粒子滤波原理及其应用

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页数:165
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出版时间:2010-8
价格:38.00元
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isbn号码:9787030283702
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  • 算法
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  • 粒子滤波
  • 贝叶斯估计
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  • 蒙特卡洛方法
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具体描述

《粒子滤波原理及其应用》内容简介:如何提高非线性非高斯动态系统的状态估计和预测的精度是系统辨识、适应控制、模式识别、无线传感网络、通信、经济等领域中都会遇到的问题。粒子滤波提供了解决这一问题的采样递推方法。《粒子滤波原理及其应用》结合作者自身的相关研究工作,全面系统地介绍了粒子滤波的主要概念、基本原理、典型算法、应用技术以及国际上有关研究的新成果和新动向。全书可分为理论篇(包含第1~4章)和应用篇(包含第5~7章)。第1章为绪论。第2章给出了动态系统常用的几种滤波方法,主要分析滤波方法的思想,不对算法的适用性进行讨论。第3章介绍了随机采样与粒子滤波方法,这是一种基于采样滤波思想的M0nte-Carlo贝叶斯估计算法,本章还重点介绍算法如何利用序列重采样实现状态递推估计。第4章讨论了粒子滤波算法的改进算法,主要包括针对重采样过程改进算法和针对似然函数选取的改进算法。第5章利用粒子滤波算法解决了机动目标跟踪非线性问题。第6章讨论了场景监视中的多视频目标检测,表明这类问题可以用粒子滤波算法来解决。第7章用粒子滤波算法研究非线性系统辨识与故障诊断问题。

《粒子滤波原理及其应用》可作为高等院校信息工程、控制科学与工程、电子科学与工程、应用数学、管理工程和计算机科学与应用等学科有关研究的专题阅读材料,也可供从事电子对抗、雷达、红外、激光和声呐等声光电传感器跟踪,导航与定位、多传感器信息融合及机器人视觉、智能监视与图像理解、无线传感网络与通信、空中交通管制和金融数据分析等领域研究工作的科学工作者和工程技术人员参考。

