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高斯分布、多维高斯分布、各向同性的高斯分布

时间:2020-05-22 22:54:51      阅读:155      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

高斯分布是一类非常重要的概率分布,在概率统计,机器学习中经常用到。

一维高斯分布

一维高斯分布的概率密度函数(pdf)形式为:

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红色的曲线是标准的正态分布,即均值为0,方差为1的正态分布。

我们可以采用以下方程从均值为 μ 标准差为 σ 的高斯分布中采样(再参数化技巧): 

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 其中,? 从一个标准高斯分布中采样。

多维/多变量高斯分布

正态分布的概念可以扩展到一个以上的维度——k维的一般多元正态分布的概率密度函数如下:

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 其中,|Σ|为协方差矩阵的行列式。

 在2D中,均值向量μ和对称的协方差矩阵Σ定义为:

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 其中ρ是两个维度x1和x2之间的相关系数。

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各向同性的高斯分布

各向同性的高斯分布(球形高斯分布)指的是各个方向方差都一样的多维高斯分布,协方差为正实数与identity matrix相乘。

因为高斯的circular symmetry,只需要让每个轴上的长度一样就能得到各向同性,也就是说分布密度值仅跟点到均值距离相关,而不和方向有关。

各向同性的高斯每个维度之间也是互相独立的,因此密度方程可以写成几个1维度高斯乘积形式。要注意的是,几个高斯分布乘在一起得到各向同性,但几个Laplace分布相乘就得不到各向同性!

此类高斯分布的参数个数随维度成线性增加,只有均值在增加,而方差是一个标量,因此对计算和存储量的要求不大,因此非常讨人喜欢~

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其中, Σ =  σI,  I为单位阵。

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  各向同性的高斯分布与标准高斯分布的KL散度

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 一种直观的解释方式:

注意到各向同性的高斯分布的概率密度函数可以写成几个1维度高斯乘积形式,

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 各向同性的高斯分布的概率密度函数可以写成几个1维度高斯乘积形式,因此,最后的结果是各个维度结果的加和。

 
 

参考:
https://www.zhihu.com/question/343638697/answer/808598383

https://kexue.fm/archives/5253

 

高斯分布、多维高斯分布、各向同性的高斯分布

原文:https://www.cnblogs.com/jiangkejie/p/12939776.html

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