Kernel Adaptive Filtering

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出版者:Wiley
作者:Weifeng Liu
出品人:
页数:240
译者:
出版时间:2010-3-1
价格:USD 110.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780470447536
丛书系列:
图书标签:
  • 自适应滤波
  • 核方法
  • 信号处理
  • 机器学习
  • 模式识别
  • 优化算法
  • 通信系统
  • 控制系统
  • 非线性系统
  • 时间序列分析
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具体描述

Online learning from a signal processing perspective There is increased interest in kernel learning algorithms in neural networks and a growing need for nonlinear adaptive algorithms in advanced signal processing, communications, and controls. Kernel Adaptive Filtering is the first book to present a comprehensive, unifying introduction to online learning algorithms in reproducing kernel Hilbert spaces. Based on research being conducted in the Computational Neuro-Engineering Laboratory at the University of Florida and in the Cognitive Systems Laboratory at McMaster University, Ontario, Canada, this unique resource elevates the adaptive filtering theory to a new level, presenting a new design methodology of nonlinear adaptive filters. Covers the kernel least mean squares algorithm, kernel affine projection algorithms, the kernel recursive least squares algorithm, the theory of Gaussian process regression, and the extended kernel recursive least squares algorithm Presents a powerful model-selection method called maximum marginal likelihood Addresses the principal bottleneck of kernel adaptive filters—their growing structure Features twelve computer-oriented experiments to reinforce the concepts, with MATLAB codes downloadable from the authors' Web site Concludes each chapter with a summary of the state of the art and potential future directions for original research Kernel Adaptive Filtering is ideal for engineers, computer scientists, and graduate students interested in nonlinear adaptive systems for online applications (applications where the data stream arrives one sample at a time and incremental optimal solutions are desirable). It is also a useful guide for those who look for nonlinear adaptive filtering methodologies to solve practical problems.

《信号处理的革新之路:从经典到前沿》 本书将带领您踏上一段深入探索信号处理核心概念与前沿技术的旅程。我们不再局限于静态的理论分析,而是将目光投向动态、实时且高度适应性的信号处理场景。从构建一个能够理解并响应不断变化环境的信号处理系统开始,我们将层层剥开其内在的奥秘。 第一部分:信号处理的基石与演进 在进入核心技术之前,我们首先回顾信号处理领域的发展脉络。理解经典的信号处理方法,如傅里叶变换、滤波器设计等,是掌握更高级概念的基石。我们将梳理这些经典理论的优势与局限性,为后续的技术革新铺平道路。 经典信号分析的精髓: 探讨离散时间傅里叶变换(DTFT)、离散傅里叶变换(DFT)等在时域与频域分析中的核心作用。理解采样定理、混叠现象以及如何通过抗混叠滤波器规避这些问题。 滤波器设计理论: 深入研究Butterworth、Chebyshev、Elliptic等经典模拟与数字滤波器设计方法。分析它们的幅度响应、相位响应特性,以及在不同应用场景下的适用性。 现代信号处理的萌芽: 介绍一些早期对动态信号处理的探索,为理解自适应性打下基础。 第二部分:动态适应性的核心:算法的演进 本部分将聚焦于信号处理系统中“适应性”这一核心理念的实现。我们将详细介绍一系列能够根据输入信号的统计特性自动调整自身参数的算法,从而在不确定的环境中保持最佳性能。 最小均方(LMS)算法的革命: LMS算法作为一种简单而高效的自适应滤波器算法,将被深入剖析。我们将详细阐述其推导过程,理解其梯度下降原理,以及不同LMS变种(如归一化LMS、带泄露的LMS)如何克服原有算法的不足。通过详实的例子,展示LMS在噪声消除、回声消除等经典问题上的强大威力。 递归最小二乘(RLS)算法的精确性: 与LMS的梯度下降方式不同,RLS算法通过直接求解最小二乘问题来更新滤波器系数,从而获得更快的收敛速度和更高的精度。本书将详细推导RLS算法的递推关系,分析其计算复杂度,并探讨其在信道均衡、自适应均衡器设计等领域的应用。 更高级的自适应策略: 除了LMS和RLS,我们还将探讨其他重要的自适应算法,如QR分解RLS(QRD-RLS)、Kalman滤波器及其变种等。这些算法在处理更复杂的信号模型、更严格的性能要求时展现出卓越的能力。 第三部分:应用场景的深度拓展 理论的深度需要与实践的广度相结合。本部分将带领读者将所学的自适应信号处理技术应用于一系列实际问题,展示其在不同领域的强大生命力。 通信系统中的自适应: 信道均衡: 在无线通信和有线通信中,信道的多径效应和频率选择性衰减会导致信号失真。我们将展示如何利用自适应滤波器构建信道均衡器,有效补偿信道引起的码间串扰(ISI),提升通信系统的传输质量和速率。 自适应均衡器设计: 深入探讨不同类型的自适应均衡器,如横向滤波器(T-filter)均衡器、决策反馈均衡器(DFE)等,以及它们在实际通信链路中的优化设计。 音频与语音处理的革新: 噪声消除与语音增强: 无论是在嘈杂环境中通话,还是在录音时去除背景噪声,自适应滤波都扮演着关键角色。我们将演示如何设计自适应降噪算法,从混合信号中分离出目标语音。 回声消除: 在电话会议、视频通话等场景中,扬声器发出的声音会被麦克风重新拾取,形成回声。自适应滤波器能够精确地建模并消除这种回声,实现全双工通信。 控制系统中的智能调控: 自适应控制器设计: 在许多控制系统中,被控对象的模型可能随时间变化或事先未知。自适应控制器能够在线估计系统模型并调整控制策略,实现对系统性能的鲁棒性控制。 模型参考自适应控制(MRAC): 介绍如何设计模型参考自适应控制器,使其输出行为逼近一个理想的参考模型,即使被控对象发生变化。 其他前沿应用: 生物医学信号处理: 如心电图(ECG)、脑电图(EEG)信号的降噪与特征提取。 图像与视频处理: 在图像去噪、运动估计等领域中的应用。 金融信号分析: 在时间序列预测、异常检测等方面的潜力。 第四部分:前沿探索与未来展望 本部分将带领读者触及信号处理领域的前沿研究方向,展望未来发展趋势。 机器学习与信号处理的融合: 探讨深度学习、神经网络等现代机器学习技术如何与传统的自适应信号处理方法相结合,例如深度神经网络用于特征提取,结合自适应滤波器进行精细调整。 稀疏信号处理: 介绍稀疏表示理论及其在信号恢复、压缩感知等方面的应用,以及自适应算法如何适应稀疏信号的特点。 大数据时代的挑战与机遇: 在海量数据面前,如何设计高效、可扩展的自适应信号处理算法,以应对实时性、计算复杂度等方面的挑战。 未来的发展方向: 展望更智能、更自主的信号处理系统,以及它们在人工智能、物联网、5G/6G通信等领域的广阔应用前景。 本书旨在为读者构建一个全面而深入的信号处理知识体系,使其能够理解并掌握动态适应性算法的设计原理和应用技巧。通过理论讲解、算法推导和丰富的实例分析,读者将能够独立解决复杂的信号处理问题,并为未来的技术创新奠定坚实的基础。

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