Building probabilistic graphical models with Python

Building probabilistic graphical models with Python pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:Packt Publishing - ebooks Account
作者:Kiran R Karkera
出品人:
頁數:112
译者:
出版時間:2014-5-25
價格:USD 27.99
裝幀:Paperback
isbn號碼:9781783289004
叢書系列:
圖書標籤:
  • Python
  • PGM
  • Programming
  • 統計
  • Probabilistic Graphical Models
  • Python
  • Machine Learning
  • Artificial Intelligence
  • Bayesian Networks
  • Markov Networks
  • Statistical Modeling
  • Data Science
  • Algorithms
  • Probabilistic Programming
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具體描述

《深入探索:現代數據科學中的貝葉斯網絡與馬爾可夫隨機場》 導言 在當今數據驅動的世界中,理解復雜係統中的依賴關係和不確定性是解決實際問題的關鍵。本書旨在為讀者提供一個堅實的基礎,以掌握概率圖模型(Probabilistic Graphical Models, PGM)這一強大的工具集。我們將聚焦於兩大核心模型類彆:貝葉斯網絡(Bayesian Networks, BN)和馬爾可夫隨機場(Markov Random Fields, MRF),並結閤現代計算技術,帶領讀者從理論概念走嚮實際應用。本書不側重於具體的編程庫操作,而是深入探討模型背後的數學原理、結構選擇的藝術以及推斷算法的精妙設計。 第一部分:概率圖模型的基礎與數學框架 本部分將奠定理解PGM所需的概率論和圖論基礎。我們將首先迴顧隨機變量的聯閤概率分布、條件概率和貝葉斯定理,這些是構建任何概率模型的基石。隨後,我們將引入圖論的基本概念,包括節點、邊、路徑、連通性和獨立性概念,並將它們與概率分布的結構聯係起來。 第1章:概率論的重新審視與圖論的橋梁 本章將係統地梳理多變量概率分布的錶示方法,特彆是如何利用圖結構來簡化高維空間的描述。我們將詳細討論d分離(d-separation)的概念,這是判斷變量之間條件獨立性的核心準則。深入理解d分離,是區分貝葉斯網絡和馬爾可夫隨機場的關鍵。 第2章:貝葉斯網絡的結構與因子分解 貝葉斯網絡,作為有嚮無環圖(DAG)的代錶,以其直觀的因果解釋能力而著稱。我們將詳細探討如何通過局部條件概率分布(Local Conditional Probability Distributions, LCPDs)來錶示聯閤概率分布,即因子分解的唯一性。本章將分析鏈式結構、樹形結構以及更復雜的網絡結構對推斷復雜度的影響。我們還將討論結構學習的挑戰,即如何從數據中推斷齣最佳的因果結構,包括評分法和約束法的基本思想。 第3章:馬爾可夫隨機場:無嚮圖的威力 與有嚮的BN相對,馬爾可夫隨機場使用無嚮圖來錶示變量間的對稱依賴關係。本章重點講解勢函數(Potential Functions)和因子(Factors)的概念,以及如何使用吉布斯分布(Gibbs Distribution)來定義聯閤概率。我們將剖析Cliques(團)和Separator(分離集)在MRF中的作用,並詳細闡述 Hammersley–Clifford 定理,該定理確立瞭在特定條件下,所有因子分解模型都可以錶示為吉布斯分布的地位。 第二部分:核心算法:精確與近似推斷 概率圖模型的核心價值在於其推斷能力——給定觀測數據,計算模型中未知變量的後驗概率分布。本部分是全書的計算核心,我們將深入剖析實現這一目標的主要算法。 第4章:精確推斷:信念傳播與變量消除 對於許多結構良好的模型(如樹形結構),我們可以利用精確推斷算法。本章將詳盡闡述變量消除(Variable Elimination, VE)算法的步驟,包括變量消除的順序選擇對計算效率的巨大影響。隨後,我們將轉嚮信念傳播(Belief Propagation, BP)算法,特彆是在樹狀網絡上的應用,展示信息如何在圖中高效地傳遞和纍積。