fit-hidden-markov-model
О программе
Этот навык обучает скрытые марковские модели (HMM) с использованием алгоритма Баума-Уэлча (EM-алгоритма) для таких задач, как сегментация временных рядов на скрытые режимы (например, рыночные состояния или фонемы). Он предоставляет декодирование по Витерби для определения наиболее вероятного пути скрытых состояний и прямые-обратные вероятности для анализа последовательностей. Используйте его, когда необходимо моделировать наблюдения из ненаблюдаемых состояний и сравнивать модели с разным количеством скрытых состояний.
Быстрая установка
Claude Code
Рекомендуетсяnpx skills add pjt222/agent-almanac -a claude-code/plugin add https://github.com/pjt222/agent-almanacgit clone https://github.com/pjt222/agent-almanac.git ~/.claude/skills/fit-hidden-markov-modelСкопируйте и вставьте эту команду в Claude Code для установки этого навыка
Документация
Fit Hidden Markov Model
Fit HMM via Baum-Welch EM, decode most likely hidden state sequence via Viterbi, select optimal N hidden states via information criteria.
Use When
- Observe sequence emissions but underlying generative states not observable
- Data generated by system switching between finite regimes
- Segment time series into latent phases (market regimes, speech phonemes, biological annotation)
- Compute prob of observed sequence under generative model
- Most likely sequence hidden states given observations (decoding)
- Compare models w/ diff N hidden states → complexity-fit trade-off
In
Required
| Input | Type | Desc |
|---|---|---|
observations | sequence/matrix | Observed data (univariate/multivariate) |
n_hidden_states | integer | N hidden states (or range for selection) |
emission_type | string | "gaussian", "discrete", "poisson", "multinomial" |
Optional
| Input | Type | Default | Desc |
|---|---|---|---|
initial_params | dict | random/heuristic | Init transition matrix, emission params, start probs |
n_restarts | integer | 10 | Random restarts to mitigate local optima |
max_iterations | integer | 500 | Max EM iterations per restart |
convergence_tol | float | 1e-6 | Log-likelihood convergence threshold |
state_range | list of ints | [n_hidden_states] | Range state counts for selection |
covariance_type | string | "full" | Gaussian: "full", "diagonal", "spherical" |
regularization | float | 1e-6 | Diagonal constant preventing singularity |
Do
Step 1: Define Hidden States + Obs Model
1.1. Specify N hidden states K (or candidate range Step 5).
1.2. Emission distribution by data type:
- Continuous: Gaussian (uni/multivariate)
- Count: Poisson or negative binomial
- Categorical: discrete/multinomial
1.3. Components:
- Transition matrix
AsizeK x K:A[i,j] = P(z_t = j | z_{t-1} = i) - Emission params
theta_keachk: distribution-specific (mean + covariance Gaussian) - Initial distribution
pi:pi[k] = P(z_1 = k)
1.4. Verify data: no missing, consistent dim, length T >> K^2.
→ HMM arch w/ K states, chosen emission family, clean data T >> K^2.
If err: missing → impute or remove. T too small → reduce K or get more data.
Step 2: Initialize Params
2.1. Gen initial each of n_restarts:
- Transition: Random stochastic (Dirichlet rows) or perturbed uniform
- Emission: K-means clustering → init means; cluster variances Gaussian
- Initial distribution: Uniform or proportional to cluster sizes
2.2. First restart: K-means-informed (strongest). Subsequent: random perturbations.
2.3. Verify valid:
- Transition rows sum 1, positive
- Emission in valid domain (PD covariance)
- Initial sums 1
→ n_restarts sets of valid params, ≥1 data-driven.
If err: K-means fails → purely random w/ more restarts. Singular covariance → add regularization to diagonal.
