狀態估計與濾波
遞迴貝氏估計
遞迴貝氏估計,是讓機器人的信念隨時間不斷保持最新的總配方。「貝氏」指它遵循一條簡單的推理規則:從你已經相信的東西出發,再按照新證據吻合得有多好,成比例地加以修正。「遞迴」則指它在一個迴圈裡一遍又一遍地這麼做,而最妙的地方在於——每一輪只需要上一輪的結果,而不需要曾經發生過的整段歷史。機器人從不必把自己的過去重新嚼一遍;它只是把一份滾動的總結,也就是當前的信念,一路帶著走、不停地刷新。
每個迴圈有兩拍。第一拍,機器人做預測:它拿出舊的信念,用它對自身運動的了解把信念向前推——「我命令輪子往前滾,那我的信念也該跟著往前挪」。由於運動從來都不精確,這一步總會把信念抹開一點,讓機器人變得更不確定。第二拍,機器人做糾正:一個新鮮的感測器讀數進來,機器人就把信念往測量所指的方向拉,重新收緊。預測放鬆,測量收緊;信念隨著每一步,一呼一吸地起伏。
機器人領域裡幾乎所有出名的估計器——卡爾曼濾波器、粒子濾波器,以及它們眾多的親戚——不過是把同一個抽象迴圈具體落地的不同方式罷了。它們的差別只在於怎麼存放信念、怎麼算那套數學,而非底層邏輯。一旦抓住了遞迴貝氏估計「先預測、後糾正」的節奏,你就握住了打開這一整個家族的萬能鑰匙。
一台掃地機器人鑽到沙發底下亂撞,那裡攝影機什麼都看不見。沒有測量可用,它就只能一直跑預測那一步,於是它對自身位置的信念越變越寬。等它一滾回到能看見某面已知牆壁的地方,一次好的測量立刻把信念重新收緊——這就是遞迴在幹活。
沒有測量時信念每一步都在變寬;一次好的讀數立刻把它重新收尖。
正是這個遞迴的竅門,讓即時估計成為可能:一個連跑幾小時的機器人,永遠不會攢下越堆越大、需要重新處理的舊資料——無論運行多久,它始終只從一份大小固定的信念出發幹活。
又稱
另見