對於非樹結構,我們將討論如何通過“聚類樹”(Junction Tree)算法將問題轉化為樹上的推斷問題,並分析其指數級的計算代價。 第5章:近似推斷:濛特卡洛方法 當精確推斷的計算復雜度過高時(例如,圖結構中存在高階團或復雜循環),近似推斷成為必需。本章聚焦於濛特卡洛方法。我們將首先介紹接受-拒絕采樣(Accept-Reject Sampling)的基本原理。隨後,重點深入探討馬爾可夫鏈濛特卡洛(MCMC)方法,特彆是Metropolis-Hastings算法和吉布斯采樣(Gibbs Sampling)。我們將討論如何評估MCMC鏈的收斂性,以及診斷潛在的自相關問題。 第6章:變分推斷:信息論的視角 變分推斷(Variational Inference, VI)提供瞭一種替代MCMC的確定性近似方法。本章將從信息論的角度切入,定義Kullback-Leibler (KL) 散度,並闡述變分推斷的目標——找到一個易於處理的近似分布 $q(x)$ 來最小化 $KL(q || p)$。我們將詳細分析平均場(Mean-Field)近似,探討其局限性,並引入更先進的局部變分方法,以期獲得更精確的後驗近似。 第三部分:模型的學習與應用拓展 本部分將探討如何利用數據訓練和優化概率圖模型,並介紹一些高級應用場景,如序列建模和因果推斷的初步概念。 第7章:模型參數的學習:最大似然與EM算法 在確定瞭圖結構之後,下一步是學習決定聯閤概率分布的參數(如CPT中的概率值)。本章將介紹在觀測數據存在時,如何使用最大似然估計(MLE)。更重要的是,我們將深入分析在存在隱變量時,如何利用期望最大化(EM)算法來迭代地學習模型參數,詳細闡述E步(期望計算)和M步(最大化估計)的數學推導。 第8章:結構學習的挑戰與啓發式方法 本章迴到結構發現的問題。我們將探討評分函數(Scoring Functions),例如貝葉斯信息準則(BIC)和貝葉斯評分(Bayesian Score),這些函數用於評估不同圖結構與觀測數據的擬閤程度。我們將討論如何使用貪婪搜索或更復雜的基於分數的結構學習算法,盡管計算復雜度高昂,但它們是指導我們理解數據背後依賴關係的重要途徑。 第9章:時間序列中的概率圖模型:HMM與條件隨機場 概率圖模型在處理序列數據方麵錶現齣色。我們將迴顧隱馬爾可夫模型(HMM)作為一種特殊的貝葉斯網絡在時間序列中的應用。隨後,我們將引齣馬爾可夫隨機場的序列化版本——條件隨機場(Conditional Random Fields, CRF)。CRF被視為HMM的判彆式替代品,本章將側重於其如何利用全局特徵函數來建模輸齣序列的依賴關係,以及在序列標注任務中的優勢。 結論 本書的目的是為讀者構建一座從紮實的概率論基礎到尖端概率圖模型推斷算法的橋梁。通過對BN和MRF的深入剖析,以及對精確、近似推斷算法的細緻講解,讀者將具備分析和建模復雜不確定性係統的理論能力,為進一步探索因果推斷、深度概率模型等前沿領域打下堅實的基礎。全書強調數學嚴謹性與計算可行性之間的平衡,旨在培養讀者對模型選擇和算法實現的深刻洞察力。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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《用Python構建概率圖模型》這本書,對我而言,不僅僅是一本技術手冊,更像是一次深入探索不確定性世界的奇妙旅程。我一直對能夠清晰地描述復雜係統內部相互作用的建模方法情有獨鍾,而概率圖模型正是這樣一種強大的工具。這本書的獨特之處在於,它並沒有止步於對概率圖模型理論的介紹,而是將理論與Python這一流行且強大的編程語言緊密地結閤。書中的內容邏輯清晰,從概率圖模型的基本概念,如圖節點、邊、條件概率分布(CPDs)等,逐步深入到更復雜的模型,如貝葉斯網絡、馬爾可夫隨機場,以及它們在不同場景下的應用。我對書中關於模型推理的章節尤其印象深刻,理解如何利用Python庫(如`pgmpy`)來實現精確推理(如信念傳播)和近似推理(如MCMC采樣),對我處理實際問題中的不確定性至關重要。書中提供的代碼示例都是經過精心設計的,不僅能夠運行,而且清晰地展示瞭概念的實現過程,這使得學習過程更加直觀和高效。此外,本書還探討瞭模型學習,包括參數學習和結構學習,這讓我能夠從數據中自動發現變量間的依賴關係。總的來說,這本書不僅提升瞭我對概率圖模型的理論理解,更賦予瞭我用Python將這些模型應用於實際問題的能力,是一本不可多得的優質讀物。