Step 3: Baum-Welch EM
3.1. E-step (Forward-Backward):
- Forward
alpha[t,k]= P(o_1,...,o_t, z_t=k | model):alpha[1,k] = pi[k] * b_k(o_1)alpha[t,k] = sum_j(alpha[t-1,j] * A[j,k]) * b_k(o_t)
- Backward
beta[t,k]= P(o_{t+1},...,o_T | z_t=k, model):beta[T,k] = 1beta[t,k] = sum_j(A[k,j] * b_j(o_{t+1}) * beta[t+1,j])
- State posterior
gamma[t,k]= P(z_t=k | O, model):gamma[t,k] = alpha[t,k] * beta[t,k] / P(O | model)
- Transition posterior
xi[t,i,j]= P(z_t=i, z_{t+1}=j | O, model).
3.2. M-step (re-estimate):
- Transition:
A[i,j] = sum_t(xi[t,i,j]) / sum_t(gamma[t,i]) - Emission weighted sufficient stats:
- Gaussian mean:
mu_k = sum_t(gamma[t,k] * o_t) / sum_t(gamma[t,k]) - Gaussian covariance: weighted scatter matrix + regularization
- Discrete:
b_k(v) = sum_t(gamma[t,k] * I(o_t=v)) / sum_t(gamma[t,k])
- Gaussian mean:
- Initial:
pi[k] = gamma[1,k]
3.3. Log-likelihood: log P(O | model) = log sum_k(alpha[T,k]). Log-sum-exp → prevent underflow.
3.4. Scaling: Scaled forward-backward → prevent underflow long sequences. Normalize alpha each step + accumulate log scaling factors.
3.5. Repeat E + M until log-likelihood change < convergence_tol or max_iterations.
3.6. Across restarts → keep params w/ highest final log-likelihood.
→ Monotonically non-decreasing log-likelihood, converge w/in max. Final valid (stochastic matrices, PD covariances).
If err: log-likelihood decreases → bug E/M, verify formulas. Very slow → better init or increase max. Singular covariance → increase regularization.
Step 4: Viterbi Decoding
4.1. Init:
delta[1,k] = log(pi[k]) + log(b_k(o_1))psi[1,k] = 0(no predecessor)
4.2. Recurse t = 2,...,T:
delta[t,k] = max_j(delta[t-1,j] + log(A[j,k])) + log(b_k(o_t))psi[t,k] = argmax_j(delta[t-1,j] + log(A[j,k]))
4.3. Terminate:
z*_T = argmax_k(delta[T,k])- Best path log-prob:
max_k(delta[T,k])
4.4. Backtrace t = T-1,...,1:
z*_t = psi[t+1, z*_{t+1}]
4.5. Output decoded sequence z* = (z*_1, ..., z*_T) + log-prob.
4.6. Compare Viterbi path prob to total sequence prob from forward → dominance.
→ Single most-likely sequence length T, each in {1,...,K}. Viterbi log-prob ≤ total log-likelihood.
If err: Viterbi -inf log-prob → transition/emission prob zero where shouldn't. Add floor values preventing log(0).
Step 5: Model Selection (BIC/AIC)
5.1. Each candidate K in state_range → fit full HMM (Steps 2-4).
5.2. Free params p:
- Transition:
K * (K - 1)(rows simplex) - Emission: family-dependent (Gaussian full covariance
ddim:K * (d + d*(d+1)/2)) - Initial:
K - 1
5.3. Information criteria:
BIC = -2 * log_likelihood + p * log(T)AIC = -2 * log_likelihood + 2 * pAICc = AIC + 2*p*(p+1) / (T - p - 1)(small-sample)
5.4. Select lowest BIC (consistency) or AIC (prediction). Report both.
5.5. Tabulate each K: log-likelihood, # params, BIC, AIC, convergence.
5.6. Optimal K at boundary → extend range + re-fit.
→ Clear min BIC/AIC → optimal N hidden states. Selected converged + interpretable.
If err: no clear min (monotonically decreasing BIC) → misspecified, try diff emission family. All poor log-likelihood → data may not follow HMM structure.
Step 6: Validate Held-Out + Posterior
6.1. Split training/validation (80/20 or multiple sequences).
6.2. Fit training. Compute held-out log-likelihood via forward (no re-fit).
6.3. Posterior decoding (alt to Viterbi):
- Each step → state w/ highest posterior:
z^_t = argmax_k(gamma[t,k]) - Maximizes expected # correctly decoded (vs Viterbi maximizing joint path).
