và phát triển các phương pháp điều trị có mục tiêu. Các công cụ và kỹ thuật trong phân tích hình ảnh y tế thường bổ sung cho các phương pháp tiếp cận như vậy, nâng cao khả năng chẩn đoán.

Mô hình tài chính

HMM được áp dụng trong các hệ thống tài chính để mô hình hóa hành vi thị trường. Các trạng thái ẩn có thể biểu diễn các điều kiện thị trường (ví dụ, thị trường tăng giá hoặc giảm giá), trong khi các sự kiện có thể quan sát được là biến động giá cổ phiếu hàng ngày. HMM giúp dự đoán xu hướng, quản lý rủi ro và phát triển các chiến lược giao dịch.

Xử lý ngôn ngữ tự nhiên

Trong NLP, HMM được sử dụng cho các tác vụ như gắn thẻ từ loại, trong đó các từ được quan sát và các danh mục ngữ pháp của chúng (danh từ, động từ, v.v.) là các trạng thái ẩn. HMM cũng đóng vai trò trong các mô hình chuỗi-sang-chuỗi, cung cấp năng lượng cho các ứng dụng như dịch máy .

Ví dụ thực tế

  1. Trợ lý giọng nói : Các trợ lý ảo phổ biến như Siri và Alexa dựa vào HMM như một phần của quy trình nhận dạng giọng nói, cho phép diễn giải chính xác các lệnh của người dùng. Khám phá thêm về trợ lý ảo hỗ trợ AI và khả năng biến đổi của chúng.

  2. Phát hiện gian lận : Trong các hệ thống tài chính, HMM phát hiện các mẫu bất thường trong chuỗi giao dịch, giúp ngăn ngừa các hoạt động gian lận. Các mô hình này phân tích dữ liệu chuỗi thời gian một cách hiệu quả, khiến chúng trở nên lý tưởng để xác định các điểm bất thường, một khái niệm có liên quan chặt chẽ đến phát hiện bất thường .

HMM so với các mô hình liên quan

HMM có điểm tương đồng với các mô hình như Markov Decision Processes (MDP)Recurrent Neural Networks (RNN) . Tuy nhiên, chúng khác nhau ở những điểm chính sau:

  • Trạng thái ẩn : Không giống như MDP, giả định các trạng thái có thể quan sát được đầy đủ, HMM tập trung vào các trạng thái ẩn.
  • Phương pháp tiếp cận mô hình hóa : RNN là các mô hình dựa trên mạng nơ-ron xử lý dữ liệu tuần tự bằng cách học các mẫu thông qua truyền ngược, trong khi HMM dựa vào các giả định xác suất và chuyển đổi trạng thái rõ ràng.

Tìm hiểu thêm

Để khám phá cách HMM và các công nghệ AI khác chuyển đổi các ngành công nghiệp, hãy truy cập Ultralytics YOLO để biết các giải pháp AI về tầm nhìn thời gian thực. Bạn cũng có thể xem Ultralytics HUB để đào tạo và triển khai mô hình AI liền mạch, đơn giản hóa quy trình làm việc cho người dùng trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Để biết thêm thông tin chi tiết về các khái niệm liên quan, hãy tìm hiểu sâu hơn về các cải tiến về học sâuhọc máy .

Đọc tất cả