量子纠缠的奇妙世界:从理论基石到前沿应用 图书简介 本书旨在深入剖析量子纠缠这一量子力学中最深刻、最反直觉的现象。我们将以严谨的物理学原理为基础,系统梳理量子纠缠的理论框架、数学描述及其在信息科学、计算科学乃至基础物理学研究中的革命性应用。本书面向具有一定高等数学和量子力学基础的读者,力求在保证学术深度的同时,清晰阐释复杂概念。 第一部分:量子纠缠的理论基石 第一章:量子力学的复习与扩展 本章首先回顾了量子力学的基本公设,包括态矢量空间(希尔伯特空间)、可观测量的算符表示以及薛定谔方程的动力学演化。重点在于引入复合系统的概念,阐明张量积空间在描述多粒子系统中的核心作用。 随后,我们将深入探讨可分离态与纠缠态的严格数学区分。可分离态的定义——即系统总态可以表示为各个子系统态的直积——为理解纠缠提供了对比基准。纠缠态则被定义为不能表示为直积态的态。本章详细介绍了如何利用约化密度矩阵来判断子系统是否处于纯态或混合态,并以此为工具识别纠缠的存在。 第二章:纠缠的数学描述与度量 理解纠缠的程度,需要精确的量化工具。本章聚焦于描述和量化纠缠的各种数学方法。 我们将详细介绍贝尔态(Bell States),作为两比特纠缠态的最基本、最纯粹的形式,以及它们在实验验证中的关键地位。随后,转向更一般的系统,介绍纠缠熵(Entanglement Entropy)。特别是冯·诺依曼熵(Von Neumann Entropy)在计算纯态纠缠时的应用,揭示了系统分裂后信息损失的本质。对于混合态,我们将探讨纠缠偏离度(Concurrence)和纠缠见证者(Entanglement Witness),这些工具使得在实际测量中识别和量化纠缠成为可能。 本章还将触及多体纠缠的复杂性,介绍如GHZ态和W态等典型多粒子纠缠态的特性,以及如何使用如纠缠见证者集合(Witness Sets)等更高级的代数工具来表征高维或多体系统中的纠缠结构。 第三部分:量子纠缠的物理效应 第三章:非定域性与贝尔不等式 量子纠缠最引人注目的特征在于其非定域性。本章围绕爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(EPR)的佯谬展开,探讨经典实在论与量子力学的冲突。 核心内容是贝尔不等式的推导和意义。我们将详细讲解CHSH不等式(Clauser-Horne-Shimony-Holt inequality)的数学形式,解释其在经典局部隐变量理论下的最大值限制。通过对比量子力学对最大纠缠态(如贝尔态)的预测值,直观展示量子关联如何超越所有经典关联的总和。本章还会回顾关键的实验验证(如阿斯佩实验),确认了量子纠缠的真实存在,并为量子信息技术奠定了哲学和实验基础。 第四章:纠缠的动力学与退相干 理想的量子系统是孤立的,但在真实世界中,系统总是与环境相互作用。本章探讨纠缠在开放系统中的演化。 我们将引入林布兰德方程(Lindblad Equation)来描述开放量子系统的演化,重点分析环境噪声如何对纠缠态造成破坏。退相干(Decoherence)作为纠缠消散的主要机制,将在本章得到深入讨论。我们将阐明,退相干如何导致纯纠缠态转变为混合态,并最终使系统表现出经典行为。如何设计抗噪方案,延长纠缠的相干时间,是本章实践应用部分的重点。 第三部分:量子纠缠的前沿应用 第五章:量子通信与密码学中的纠缠 纠缠是实现下一代通信技术的关键资源。本章聚焦于纠缠在信息传输中的应用。 首先是量子隐形传态(Quantum Teleportation),我们将详细拆解其协议,说明如何利用一对预先共享的纠缠对和经典通信,实现一个量子态的远距离传输,而非物质或能量的传输。接着,我们将讨论超密编码(Superdense Coding),展示如何利用一个纠缠比特来传输两个经典比特的信息。 在安全性方面,本章详述基于纠缠的量子密钥分发(QKD)协议,特别是BB84协议的纠缠版本,解释为何纠缠的测量本质保证了窃听行为的可探测性,从而提供无条件的安全性保障。 第六章:量子计算中的纠缠资源 量子计算的加速能力源于对叠加态和纠缠态的有效利用。本章探讨纠缠作为计算资源的角色。 我们将分析量子门操作如何产生和操纵多比特纠缠。重点分析量子电路模型中,纠缠如何在实现如Shor算法和Grover算法等关键算法中发挥作用。对于容错量子计算,本章将介绍表面码(Surface Codes)等拓扑量子纠错方案,这些方案本质上是利用高度纠缠的物理比特来编码一个逻辑量子比特,从而抵抗局部噪声的干扰。 第七章:纠缠在凝聚态物理中的新视角 近年来,量子纠缠已成为理解复杂物质态的强大工具。本章将介绍如何用纠缠的语言来描述材料的性质。 我们将探讨拓扑量子序的概念,解释纠缠如何定义和区分不同的拓扑相,例如分数量子霍尔效应中的非阿贝尔统计。本章还将介绍多尺度重整化群(MSRG)方法,该方法通过反复对系统进行约化并测量纠缠熵的变化,来揭示系统的不同物理尺度下的行为和相变点。 结语 本书的最后部分总结了当前量子纠缠研究面临的挑战,包括大规模、高保真度纠缠态的制备与控制,以及在极端环境(如高温或强磁场)下纠缠特性的探索。本书期望为读者建立一个全面、深入的量子纠缠知识体系,激发对这一前沿领域的进一步研究兴趣。

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读后感

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用户评价

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我一直对机器人技术中的状态感知和定位问题非常着迷。机器人需要在未知环境中自主导航,就需要精确地知道自己的位置、姿态,以及周围环境的地图。粒子滤波,作为一种强大的状态估计方法,在机器人领域有着广泛的应用。这本书《粒子滤波原理及其应用》正是提供了一个深入了解这些应用的绝佳机会。我非常期待书中能够详细介绍粒子滤波在SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)问题中的应用。SLAM 是机器人领域的核心技术之一,它要求机器人在未知环境中同时进行自身定位和环境地图构建。我希望书中能够阐述如何利用粒子滤波来解决SLAM中的数据关联、位姿更新、地图表示等关键问题。例如,如何设计适合SLAM场景的状态转移模型和观测模型?如何有效地处理量测噪声和传感器误差?书中是否会提到一些专门针对SLAM优化的粒子滤波算法,例如基于图优化的粒子滤波,或者能够处理大规模地图的粒子滤波变种?此外,我对书中关于粒子滤波在机器人路径规划和导航中的应用也充满期待。机器人如何在不确定性环境下找到一条最优路径,并安全地到达目的地,这其中涉及到的状态估计和决策问题,粒子滤波是否能提供有效的解决方案?我希望这本书能够提供一些具体的工程实现细节,以及一些来自实际机器人系统的案例研究,让我能够更直观地理解粒子滤波在机器人领域的强大威力。

