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粒子滤波器是一种基于蒙特卡洛方法的概率推理技术,常用于处理非线性、非高斯系统的状态估计问题。这个入门程序从基础概念出发,通过直观的实现方式帮助初学者理解其核心思想。
粒子滤波的核心思路是通过一组随机样本(粒子)来近似表示概率分布。每个粒子代表系统可能的状态,并通过权重反映其可信度。算法主要分为预测、更新和重采样三个阶段:预测阶段根据系统模型扩散粒子;更新阶段利用观测数据调整粒子权重;重采样阶段则淘汰低权重粒子,保留高权重粒子以避免退化问题。
该程序特别适合学习以下要点:如何用离散粒子逼近连续分布、重要性采样原理的实现、以及权重归一化的处理方法。通过可视化输出,可以直观看到粒子群如何逐步收敛到真实状态轨迹,这对理解滤波器的动态特性很有帮助。
对于想深入研究的读者,可以尝试扩展:增加噪声模型对比、调整粒子数量观察精度变化,或者将简单线性模型替换为更复杂的运动模型。这些实践都能强化对粒子滤波器鲁棒性和局限性的认知。