Abstrakti
Dynaamisten systeemien tila-avaruusmalleilla mallinnetaan ajassa eteneviä ilmiöitä, joista saadaan epätarkkoja havaintoja. Näitä malleja voidaan soveltaa esimerkiksi liikkuvan kohteen seuraamiseen. Tila-avaruusmalli kuvaa todennäköisyysjakaumina miten systeemin tila riippuu aiemmasta tilasta ja miten kunkin ajanhetken mittaus riippuu tilasta. Tila-avaruusmallin suodatustehtävässä lasketaan tilan todennäköisyysjakauma kullakin ajanhetkellä ottaen huomioon kaikki siihen mennessä saadut mittaukset. Silotustehtävässä puolestaan nämä jakaumat päivitetään ottamaan huomioon myös myöhemmät mittaukset. Suodatus- ja silotustehtävää ei voi ratkaista analyyttisesti suljetussa muodossa kuin tietyissä erikoistapauksissa.
Tässä väitöskirjassa käytetään sigmapiste- ja partikkelipohjaisia suodatus- ja silotusmenetelmiä. Sigmapistemenetelmät perustuvat suotimen ja silottimen todennäköisyysjakaumien approksimointiin gaussisilla jakaumilla ja eräiden integraalien approksimointiin numeerisilla integrointisäännöillä. Partikkelisuotimissa ja -silottimissa puolestaan käytetään satunnaisotoksia. Tietyillä ehdoilla partikkelisuotimet ja -silottimet suppenevat suodatus- ja silotustehtävän täsmällisiin ratkaisuihin, kun otoskoko lähestyy ääretöntä.
Tämän väitöskirjan tutkimuskohteet ovat importanssijakaumien kehittäminen partikkelisuodinalgoritmeihin, tila-avaruusmallien parametrien estimointimenetelmien kehittäminen sekä sovellus eläinpopulaation koon arviointiin.
Väitöskirjassa ehdotetaan split-gaussista importanssijakaumaa partikkelisuotimiin ja verrataan sitä muihin importanssijakaumiin. Aikariippuville Poisson-regressiomalleille osoitetaan, että eräs split-gaussinen importanssijakauma takaa partikkelisuotimen suppenemisen - toisin kuin gaussiseen approksimaatioon perustuva importanssijakauma.
Väitöskirjassa kehitetään monen kohteen seurantatehtäviin parametriestimointialgoritmi, joka perustuu partikkelipohjaisten Markov-ketju- Monte Carlo -algoritmien ja rao-black-wellisoidun Monte Carlo -data-assosiaation yhdistämiseen. Tällä menetelmällä voidaan samanaikaisesti estimoida mallin parametrit ja kohteiden liikkuminen sekä kohteiden lukumäärä. Menetelmää sovelletaan karhupopulaation koon arviointiin kenttähavaintojen perusteella.
Väitöskirjassa tutkitaan parametriestimointia myös additiivis-gaussisissa epälineaarisissa dynaamisissa systeemeissä. Työssä vertaillaan suoraa suurimman uskottavuuden menetelmää ja expectation-maximization -algoritmia käyttäen partikkeli- ja sigmapiste-menetelmiä.
Julkaisun otsikon käännös | Partikkeli- ja sigmapistemenetelmiä epälineaaristen dynaamisten systeemien tila- ja parametriestimointiin |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-6663-9 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-6664-6 |
Tila | Julkaistu - 2016 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli) |
Tutkimusalat
- bayesilainen suodatus ja silotus
- tila-avaruusmallit
- dynaamiset systeemit
- partikkelisuotimet
- sigmapistesuotimet