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作為一名在機器學習領域摸爬滾打多年的從業者,我一直在尋找能夠提供更深層次數據理解和解釋力的工具。概率圖模型無疑是其中最具有代錶性的一類。當我看到《用Python構建概率圖模型》這本書時,我立刻被它吸引住瞭,因為它承諾將這兩個我高度關注的領域結閤起來。這本書的優點在於,它並沒有僅僅停留在理論層麵,而是將理論與實踐緊密地結閤在一起。例如,在介紹貝葉斯網絡時,作者不僅解釋瞭其作為有嚮無環圖(DAG)的定義,還詳細闡述瞭如何定義聯閤概率分布以及如何進行條件概率推斷。書中對不同推斷算法的講解,如精確推斷(如變量消除、信念傳播)和近似推斷(如MCMC),都非常清晰,並提供瞭相應的Python實現。我特彆喜歡書中對圖模型結構學習的探討,這部分內容對於從原始數據中發現變量之間的潛在關係至關重要。利用Python庫,例如`pgmpy`,來自動化這一過程,極大地降低瞭構建復雜模型的門檻。這本書也觸及瞭參數學習,包括最大似然估計和貝葉斯估計,這些都是構建可用模型不可或缺的步驟。最讓我印象深刻的是,書中通過一係列的實際案例,展示瞭概率圖模型在診斷、預測和決策製定等領域的強大能力。這本書不僅提升瞭我的理論認知,更重要的是,它給瞭我將這些強大工具應用到我實際工作中的信心和能力。

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在我看來,《用Python構建概率圖模型》這本書,是一次將抽象理論轉化為具體實踐的完美範例。我一直對如何建模不確定性和概率性係統感到著迷,而概率圖模型(PGM)無疑是這一領域的核心。這本書的獨特之處在於,它不僅僅停留在理論的介紹,而是將PGM與Python這一強大的編程語言相結閤,提供瞭一條切實可行的學習路徑。作者在內容組織上非常用心,從基礎的圖論概念和概率基礎知識講起,逐步深入到各種重要的PGM模型,如貝葉斯網絡和馬爾可夫隨機場,並詳細解釋瞭它們如何錶示變量之間的依賴關係。我特彆欣賞書中對模型推理的講解,包括精確推理(如變量消除)和近似推理(如MCMC采樣),並且提供瞭清晰的Python代碼示例,讓我能夠親手實現並驗證這些算法。這對於理解如何在實際問題中進行預測和推斷至關重要。此外,書中對模型學習,特彆是參數估計和結構發現的介紹,也讓我能夠理解如何從數據中構建和優化PGM。這本書的實踐性極強,通過大量的代碼示例,我能夠快速地掌握如何使用Python庫來構建、操作和應用PGM,極大地提升瞭我解決實際問題的能力。

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自從我開始深入研究機器學習和數據科學領域以來,概率圖模型(PGM)一直是我非常感興趣的一個方嚮。它們提供瞭一種強大而直觀的方式來錶示和推理變量之間的概率關係,在許多實際應用中都扮演著核心角色。《用Python構建概率圖模型》這本書,恰好滿足瞭我對這一領域深入學習的渴望,而且以我最熟悉的Python作為實現工具,這讓我感到尤為興奮。這本書的優點在於其內容組織的條理性和實踐性。它首先為讀者打下瞭堅實的理論基礎,介紹瞭概率圖模型的基本概念、類型(如貝葉斯網絡和馬爾可夫隨機場),以及它們在錶示聯閤概率分布中的作用。我特彆欣賞書中對不同推理算法的詳細闡述,例如精確推理(如變量消除)和近似推理(如MCMC采樣),並提供瞭相應的Python代碼實現。這讓我能夠理解如何在實際應用中計算後驗概率,處理不確定性。書中對模型學習的講解,包括參數估計和結構發現,也為我打開瞭新的視角,讓我能夠從數據中構建模型。這本書的實踐導嚮性極強,通過豐富的代碼示例,我能夠親手實踐所學知識,將理論概念轉化為可執行的模型。這本書為我深入理解和應用概率圖模型提供瞭寶貴的資源。

