【转】Viterbi 算法(维特比算法)的通俗理解

来源:知乎,作者:知乎用户 原帖

如下图,假如你从S和E之间找一条最短的路径,除了遍历完所有路径,还有什么更好的方法?

从S和E之间找一条最短的路径

viterbi维特比算法解决的是篱笆型的图的最短路径问题,图的节点按列组织,每列的节点数量可以不一样,每一列的节点只能和相邻列的节点相连,不能跨列相连,节点之间有着不同的距离,距离的值就不在图上一一标注出来了,大家自行脑补答案:viterbi (维特比)算法。过程非常简单:为了找出S到E之间的最短路径,我们先从S开始从左到右一列一列地来看。首先起点是S,从S到A列的路径有三种可能:S-A1、S-A2、S-A3,如下图:

90727-usdwvxlseh9.png

我们不能武断地说S-A1、S-A2、S-A3中的哪一段必定是全局最短路径中的一部分,目前为止任何一段都有可能是全局最短路径的备选项。 我们继续往右看,到了B列。按B列的B1、B2、B3逐个分析。先看B1:

12642-oq70ykgfm5.png

如上图,经过B1的所有路径只有3条:S-A1-B1S-A2-B1S-A3-B1以上这三条路径,各节点距离加起来对比一下,我们就可以知道其中哪一条是最短的。假设S-A3-B1是最短的,那么我们就知道了经过B1的所有路径当中S-A3-B1是最短的,其它两条路径路径S-A1-B1和S-A2-B1都比S-A3-B1长,绝对不是目标答案,可以大胆地删掉了。删掉了不可能是答案的路径,就是viterbi算法(维特比算法)的重点,因为后面我们再也不用考虑这些被删掉的路径了。现在经过B1的所有路径只剩一条路径了,如下图:

30137-ofp2fq32he.png

接下来,我们继续看B2:

87417-4gnofdci3a1.png

同理,如上图,经过B2的路径有3条:S-A1-B2S-A2-B2S-A3-B2这三条路径中,各节点距离加起来对比一下,我们肯定也可以知道其中哪一条是最短的,假设S-A1-B2是最短的,那么我们就知道了经过B2的所有路径当中S-A1-B2是最短的,其它两条路径路径S-A2-B2和S-A3-B1也可以删掉了。经过B2所有路径只剩一条,如下图:

35768-4forzimb701.png

接下来我们继续看B3:

26745-0yjwconlixm.png

同理,如上图,经过B3的路径也有3条:S-A1-B3S-A2-B3S-A3-B3这三条路径中我们也肯定可以算出其中哪一条是最短的,假设S-A2-B3是最短的,那么我们就知道了经过B3的所有路径当中S-A2-B3是最短的,其它两条路径路径S-A1-B3和S-A3-B3也可以删掉了。经过B3的所有路径只剩一条,如下图:

46842-jtlsar56d9.png

现在对于B列的所有节点我们都过了一遍,B列的每个节点我们都删除了一些不可能是答案的路径,看看我们剩下哪些备选的最短路径,如下图:

06208-cwmv7cinaha.png

上图是我们删掉了其它不可能是最短路径的情况,留下了三个有可能是最短的路径:S-A3-B1、S-A1-B2、S-A2-B3。现在我们将这三条备选的路径放在一起汇总到下图:

54369-wrat5yn1znc.png

S-A3-B1、S-A1-B2、S-A2-B3都有可能是全局的最短路径的备选路径,我们还没有足够的信息判断哪一条一定是全局最短路径的子路径。 如果我们你认为没毛病就继续往下看C列,如果不理解,回头再看一遍,前面的步骤决定你是否能看懂viterbi算法(维特比算法)。

接下来讲到C列了,类似上面说的B列,我们从C1、C2、C3一个个节点分析。经过C1节点的路径有:S-A3-B1-C1、S-A1-B2-C1、S-A2-B3-C1

20988-01d3tv1oszvl.png

和B列的做法一样,从这三条路径中找到最短的那条(假定是S-A3-B1-C1),其它两条路径同样道理可以删掉了。那么经过C1的所有路径只剩一条,如下图:

81328-tdkwv6mts0i.png

同理,我们可以找到经过C2和C3节点的最短路径,汇总一下:

91516-8t1bhhqyo4y.png

到达C列时最终也只剩3条备选的最短路径,我们仍然没有足够信息断定哪条才是全局最短。最后,我们继续看E节点,才能得出最后的结论。到E的路径也只有3种可能性:

92988-r26qyb5mtsj.png

E点已经是终点了,我们稍微对比一下这三条路径的总长度就能知道哪条是最短路径了。

39070-m42hup8j4jp.png

在效率方面相对于粗暴地遍历所有路径,viterbi 维特比算法到达每一列的时候都会删除不符合最短路径要求的路径,大大降低时间复杂度。viterbi算法果然很简单吧!

倒是有些动态规划的感觉在里面了。

阅读更多:   统计算法
添加新评论

icon_redface.gificon_idea.gificon_cool.gif2016kuk.gificon_mrgreen.gif2016shuai.gif2016tp.gif2016db.gif2016ch.gificon_razz.gif2016zj.gificon_sad.gificon_cry.gif2016zhh.gificon_question.gif2016jk.gif2016bs.gificon_lol.gif2016qiao.gificon_surprised.gif2016fendou.gif2016ll.gif