Задачі сигналів та критерії оптимальності рішень

Информация - Компьютеры, программирование

Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование

?я критеріїв оптимальності рішень при розвязанні задач обробки сигналів.

 

3. Критерії оптимальності рішень у задачі перевірки гіпотез

 

Розглянемо критерії оптимальності рішень при вирішенні задач перевірки гіпотез.

Байєсівський критерій оптимальності використовує середній ризик (2) і вимагає його мінімізації (у загальному випадку забезпечення нижньої границі):

 

. (6)

 

Рішення це гіпотеза , що забезпечує мінімум середнього ризику. Останній шукається у множині відображень простору спостережень у простір рішень . Нагадаємо, що аргумент функції правдоподібності це значення параметра (або номер гіпотези). Тому зручно (6) записувати також у вигляді

 

. (7)

 

Критерій мінімуму середньої ймовірності похибки (критерій Зігерта-Котельникова або критерій ідеального спостерігача). У цьому разі використовується показник якості рішення (3). Цей критерій оптимальності вимагає мінімізації величини середньої ймовірності похибки:

 

, (8)

 

або

. (8а)

 

Критерій називають також критерієм „ідеального спостерігача”, тому що можна уявити собі, що деякий спостерігач задає вагову матрицю так, що вона завжди нульова , коли приймається правильне рішення. А коли виникає похибка, він не цікавиться тим, як саме вона виникла, і завжди задає однаковий вагомий коефіцієнт .

Іноді зручніше використовувати замість максимум імовірності правильного рішення (4):

 

. (9)

 

Критерій максимуму апостеріорної ймовірності. Згідно з показником якості (5) критерій оптимальності рішення задається так: серед гіпотез вибирається такий номер „”, що забезпечується максимум у (5):

 

. (10)

 

Мінімаксний критерій оптимальності. Введені вище критерії по суті вимагали знання розподілу переданого сигналу, що дає змогу ввести ймовірності гіпотез . Коли розподіл невідомий, можна врахувати найгірший випадок мінімізувати середній ризик в умовах найгіршого (з точки зору величини ризику) розподілу:

. (11)

 

У теорії статистичних рішень доводиться, що рішення буде таке саме, якщо використовувати умовні ризики

 

 

та вимагати, щоб рішення шукалось за умови

 

. (11а)

 

Мінімаксний критерій приводить до байєсівського рішення в умовах найгіршого розподілу параметра (переданого сигналу).

Критерій оптимальності Неймана-Пірсона. Спинимося детальніше на ілюстрованому прикладі приймання сигналів амплітудної маніпуляції. Тут задається лише дві гіпотези. Гіпотезу називають основною, а альтернативною. Ставиться задача перевірки гіпотези проти альтернативи . Часто гіпотези несиметричні і зручно основну увагу приділити одній з них. Саме таку гіпотезу у математичній статистиці називають основною і позначають .

У задачі перевірки гіпотези проти альтернативи мають місце дві похибки умовні ймовірності:

 

та

 

.

 

Ситуація, коли приймається гіпотеза за істинної гіпотези , означає, що дійсно сигналу немає (існує тільки шум), але приймається рішення про існування сигналу. Тому називають умовно імовірністю хибної тривоги. У математичній статистиці її називають умовною ймовірністю похибки першого роду. У разі, коли приймається гіпотеза при істинній гіпотезі (фізично сигнал існує), то приймається хибне рішення, що сигналу немає. Тому називають умовною ймовірністю пропуску сигналу, у математичній статистиці її називають умовною ймовірністю похибки другого роду.

Крім імовірностей похибок та у задачі перевірки гіпотези проти альтернативи розглядають також імовірності правильних рішень

 

 

та

 

.

 

Критерій оптимальності рішення Неймана-Пірсона використовує два показники якості рішень умовні ймовірності хибної тривоги та пропуску цілі. У класичній літературі з теорії статистичних рішень ця обставина не підкреслюється. Але на рівні сучасної теорії вибору рішень (чи оптимізації систем і пристроїв) про це треба памятати.

Критерій Неймана-Пірсона вимагає знаходження рішення, що забезпечує мінімальне значення умовної ймовірності пропуску цілі

 

(12)

 

при обмеженні умовної ймовірності хибної тривоги .

Замість (12) часто використовують умову максимізації ймовірності правильного рішення про наявність цілі:

 

при обмеженні . (12а)

 

4. Критерії оптимальності в задачі оцінювання параметрів

 

Критерії оптимальності в задачі оцінювання параметрів розподілів ймовірностей мають деякі відмінності порівняно із задачею перевірки гіпотез. Різниця у тому, що параметр функції правдоподібності у задачах вибору гіпотез має дискретний характер (і значення параметра ототожнюється з гіпотезами), а в задачах оцінювання параметрів він звичайно набирає значення з континуальної множини. Це відбивається як на вигляді показників (критеріїв) якості рішення, так і на вигляді критеріїв оптимальності. Спинимося на них.

Показник середнього ризику. Середній ризик це середнє значення функції втрат:

 

(13)

Тут припускається, що вимірність вектора параметрів у загальному випадку не збігається з вимірністю вектора спостережень .

Показник середньоквадратичної похибки. В окремому випадку квадратичної функції втрат середній ризик приводить до середньоквадратичної похибки оцінювання скалярного параметра

 

. (14)

 

Величина ці?/p>