Kalman Filtering and Neural Networks pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Simon Haykin

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2001-10-8

价格:USD 139.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471369981

丛书系列:

图书标签:

学术
卡尔曼滤波
神经网络
状态估计
机器学习
控制系统
信号处理
优化算法
预测
数据融合
人工智能

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具体描述

State-of-the-art coverage of Kalman filter methods for the design of neural networks This self-contained book consists of seven chapters by expert contributors that discuss Kalman filtering as applied to the training and use of neural networks. Although the traditional approach to the subject is almost always linear, this book recognizes and deals with the fact that real problems are most often nonlinear. The first chapter offers an introductory treatment of Kalman filters with an emphasis on basic Kalman filter theory, Rauch-Tung-Striebel smoother, and the extended Kalman filter. Other chapters cover:* An algorithm for the training of feedforward and recurrent multilayered perceptrons, based on the decoupled extended Kalman filter (DEKF)* Applications of the DEKF learning algorithm to the study of image sequences and the dynamic reconstruction of chaotic processes* The dual estimation problem* Stochastic nonlinear dynamics: the expectation-maximization (EM) algorithm and the extended Kalman smoothing (EKS) algorithm* The unscented Kalman filter Each chapter, with the exception of the introduction, includes illustrative applications of the learning algorithms described here, some of which involve the use of simulated and real-life data. Kalman Filtering and Neural Networks serves as an expert resource for researchers in neural networks and nonlinear dynamical systems. An Instructor's Manual presenting detailed solutions to all the problems in the book is available upon request from the Wiley Makerting Department.