6.4. Compare Viterbi + posterior:
- Agreement rate between sequences
- Disagreement regions → ambiguous assignments
6.5. State interpretability:
- Examine emission params each state (means, variances, discrete)
- Verify states correspond meaningful regimes in domain
- Dwell times (diagonal
A) reasonable
6.6. Held-out log-likelihood per observation + compare across orders → confirm training selection.
→ Held-out reasonably close to training (no severe overfit). Viterbi + posterior agree 90%+. States distinct + interpretable.
If err: held-out much worse than training → overfit, reduce K or increase regularization. States not interpretable → diff init or emission family.
Check
- Log-likelihood monotonically non-decreasing Baum-Welch each restart
- Transition row-stochastic (rows sum 1, non-negative)
- Emission in valid domain (PD covariances, valid prob distributions)
- Viterbi log-prob ≤ total log-prob
- BIC/AIC clear min at selected order
- Held-out confirms generalization
- Forward + backward agree:
P(O) = sum_k(alpha[T,k]) = sum_k(pi[k] * b_k(o_1) * beta[1,k])
Traps
- Local optima EM: Baum-Welch → local max not global. Always multiple restarts + pick best.
- Numerical underflow: Forward-backward probs shrink exponential w/ length. Log-space or scaled variables.
- Overfit too many states: Each adds
O(K + d^2)params. Use BIC not likelihood + validate held-out. - Label switching: States identifiable only up to permutation. Compare across restarts → match by emission params not index.
- Degenerate states: State collapses to explain single observation (Gaussian near-zero variance). Regularization prevents.
- Confuse Viterbi + posterior: Viterbi = single best joint path; posterior = best marginal state each step. Different questions, can disagree significantly.
- Ignore dwell times: Geometric dwell-time in standard HMM may be poor fit for long regime durations. Consider hidden semi-Markov if non-geometric.
→
- Model Markov Chain — prereq for transition structure underlying hidden layer
- Simulate Stochastic Process — gen synthetic HMM data + simulate fitted for posterior predictive
GitHub репозиторий
Похожие навыки
content-collections
МетаЭтот навык предоставляет проверенную в продакшене настройку для Content Collections — TypeScript-ориентированного инструмента, который преобразует файлы Markdown/MDX в типобезопасные коллекции данных с валидацией Zod. Используйте его при создании блогов, сайтов документации или контентных приложений на Vite + React для обеспечения типобезопасности и автоматической проверки содержимого. Он охватывает всё: от настройки плагина Vite и компиляции MDX до оптимизации развертывания и валидации схем.
polymarket
МетаЭтот навык позволяет разработчикам создавать приложения на платформе прогнозных рынков Polymarket, включая интеграцию с API для торговли и получения рыночных данных. Он также обеспечивает потоковую передачу данных в реальном времени через WebSocket для отслеживания текущих сделок и рыночной активности. Используйте его для реализации торговых стратегий или создания инструментов, обрабатывающих обновления рынка в реальном времени.
creating-opencode-plugins
МетаЭтот навык помогает разработчикам создавать плагины OpenCode, которые подключаются к более чем 25 типам событий, таким как команды, файлы и операции LSP. Он предоставляет структуру плагина, спецификации API событий и шаблоны реализации для модулей на JavaScript/TypeScript. Используйте его, когда вам нужно перехватывать, отслеживать или расширять жизненный цикл ассистента OpenCode AI с помощью пользовательской событийно-ориентированной логики.
sglang
МетаSGLang — это высокопроизводительный фреймворк для обслуживания больших языковых моделей (LLM), специализирующийся на быстрой структурированной генерации JSON, regex и рабочих процессов агентов с использованием кэширования префиксов RadixAttention. Он обеспечивает значительно более высокую скорость вывода, особенно для задач с повторяющимися префиксами, что делает его идеальным для сложных структурированных результатов и многократных диалогов. Выбирайте SGLang вместо альтернатив, таких как vLLM, когда вам требуется ограниченное декодирование или вы создаете приложения с интенсивным совместным использованием префиксов.
