算法07--OCR问题

问题

这个问题还带有一点条件概率,混入了马尔可夫链,最后要选择的是最有可能的句子。输入条件有

  • 词典m,是所有可能的输入词语,大小为|m|。
  • 词典中的每个词出现在句首的概率B。
  • 实数矩阵T,其中T[i,j]表示m[i]出现在m[j]之前的概率;
  • 实数矩阵M,其中M[i,j]表示m[i]被误识别成m[j]的概率;
  • 问题:OCR识别出来的n个词语的句子q。
    要求输出实际可能的句子。

分析

拿到一个输入q,假设最后生成的结果为p。那么它为p的概率由p句子出现的概率及每一个p_{i}被识别为q_{i}的概率。

-理论告警- 所谓朴素贝叶斯定理
P(p|q) = \frac {P(q|p)P(p)} {P(q)}
这公式是说如果识别出q那么原文是p的概率。我们的问题就是要使得P(p|q)最大化,由于P(q)与p无关,是一个定值(拿B和T一阵地猛乘就得出),所以我们定义f(q)=P(q|p)P(p),求使它最大的q就是我们要的答案。

求解

先来看公式,后面再来递推最大化
\begin{align*} & P(p) = B[p_0] \prod_{i=0}^{n-2} T[q_i, q_{i+1}] \\ & P(q|p) = \prod_{i=0}^{n-1} M[q_i,p_i] \\ \end{align*}
如果将B也融入到T中,即从无到第一个字的概率,可以将公式范化成
\begin{align*} & f(q) = \prod_{i=0}^{n-1} T[q_{i-1},q_i] * \prod_{i=0}^{n-1} M[q_i,p_i] \\ & = \prod_{i=0}^{n-1} T[q_{i-1}, q_i]*M[q_i, p_i] \\ \end{align*}

把f(q)分解成一个一个单独的词,得到每一部分的几率值为:
g(q_i) = T[q_{i-q}, q_{i}] * M[q_i, p_i]

PS:按照通用的做法,不会直接算乘法,而是会先取个对数,将乘法转换成加法,这样就比较容易计算。

递推公式

子问题最优解,就是在已经先到i位置的情况下,剩下的概率最大值,由于i位置会影响到后面的几率,所以r(s,t) = q_{s_1}等于t时m_{t}时,适当填充q_{s...},能够得到的最大概率f。

那么由此得到递推公式:
r(s,t) = \max \limits_{u}(r(s+1, u) * g(u))

这样动态规划中用作缓存的,就是一个|m|^2大的矩阵,还在可以接受的范围之内。

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