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2026-09-29 04:20289 字机器学习优化概率图模型

期望最大化算法(EM) ​

EM 算法是含隐变量模型的参数估计方法,通过迭代 E 步和 M 步收敛到局部最优。

核心思想 ​

最大似然估计 在存在隐变量 时难以直接求解。EM 转而优化对数似然的下界(ELBO):

  1. E 步:固定 ,计算隐变量后验
  2. M 步:固定 的后验,最大化期望对数似然,更新

直观理解 ​

E 步"猜测"隐变量分布,M 步在此猜测下更新参数。反复迭代使似然单调上升。

典型应用 ​

  • GMM(高斯混合模型):E 步计算每个样本属于各高斯分量的概率,M 步更新均值和协方差
  • HMM:Baum-Welch 算法即 EM 的特化
  • K-means:可视为硬分配的 EM 特例

局限 ​

  • 对初始值敏感,可能收敛到局部最优
  • 隐变量维度过高时 E 步难计算
  • 收敛速度线性,慢于牛顿法等二阶方法

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