《信号处理中的前沿技术：融合与革新》本书深入探讨了当今信号处理领域两大核心且极具影响力的技术分支：卡尔曼滤波（Kalman Filtering）和神经网络（Neural Networks）。我们并非简单地介绍这两种技术各自的理论基础，而是聚焦于它们之间潜在的协同效应、互补优势以及在复杂应用场景下融合的可能性。本书旨在为读者提供一个全新的视角，理解如何通过整合这两种强大的工具，构建出更智能、更鲁棒、性能更卓越的信号处理系统。卡尔曼滤波：最优估计的基石在本书的开篇，我们将回顾卡尔曼滤波的精髓。卡尔曼滤波作为一种线性最优估计器，在解决涉及噪声测量和动态系统状态估计问题上具有无可比拟的优势。我们将详细阐述其递推算法的数学原理，包括状态预测和状态更新两个核心步骤。从最基本的线性卡尔曼滤波，到更具挑战性的扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），我们都将进行详尽的数学推导和算法解析，并辅以经典的应用案例，例如导航系统中的位置和速度估计、目标跟踪以及传感器数据融合等。本书将强调卡尔曼滤波在处理高斯噪声、线性模型下的最优性，并深入分析其在非线性系统中的局限性，为后续引入神经网络的强大能力奠定理论基础。神经网络：从数据中学习的智能引擎紧随其后，我们将转向神经网络的广阔天地。本书将不仅仅局限于浅层网络，而是重点关注深度学习模型在信号处理中的强大表现。我们将从基本的感知机、多层感知机（MLP）出发，逐步深入到卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）及其变种（如LSTM、GRU）。对于这些网络结构，我们将详细解析其工作原理、激活函数、损失函数以及反向传播算法。本书将强调神经网络强大的非线性映射能力和从海量数据中学习复杂模式的能力，这使得它们在模式识别、分类、预测以及信号去噪等领域展现出惊人的潜力。我们将通过实际的信号处理任务，例如语音识别、图像去噪、异常信号检测等，来展示不同神经网络结构的设计理念和性能优势。融合之道：卡尔曼滤波与神经网络的协同本书的核心价值在于对卡尔曼滤波与神经网络进行深度融合的探索。我们认为，将两者的优点结合起来，可以克服各自的固有缺陷，从而构建出更先进的信号处理解决方案。本书将从以下几个关键方向展开论述：神经网络增强的卡尔曼滤波：非线性状态和测量模型建模：传统的EKF和UKF在处理高度非线性系统时仍存在局限。本书将探讨如何利用神经网络（如MLP或RNN）来学习复杂的非线性状态转移函数和测量函数，从而取代传统模型，实现更准确的非线性状态估计。噪声协方差矩阵的自适应估计：实际应用中，噪声的统计特性往往是时变的。本书将研究如何使用神经网络来实时估计和更新卡尔曼滤波中的过程噪声协方差矩阵（Q）和测量噪声协方差矩阵（R），从而提高滤波器的鲁棒性。传感器融合的智能权重分配：在多传感器融合场景下，如何为不同传感器的测量值分配最优权重是一个挑战。本书将演示如何利用神经网络来学习动态的权重分配策略，结合卡尔曼滤波进行信息融合。卡尔曼滤波用于神经网络的优化和约束：卡尔曼滤波作为损失函数的一部分：在某些需要状态估计的任务中，可以直接将卡尔曼滤波的估计误差作为神经网络的损失函数的一部分，引导网络学习更符合物理规律的特征。卡尔曼滤波用于神经网络的参数初始化或优化：在某些情况下，卡尔曼滤波可以为神经网络的参数提供一个初步的、具有物理意义的初始化，或者在训练过程中作为一种正则化项，帮助网络收敛到更好的解。卡尔曼滤波在在线学习或联邦学习中的应用：在需要实时更新模型参数的场景下，卡尔曼滤波的递推性质可以为神经网络的在线学习提供一种高效的更新机制。混合模型的设计与实现：端到端训练的混合架构：本书将提出一些创新的混合模型架构，将卡尔曼滤波的预测和更新机制与神经网络的特征提取和决策能力相结合，并进行端到端的训练。例如，设计一个结合CNN进行特征提取，然后用RNN进行时序建模，最后通过卡尔曼滤波进行状态平滑的系统。基于强化学习的混合模型控制：探索如何利用强化学习来动态地选择或调整卡尔曼滤波和神经网络在混合模型中的作用，以应对更复杂的动态环境。面向实际的挑战与未来展望除了理论和算法的深入探讨，本书还将着重于实际应用中的挑战，例如：数据需求与训练复杂度：神经网络的训练通常需要大量的标注数据，而卡尔曼滤波与神经网络的融合模型可能会进一步增加训练的复杂性。我们将讨论数据增强、迁移学习以及模型压缩等策略。计算资源与实时性：复杂的融合模型在计算资源和实时性方面可能面临挑战。本书将探讨模型优化、硬件加速以及分布式计算等解决方案。可解释性与鲁棒性：尽管神经网络功能强大，但其“黑箱”特性往往影响其可解释性。我们将探讨如何结合卡尔曼滤波的物理模型，提高融合模型的解释性和鲁棒性。最后，本书将对卡尔曼滤波与神经网络融合的未来发展趋势进行展望，包括在人工智能、自动驾驶、机器人、通信系统、生物医学工程等前沿领域的潜在应用，以及新的研究方向和技术突破的可能性。本书适合信号处理、控制理论、机器学习、人工智能等领域的科研人员、工程师以及相关专业的学生阅读，旨在为他们提供一个全面、深入且富有启发性的视角，帮助他们在各自的研究和工程实践中，利用卡尔曼滤波和神经网络的强大力量，创造出更具创新性和实用性的解决方案。

作者简介

目录信息

Preface
1 Kalman Filters
2 Parameter-Based Kalman Filter Training: Theory and Implementation
3 Learning Shape and Motion from Image Sequences
4 Chaotic Dynamics
5 Dual Extended Kalman Filter Methods
6 Learning Nonlinear Dynamical System Using the Expectation-Maximization Algorithm
7 The Unscented Kalman Filter
· · · · · · (收起)