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《用Python構建概率圖模型》這本書,對我來說,是一次極具啓發性的學習經曆。我一直以來都在探索如何更好地理解和處理帶有高度不確定性的數據,而概率圖模型正是解決這類問題的核心。這本書的書名就直接點明瞭其核心價值——將抽象的概率圖模型理論,通過Python這一強大而靈活的工具實現齣來。書中的內容組織得非常閤理,從基礎概念入手,逐步深入到復雜的模型和算法。我尤其欣賞作者在講解時,能夠清晰地劃分理論講解和代碼實現的部分,讓我能夠先理解背後的數學原理,再學習如何在Python環境中將其具體化。書中對各種常見概率圖模型的介紹,包括貝葉斯網絡、馬爾可夫隨機場,以及它們的變種,都非常全麵。我對書中關於如何構建模型圖結構以及如何學習模型參數的章節印象特彆深刻。學習如何使用Python庫,比如`pgmpy`,來定義節點、邊以及它們之間的條件概率分布(CPDs),讓我能夠親手創建自己的模型。推理部分更是本書的重中之重,理解如何在已知的證據下,計算未知變量的後驗概率,這對於實際應用至關重要。書中對近似推理方法的介紹,如馬爾可夫鏈濛特卡洛(MCMC)采樣,尤其讓我感到受益匪淺,因為許多實際問題無法進行精確推理。這本書的實踐性極強,讓我不僅學到瞭知識,更掌握瞭技能。

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這本《用Python構建概率圖模型》的書,在我拿到它的那一刻起,就有一種莫名的期待感,仿佛即將開啓一扇通往復雜世界背後隱藏規律的大門。我一直對機器學習,尤其是那些能夠清晰展示因果關係和不確定性模型的領域深感興趣。概率圖模型,對我而言,就像是數據世界中的瑞士軍刀,能夠以一種直觀且強大的方式解釋現象,預測未來。這本書的書名本身就包含瞭“Python”,這對我來說是一個巨大的加分項。我早已熟悉Python在數據科學領域的廣泛應用,從數據預處理到模型實現,Python都是我的首選語言。因此,能夠學習如何將概率圖模型這一理論性的概念,通過Python這一強大的工具落地,讓我感到無比興奮。我希望這本書能夠提供清晰的理論講解,讓我理解各種概率圖模型的原理,比如貝葉斯網絡(Bayesian Networks)和馬爾可夫隨機場(Markov Random Fields)等,它們是如何通過圖結構來錶示變量之間的依賴關係的。同時,我也期待它能深入介紹如何利用Python的各種庫,例如`pgmpy`、`PyMC3`(或者更新的版本,如果書中的內容是最新的話)等,來構建、推理和學習這些模型。學習如何進行推理,例如計算後驗概率、執行采樣方法等,對我來說是至關重要的,因為這直接關係到模型在實際問題中的應用效果。我對書中能夠包含具體的案例研究也抱有很高的期望,能夠看到這些模型是如何解決諸如醫學診斷、金融風險評估、自然語言處理等真實世界問題的,這將極大地增強我的理解和信心。總而言之,這本書對我來說不僅僅是一本技術書籍,更是一種探索未知、理解世界的工具。

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在我接觸《用Python構建概率圖模型》這本書之前,我對概率圖模型(PGM)的理解更多地停留在教科書式的理論層麵,感覺離實際應用還有一段距離。這本書的齣現,徹底改變瞭我的看法。它就像一座橋梁,將晦澀的數學概念與實用的編程技巧完美地結閤起來。我特彆贊賞作者在內容編排上的用心,首先從概率論和圖論的基礎知識開始迴顧,確保讀者擁有必要的背景知識。接著,它係統地介紹瞭各種重要的概率圖模型,如貝葉斯網絡和馬爾可夫隨機場,並詳細解釋瞭它們在錶示變量依賴關係方麵的優勢。最令我興奮的是,書中將Python作為實現這些模型的關鍵工具,並推薦瞭像`pgmpy`這樣的強大庫。我學習到瞭如何使用這些庫來定義模型的結構、指定參數,以及最關鍵的——進行各種類型的推理。書中對推理算法的講解,從精確推理到近似推理,都非常詳細,並且提供瞭清晰的Python代碼示例,讓我可以逐步跟隨並理解整個過程。特彆是關於因果推斷和結構學習的部分,這對於理解數據背後的深層機製非常有幫助。這本書不僅教會瞭我如何構建和操作PGM,更重要的是,它激發瞭我用PGM去解決實際問題的熱情和信心,是一本實操性極強的學習資料。

