粒子滤波（Particle Filter）的通俗解释

Posted 2022-08-29 dxmcu

其实，粒子叫作估计器estimator。估计过去叫平滑smoothing，估计未来叫预测prediction，估计当前值才叫滤波filtering。粒子滤波算法源于蒙特卡洛思想，即以某事件出现的频率来指代该事件的概率。通俗的讲，粒子滤波也是能用已知的一些数据预测未来的数据。我们知道，科尔曼滤波限制噪声时服从高斯分布的，但是粒子滤波可以不局限于高斯噪声，原理上粒子滤波可以驾驭所有的非线性、非高斯系统。

一个比喻：

某年月，警方（跟踪程序）要在某个城市的茫茫人海（采样空间）中跟踪寻找一个罪犯（目标），警方采用了粒子滤波的方法。

1. 初始化：

警方找来了一批警犬（粒子），并且让每个警犬预先都闻了罪犯留下来的衣服的味道（为每个粒子初始化状态向量S0），然后将警犬均匀布置到城市的各个区（均匀分布是初始化粒子的一种方法，另外还有诸如高斯分布，即：将警犬以罪犯留衣服的那个区为中心来扩展分布开来）。

2. 搜索：

每个警犬都闻一闻自己位置的人的味道（粒子状态向量Si），并且确定这个味道跟预先闻过的味道的相似度（计算特征向量的相似性），这个相似度的计算最简单的方法就是计算一个欧式距离（每个粒子i对应一个相似度Di），然后做归一化（即：保证所有粒子的相似度之和为1）。

3. 决策：

总部根据警犬们发来的味道相似度确定罪犯出现的位置（概率上最大的目标）：最简单的决策方法为哪个味道的相似度最高，那个警犬处的人就是目标。

4. 重采样：

总部根据上一次的决策结果，重新布置下一轮警犬分布（重采样过程）。最简单的方法为：把相似度比较小的地区的警犬抽调到相似度高的地区。

上述，2,3,4过程重复进行，就完成了粒子滤波跟踪算法的全过程。

 

 粒子滤波的核心思想是随机采样+重要性重采样。既然不知道目标在哪里，那我就随机的放狗（随机采样）。放完狗后，根据特征相似度计算每个地区人和罪犯的相似度，然后在重要的地方再多放狗，不重要的地方就少放狗（重要性采样）。

 

参考：

http://www.cnblogs.com/konlil/archive/2012/02/05/2339142.html