隐马尔柯夫模型的一种面向对象的程序实现框架.docVIP

隐马尔柯夫模型的一种面向对象的 程序实现框架 伟① 赵荣椿② 邓 摘 要 在以 C + + 语言作为程序设计语言的基础上, 提出了一种用面向对象的 程序设计方法来实现隐马尔柯夫模型的基本框架。 按照这一框架实现的隐马尔柯夫 模型能够很好地保护它自己不受未知的外部事件的影响, 从而使它的数据和功能免 遭破坏; 而且对模型的改进以及程序实现上的变化也不会影响使用它的外部应用程 序。 此外, 用这一方法编制的隐马尔柯夫模型程序具有很好的重用性和继承性。 关键词 隐马尔柯夫模型, 面向对象的程序设计, 类, 中图分类号 T P 391 T P 311 引 言 隐马尔柯夫模型, 作为一种主要的信号统计模型, 在信号处理、图像处理、模式识别等领域 中有着广泛的应用。但是隐马尔柯夫模型的数据元素众多, 数学结构丰富, 计算异常复杂, 因此 用传统的程序设计方法通常不能很好地实现这一模型。 要高效、???靠地使用隐马尔柯夫模型, 尤其是在大型应用软件系统中, 就要用一种崭新的程序设计方法来实现它。面向对象的程序设 计方法是导致软件构造发生一场革命的新方法, 也是用来实现隐马尔柯夫模型的一种新的程 序设计方法。 本文在以 C + + 语言作为程序设计语言的基础上, 提出了一种用面向对象的程序 设计方法来实现隐马尔柯夫模型的基本框架, 即把隐马尔柯夫模型封装在一个类中。这个类既 包含了表示模型特性的数据元素, 又包含了用于求解隐马尔柯夫模型的三个基本问题的多个 函数。由于这个隐马尔柯夫模型类为使用它的各个应用程序提供了统一的功能接口, 而实现这 些功能的数据成员和成员函数对于各个应用程序是“不可见”的。 隐马尔柯夫模型类的设计 给出一个隐马尔柯夫模型类的 C + + 语言描述, 其中包括类中数据成员的定义和成员函数 的定义, 以此作为隐马尔柯夫模型的一种面向对象的程序实现框架。 1. 1 隐马尔柯夫模型类中数据成员的定义 一个隐马尔柯夫模型由 5 个数据元素唯一确定: 1 ① 西北工业大学博士生 本文收到日期: 1998- 01- 16 ② 西北工业大学教授  HYPERLINK ki.ne/ ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ki.ne (1) 模型中所包含的状态数目N 。 模型中所有的状态组成集合 S = {S 1 , S 2 , , S N } 在时刻 t 的状态可用 q t 来表示。 (2) 每个状态所能产生的不同观测符号的数目M 。所有的观测符号组成集合 V = {v 1 , v 2 , , vM } (3) 状态转移概率分布A = {a ij } , 式中 a ij = P [ q t+ 1 = S j | q t = S i ] 1 Φ i, j Φ N 观测符号概率分布B = 式中 (4) {bi j } , bij = P [ v j a t t| q t = S i ] 1 Φ i Φ N , 1 Φ j Φ M 初始状态概率分布 {Πi } , 式中 (5) Πi = P [ q1 = S i ] 1 Φ i Φ N 这 5 个元素必须包含在隐马尔柯夫模型类中作为它的数据成员, 而且为了数据的安全性, 应当 把这些数据元素定义为类的私有数据成员。 为了使隐马尔柯夫模型类能够成为模型的本质的、抽象的描述, 同时为了尽可能减小类的 对象所占用的内存空间, 在类中除了定义用于表示这 5 个数据元素的数据成员以外, 不再定义 用于存放中间计算结果的其它数据成员。 此外, 对于以上 3 个概率分布, 在类中用 3 个指针变 量加以表示, 以便进行动态内存分配, 这样就可以根据实际应用中所需要的模型大小恰当地生 成模型。 隐马尔柯夫模型类中数据成员的定义: in t N ; in t M ; f lo a t 3 3A ; f lo a t 3 3B ; f lo a t 3 P I ; ??th e n um b e r o f sta te s in th e m o de l ??th e n um b e r o f d ist in c t o b se rva t io n sym bo ls p e r sta te ??th e sta te t ran sit io n p ro b ab ility d ist r ib u t io n ??th e o b se rva t io n sym bo l p ro b ab ility d ist r ib u t io