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这本书真是让我大开眼界!我一直对智能系统中的不确定性处理和信息融合非常着迷,而《粒子滤波原理及其应用》这本书,可以说是一次非常深入的探索。我尤其欣赏它在理论推导方面的严谨性,虽然我不是数学科班出身,但书中对贝叶斯推断、马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)方法等基础概念的铺垫,让我对粒子滤波的核心思想有了更清晰的认识。让我印象深刻的是书中对“重要性采样”这一核心机制的细致讲解,它解释了如何在后验概率分布难以直接采样时,通过引入一个“提议分布”(proposal distribution)来间接获得样本。但关键在于,如何选择一个好的提议分布?书中会不会深入探讨不同提议分布的优劣,以及它们对粒子滤波性能的影响?例如,是选择一个接近后验概率的提议分布,还是选择一个计算上更方便的提议分布?这其中的权衡取舍,以及可能带来的收敛速度和估计精度的差异,都是我非常期待了解的。而且,在实际应用中,状态空间可能会非常高维,这时候高斯分布这样的提议分布可能就显得力不从心了。我希望能看到书中能给出一些针对高维状态空间,或者非高斯分布情况下,如何设计更有效的提议分布的策略,甚至是一些自适应提议分布的方法。这本书给我的感觉是,它不仅提供了理论框架,更试图通过大量的数学推导和算法描述,来构建一套完整的粒子滤波解决方案。

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这本书的章节设置非常吸引人,特别是关于其在时间序列分析中的应用部分。我一直在寻找一种能够处理非线性、非高斯时间序列模型的工具,而粒子滤波正好符合这一需求。我期待书中能够详细介绍粒子滤波如何应用于金融时间序列建模,例如股票价格预测、波动率建模等。金融市场往往受到各种复杂因素的影响,其内在机制是非线性和非高斯的,传统的线性模型往往难以捕捉其精髓。我希望书中能够阐述如何构建适合金融数据的状态转移模型和观测模型,以及如何利用粒子滤波来估计隐藏的金融因子,或者预测未来的市场走势。我尤其关注书中是否会提到一些在金融领域被证明非常有效的粒子滤波变种,例如用于高维金融数据建模的算法,或者能够处理极端事件的粒子滤波方法。除了金融领域,我对粒子滤波在天气预报、气候变化预测等科学研究领域的应用也充满好奇。这些领域通常涉及复杂的动力学系统和大量的观测数据,粒子滤波是否能够提供更精确、更鲁棒的预测结果?我希望书中能够提供一些理论上的深入分析,以及一些实际的应用案例,让我能够更全面地理解粒子滤波在时间序列分析中的潜力和价值。这本书给我一种“潜力股”的感觉,相信深入研究后,定能带来丰厚的回报。

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这本书的封面设计简洁而专业,让我第一眼就感受到了内容的深度。我一直对人工智能中的推理和决策问题非常着迷,而粒子滤波,作为一种能够对概率分布进行建模和更新的工具,在这一领域具有广阔的应用前景。我非常期待书中能够详细介绍粒子滤波在博弈论和决策科学中的应用。例如,在多人博弈场景下,如何利用粒子滤波来估计对手的策略和意图,并做出最优决策?我希望书中能够阐述如何将粒子滤波的思想融入到强化学习算法中,从而实现更智能、更鲁棒的代理(agent)的训练。我特别关注书中是否会提到一些针对复杂博弈环境而设计的粒子滤波算法,例如能够处理部分可观测量、动态博弈的算法,或者能够实现高效搜索最优策略的算法。此外,我对书中关于粒子滤波在自然语言处理(NLP)领域的应用也充满期待。例如,如何利用粒子滤波来改进机器翻译的精度,或者如何用于文本生成和摘要?我希望这本书能够提供一些理论上的深度,以及一些来自实际AI研究的案例,让我能够更直观地理解粒子滤波在人工智能领域的应用潜力和价值。这本书给我一种“思维模型”的感觉,它不仅仅是关于算法,更是关于如何用概率的眼光来看待世界,做出更明智的决策。

