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第 3 章

更新步驟 — 用觀測修正預測

把觀測與預測的差 (innovation),按照卡爾曼增益的比例用於更新預測的流程,用數字親手追蹤。

預測完成後,接著看觀測來修正。決定修正量的核心,是觀測與預測的差 (innovation)

觀測與預測的差 (innovation)

把觀測與預測的差設為 y = z − x̂⁻。這個值為正代表觀測在預測之上,為負則在之下。這個差表示「預測沒能掌握到的新資訊」,在英文中稱為 innovation。本講座之後也會以 觀測與預測的差 (innovation) 中英並陳的形式持續使用。

y = z − x̂⁻

觀測拉近多少

不是直接把觀測與預測的差全部用上,而是只乘上卡爾曼增益 K 那一份來修正。K 的內容(由 P⁻R 決定的式子)會在下一章說明。

x̂ = x̂⁻ + K y

K 接近 0 就偏向預測,接近 1 就偏向觀測。

理解檢查 1 — 用觀測與預測的差 (innovation) 納入觀測

以觀測與預測的差 (innovation) y = z − x̂⁻ 與卡爾曼增益 K,將估計往前推進一步。K 的內容會在下一章說明,這裡請當成是給定的數值來使用。

Q1. 預測值 x̂⁻ = 10、觀測 z = 14 時,觀測與預測的差 (innovation) y 是多少?

Q2. 接著 K = 0.25 時,更新後的估計值 是多少?

Q3. 預測值 x̂⁻ = 18、觀測 z = 10 時,觀測與預測的差 (innovation) y 是多少?

Q4. 接著 K = 0.75 時,更新後的估計值 是多少?

吸收觀測後,不確定性下降

納入觀測之後,也要更新估計的不確定性。這是更新步驟第二個重要的式子,必定與估計值的修正一同計算。

P = (1 − K)P⁻

因為納入了可信賴的觀測,更新後的變異數 P 必定會變小(R > 00 < K < 1,所以 P = (1 − K)P⁻ < P⁻)。

理解檢查 2 — 更新後的變異數與極端的 K

計算更新後的變異數 P,並思考 K 取極端值的情況。

Q1. 預測變異數 P⁻ = 8K = 0.25 時,更新後的變異數 P = (1 − K)P⁻ 是多少?

Q2. K = 0 時正確的更新是哪一個?

Q3. K = 1 時正確的更新是哪一個?

本章帶走的直覺

更新是「按照信任程度,把觀測與預測的差混進來」的操作。下一章將看看決定這個「信任程度」的 K 內部是什麼。