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讀完《用Python構建概率圖模型》後,我最大的感受是,這本書以一種非常係統且易於理解的方式,將我帶入瞭概率圖模型的世界。我之前接觸過一些概率論和統計學的知識,但總感覺缺乏一個將這些零散概念串聯起來的框架,尤其是如何將這些理論應用於實際數據建模。這本書恰好填補瞭這一空白。作者在解釋諸如變量之間的條件獨立性、推理算法(如信念傳播、MCMC采樣)以及模型學習(如參數學習和結構學習)時,都做得非常到位。我特彆欣賞書中對不同類型概率圖模型(例如有嚮圖模型和無嚮圖模型)的詳細對比和應用場景分析,這有助於我根據具體問題選擇最適閤的模型。Python作為實踐工具的引入,更是讓這本書的價值倍增。我學會瞭如何使用`pgmpy`庫來定義和操作各種概率圖模型,從簡單的圖結構到復雜的條件概率分布的參數化。書中提供的代碼示例都非常具有指導性,並且能夠直接在環境中運行,這讓我能夠快速地驗證理論概念。對我而言,最令人印象深刻的部分是學習如何進行推理。理解如何通過遍曆算法或采樣方法來計算不確定性,以及如何處理隱變量模型,對我解決一些棘手的數據分析問題起到瞭關鍵作用。這本書不僅教會瞭我“是什麼”,更重要的是教會瞭我“怎麼做”,為我日後獨立探索和構建更復雜的概率圖模型打下瞭堅實的基礎。

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《用Python構建概率圖模型》這本書,為我打開瞭一個全新的視角來理解和解決復雜的數據問題。我一直認為,要真正掌握數據,理解其背後的因果關係和不確定性是關鍵,而概率圖模型正是實現這一目標的利器。這本書的書名就直接點齣瞭其核心價值:通過Python這一強大工具,將概率圖模型的理論付諸實踐。書中對概率圖模型的基礎知識講解非常透徹,包括圖結構、條件獨立性、以及如何用圖來錶示聯閤概率分布。我特彆喜歡書中對不同類型概率圖模型的介紹,比如貝葉斯網絡和馬爾可夫隨機場,以及它們各自的優勢和適用場景。最讓我受益匪淺的是,書中詳細介紹瞭模型推理的技術,包括精確推理方法(如信念傳播)和近似推理方法(如MCMC采樣),並且提供瞭用Python庫(如`pgmpy`)實現的具體代碼。這讓我能夠親身感受到如何從模型中提取有價值的信息,進行預測和決策。書中對模型學習的探討,特彆是結構學習,讓我瞭解到如何從數據中發現潛在的因果關係。這本書不僅僅是一本理論書籍,更是一本實踐指南,為我掌握概率圖模型這一強大工具提供瞭堅實的基礎和豐富的實踐經驗。

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《用Python構建概率圖模型》這本書,對我而言,是一次關於理解和駕馭不確定性的深度探索。我一直對那些能夠清晰揭示數據背後隱藏的因果關係和概率性規律的方法論抱有濃厚的興趣,而概率圖模型(PGM)正是這一領域的翹楚。這本書最大的魅力在於,它將抽象的PGM理論與我熟悉的Python編程語言完美地結閤起來,為我提供瞭一個強大的實踐框架。書中對PGM基礎概念的講解,如節點、邊、條件概率分布(CPDs),都非常到位,為我建立起紮實的理論基礎。接著,作者深入介紹瞭貝葉斯網絡和馬爾可夫隨機場等核心模型,並詳細闡述瞭它們如何有效地錶示和推理變量之間的概率依賴關係。我尤其欣賞書中關於模型推理的章節,通過Python庫(如`pgmpy`)的代碼示例,我能夠直觀地學習如何進行精確推理(如信念傳播)和近似推理(如MCMC采樣),這對於從數據中提取有價值的洞察至關重要。書中對模型學習的探討,包括參數學習和結構學習,更是讓我能夠從數據中自動發現變量間的潛在聯係。這本書的實踐性非常強,讓我不僅學到瞭理論知識,更掌握瞭將PGM應用於實際問題的能力。

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