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这本书我最近才拿到手,还没来得及仔细拜读,但我从封面和目录上就能感受到它沉甸甸的学术分量。我主要关注的是它的应用部分,特别是书中提到的那些在机器人导航、目标跟踪、甚至是金融建模中的实例。我一直对如何从 noisy data 中提取有用的信息很感兴趣,而粒子滤波,顾名思义,就是用一堆“粒子”来代表一个概率分布,然后通过不断地更新和重采样来逼近真实的状态。这种思想本身就非常有吸引力。我期待书中能详细阐述不同粒子滤波算法之间的区别,比如SIR(Sampling Importance Resampling)和 Auxiliary Particle Filter,它们在计算效率和精度上各有侧重,书中应该会有深入的对比分析。另外,如何选择合适的重采样策略,比如最优重采样、多项式重采样等,也是我非常关心的问题。在实际应用中,样本点的数量往往是有限的,如何有效地利用这些有限的样本来避免“样本贫化”现象,保证滤波器的性能,这其中的理论和实践都充满了挑战。我希望这本书能够提供一些切实可行的解决方案和指导,比如如何通过改进的重采样方法,或者结合其他滤波技术(如卡尔曼滤波)来克服这些困难。我还对书中关于粒子退化(particle degeneracy)的讨论很感兴趣,它是在连续进行蒙特卡洛模拟时,大部分粒子会集中在概率密度函数的峰值附近,而那些远离峰值的粒子则逐渐消失,导致估计的精度下降。书中会不会探讨一些抑制或缓解粒子退化的技术,比如自适应采样策略,或者引入一些惩罚项来鼓励粒子保持多样性,这些都是我非常期待看到的。总而言之,这本书给我一种“硬核”的学术感觉,它并非是那种走马观花式的科普读物,而是需要读者静下心来,深入理解其中数学原理和算法细节,才能真正领略其精髓。我把它放在了我的书架上最显眼的位置,准备在接下来的几个月里,一点一点地攻克它。

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这本书的结构设计非常合理,让我对它的应用部分充满了期待。我一直对现代控制理论中的状态估计问题非常感兴趣,特别是如何处理实际工程系统中存在的各种不确定性。粒子滤波,作为一种非参数的贝叶斯滤波方法,在应对非线性、非高斯系统方面具有独特的优势。我非常期待书中能够详细介绍粒子滤波在航天航空领域的应用,例如如何利用粒子滤波来估计飞行器的姿态、速度等关键状态信息,以及如何进行目标跟踪和制导。我希望书中能够阐述如何为航天器设计合适的观测模型,例如如何处理来自雷达、光学传感器等不同来源的量测数据,以及如何构建能够描述复杂动力学行为的状态转移模型。我特别关注书中是否会提到一些针对航天航空应用而优化的粒子滤波算法,例如能够处理高维状态空间、低信噪比量测的算法,或者能够实现实时、鲁棒估计的算法。此外,我对书中关于粒子滤波在无人机系统中的应用也充满好奇。无人机需要在复杂环境下自主导航和完成任务,精确的状态估计是关键。我希望书中能够提供一些关于无人机路径跟踪、避障以及目标识别等方面的粒子滤波应用案例。这本书给我一种“高精尖”的感觉,相信通过深入学习,能够为我在工程应用领域带来新的视角和解决方案。

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这本书的厚度就已经说明了它的内容之丰富,我拿到这本书后,最先翻阅的就是关于粒子滤波在计算机视觉领域应用的章节。我一直对自动驾驶中的感知问题非常感兴趣,例如如何利用多传感器融合来精确地估计车辆的位置和姿态,以及如何实时跟踪场景中的行人、车辆等动态目标。我希望书中能够详细阐述粒子滤波在这种场景下的具体实现,比如如何设计状态向量,如何选择观测模型,以及如何有效地处理遮挡、目标丢失等问题。书中会不会提到一些针对视觉应用的改进算法,例如基于深度学习的特征提取与粒子滤波的结合,或者一些用于鲁棒目标跟踪的粒子滤波变种?我对这些方向非常好奇。我理解粒子滤波的核心在于“模拟”,通过大量的粒子来模拟真实世界的概率分布。但在实际应用中,动辄成百上千甚至上万个粒子的计算量,对于实时性要求极高的视觉应用来说,无疑是一个巨大的挑战。书中会不会提供一些优化计算效率的策略,比如并行计算、硬件加速,或者一些简化的粒子滤波算法,能够在保证一定精度的前提下,大幅度降低计算复杂度?我非常期待书中能够分享一些实践经验,比如在选择粒子数量、提议分布、重采样策略时,有哪些通用的原则或经验性的指导?我希望这本书能够不仅仅停留在理论层面,而是能为我这样希望将粒子滤波技术应用于实际工程问题的读者,提供一些可操作的、有价值的参考。

