python、pykalmanのobservation_matrices.dotについてのエラー解決法

Question

始めまして、プログラミング初心者です

前提・実現したいこと

「時系列予測　自己回帰モデル　状態空間モデル　異常検知」という本にならってpykalmanを用いた時系列予測を試みています。
###質問の内容
pykalmanのobservation_matrices.dotという関数の規則が分からず、以下のエラーを解決できずにいます
###エラーメッセージ
AttributeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-89-0e81c18edc56> in <module>
7 print(current_cov)
8 print(current_state)
----> 9 pred_y[i]=kf.observation_matrices.dot(current_state)
10
11 plt.plot(np.hstack([pred_o_smoothed.flatten(),pred_y]),"--",label="forcast")
'NoneType' object has no attribute 'dot'

該当のソースコード

#長期予測
plt.plot(y.values,label="observation")
pred_y=np.empty(len(test))
current_state=smoothed_state_means[-1]
current_cov=smoothed_state_covs[-1]
for i in range(len(test)):
    current_state,current_cov=kf.filter_update(current_state,current_cov,observation=None)
    print(current_cov)
    print(current_state)
    pred_y[i]=kf.observation_matrices.dot(current_state)
   
plt.plot(np.hstack([pred_o_smoothed.flatten(),pred_y]),"--",label="forcast")

試したこと

kf.observation_matrices.dotの因数をcurrent_state,current_covの二つに設定すると同じエラー文が出ました。
また、コード中にあるkf.observation_matrices.dotがどのようなものか、今一わからないので、np.dot(current_state,current_cov)としてみたところ、ValueError: setting an array element with a sequence.
というエラーが出ました。

current_state,current_stateには[335.11076688 0. ],[[10.91607978 0. ]
[ 0. 0. ]]の値が入っています。

どうか回答宜しくお願いします

Answer 1

kf.observation_matrices.dot(current_state)

は、kf.observation_matricesというnumpy配列と、current_stateというnumpy配列のdot積で、

np.dot(kf.observation_matrices, current_state)

と同じです
ベクトルの内積や行列の積を求めるnumpy.dot関数の使い方

kf = KalmanFilter(... の直後で

print(kf.observation_matrices.shape)

を実行すると分かりますように、参考にされてる本の最初の例(98ページ)の場合は次元は下記の通り
(1, 2)

また、質問に挙げられているコードのforループの直前で

print(current_state.shape)

を実行すると分かりますように、本の最初の例の場合は次元は下記の通り
(2,)

この次元の組み合わせならdot積が計算でき、結果は一つの数値になります

なお、本の例で次元の要素数が2になるのは、

n_dim_trend = 2

で決まってますので、そこを変えたら要素数も変わります

エラーになるのなら、dot積が計算できない次元の組み合わせになっていると思うので、まずは次元を確認して、どちらの次元が間違っているのかを把握してください
その上で、次元がおかしい方が作られる過程を追いかけて、どこが間違っているか調べてください

Comments

[jbpb0]

> current_state,current_stateには[335.11076688 0. ],[[10.91607978 0. ]
[ 0. 0. ]]の値が入っています。

current_state(とcurrent_cov)の次元は合ってますね
それでエラーが出るなら、kf.observation_matricesの次元が間違っているのでしょう

kf.observation_matricesは、分析したいデータとは無関係なもので、本のコードでの
kf = KalmanFilter(...
までを本の通りに書けば、次元は合ってエラーにはならないはずです
そこから何か変えてませんか?

[oosak]

回答、誠にありがとうございました。
ご指摘いただいたように、observation_matricesに問題があり、私がobservationのタイプミスをしていたために値が正しく入っていなかったようです。
以下は打ち直したコードの全体です
from pykalman import KalmanFilter
initial_state_mean=np.zeros(n_dim_state)
initial_state_covariance=np.ones((n_dim_state,n_dim_state))
kf=KalmanFilter(n_dim_obs=n_dim_obs,
n_dim_state=n_dim_state,
initial_state_mean=initial_state_mean,
initial_state_covariance=initial_state_covariance,
transition_matrices=F,
observation_matrices=H,
observation_covariance=1.0,
transition_covariance=Q)
print(kf.observation_matrices.shape)

非常に初歩的な質問に答えていただきありがとうございます。

[jbpb0]

書籍のコードが、下記からダウンロードできますよ
https://www.kyoritsu-pub.co.jp/bookdetail/9784320125018

まずはそれを動かしてから、自分の用途に合わせて変更していくといいと思います

[oosak]

返事が遅くなってしまいました。ありがとうございます、非常に助かります。

Answer 2

私はカルマンフィルターを使ったことがありませんので、公式ドキュメントを少し覗いてみました。
公式ドキュメントを読む限り、kf.observation_matricesにはリストのリストを設定するもののようです。
oosakさんのソースコードではKalmanFilterのインスタンス生成時にNoneを設定しているので、None.dotというメソッドっぽいものを実行しようとして
'NoneType' object has no attribute 'dot'
が出ています。
しかしリストのリストを設定したとしても、
AttributeError: 'list' object has no attribute 'dot'
でエラーが出ます。

pred_y[i]=kf.observation_matrices.dot(current_state)
が間違っているのは確実ですが、これを書いたのがoosakさんなので、これ以上はわかりません。
可能性としは、お読みになった本では以下のように行うことが前提になっているのかもしれません。

kf = KalmanFilter(transition_matrices = [[1, 1], [0, 1]], observation_matrices = np.array([[0.1, 0.5], [-0.3, 0.0]]))

全く知らない話ですので外している可能性は大きいですがご参考まで。

Comments

[jbpb0]

https://dajiro.com/entry/2020/05/04/220313
の一つ目のカルマンフィルタのコードは、質問者さんが参考にしている本の最初の例と、ほとんど同じです

kf = KalmanFilter(... の引数の「*_matrices」には、コードの始めの方にある FGHset という関数で作った配列を代入してます

[ppaul]

やはり、numpyのndarrayなのですね。oosakさんが書き換えた結果、そこにNoneが入っているのがエラーの原因です。FGHsetを書き換えたとき、戻り値なしのreturnを書いてしまった、というのは良くある過ちですが、今回のはどうなんでしょうね。