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我一直对生物医学信号处理充满了兴趣,特别是如何从嘈杂的生物信号中提取有用的诊断信息。粒子滤波,以其强大的非线性、非高斯建模能力,在这一领域展现出巨大的潜力。这本书《粒子滤波原理及其应用》的出现,让我看到了深入了解这些应用的希望。我迫切希望书中能够详细介绍粒子滤波在脑电图(EEG)、心电图(ECG)等生物信号分析中的应用。例如,如何利用粒子滤波来检测脑电信号中的癫痫发作,或者如何通过心电信号来诊断心脏疾病?我希望书中能够阐述如何设计适合生物信号的观测模型和状态转移模型,以及如何利用粒子滤波来估计隐藏在信号中的生理参数,或者预测疾病的发展趋势。我特别关注书中是否会提到一些针对生物医学信号特点而设计的粒子滤波算法,例如能够处理高维、多通道生物信号的算法,或者能够对信号中的瞬态特征进行精确捕捉的算法。此外,我对书中关于粒子滤波在医学影像分析,例如CT、MRI等影像数据的三维重建和分割中的应用也充满期待。这些都是生物医学领域非常重要的研究方向,如果粒子滤波能够为这些问题带来新的解决方案,那将是非常了不起的。我希望这本书能够提供一些理论上的深度,以及一些来自实际医学研究的案例,让我能够更直观地理解粒子滤波在生物医学领域的应用前景。

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我一直对机器学习中的不确定性量化和模型不确定性建模非常感兴趣。很多时候,我们不仅需要模型的预测值,更需要知道这个预测值有多可靠。粒子滤波,作为一种能够表示任意概率分布的工具,在这方面有着天然的优势。这本书《粒子滤波原理及其应用》的出现,正是我寻找的答案。我非常期待书中能够深入探讨粒子滤波在贝叶斯机器学习模型中的应用,例如如何利用粒子滤波来近似计算复杂模型的后验分布,从而进行参数估计和模型推断。特别是对于那些无法解析求解的后验分布,粒子滤波是否能够提供一种有效的替代方案?我希望书中能详细介绍如何将粒子滤波的思想融入到各种机器学习算法中,例如在主题模型(如LDA)、隐马尔可夫模型(HMM)等经典模型中,粒子滤波是否能够取代EM算法或其他迭代方法,从而获得更优的估计结果?另外,我非常好奇书中是否会探讨粒子滤波在深度学习领域的应用。比如,如何将粒子滤波的思想应用于深度神经网络的训练中,以实现不确定性量化,或者用于生成式模型的样本生成?我期待书中能够提供一些前沿的、有启发性的研究方向。这本书给我的感觉是,它不仅是一本关于粒子滤波算法的书,更是一本关于如何利用概率模型来处理不确定性的思想汇聚。我希望通过阅读这本书,能够拓展我对机器学习模型不确定性建模的认识。

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自从我开始接触信号处理领域,就对状态估计问题充满了兴趣。粒子滤波作为一种非参数的贝叶斯滤波方法,其强大的非线性、非高斯系统建模能力,一直吸引着我。这本书《粒子滤波原理及其应用》的出现,对我来说简直是雪中送炭。我迫切希望书中能够详细介绍粒子滤波在通信系统中的应用,例如在盲信道估计、低信噪比下的信号检测等问题上,粒子滤波是否能够发挥其独特优势?我了解到,传统的通信系统 often 依赖于线性模型和高斯噪声假设,而现实中的通信环境往往更加复杂,信道衰hemeral、干扰非高斯等现象普遍存在。在这种情况下,粒子滤波是否能够提供比卡尔曼滤波等传统方法更优的估计性能?我特别关注书中是否会介绍一些针对通信场景设计的粒子滤波变种,或者如何根据通信系统的具体特点来优化粒子滤波器的设计,例如如何设计更有效的观测模型来描述接收信号与待估计信道参数之间的关系?我希望书中不仅仅是泛泛而谈,而是能提供一些具体的算法流程和数学模型,甚至是一些模拟结果或实验数据来佐证粒子滤波的有效性。此外,我还对书中关于粒子滤波在谱估计、调制识别等领域的潜在应用感到好奇。这些都是通信系统中的一些关键技术,如果粒子滤波能够为这些问题带来新的解决方案,那将是非常了不起的。这本书给我一种“宝藏”的感觉,需要我慢慢挖掘,一点一点地理解其深邃的内涵。

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这种东西,还是看论文好懂一点

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