Improved order selection method for hidden Markov models: A case study with movement data
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Notice bibliographique
Résumé
Abstract Hidden Markov models (HMMs) are a versatile statistical framework commonly used in ecology to characterize behavioural patterns from animal movement data. In HMMs, the observed data depend on a finite number of underlying hidden states, generally interpreted as the animal's unobserved behaviour. The number of states is a crucial hyperparameter, controlling the trade‐off between the ecological interpretability of behaviours (fewer states) and the goodness of fit of the model (more states). Selecting the number of states, commonly referred to as order selection, is notoriously challenging. Common model selection metrics, such as Akaike information criterion (AIC) and Bayesian information criterion (BIC), often perform poorly in determining the number of states, particularly when models are misspecified. Building on existing methods for HMMs and mixture models, we propose a double penalised maximum likelihood estimate (DPMLE) for the simultaneous estimation of the number of states and parameters of non‐stationary HMMs. The DPMLE differs from traditional information criteria by using two penalty functions on the stationary probabilities and state‐dependent parameters. For non‐stationary HMMs, forward and backward probabilities are used to approximate stationary probabilities. Using a simulation study that includes scenarios with additional complexity in the data, we compare the performance of our method with that of AIC and BIC. We also illustrate how the DPMLE differs from AIC and BIC using narwhal ( Monodon monoceros ) movement data. The proposed method outperformed AIC and BIC in identifying the correct number of states under model misspecification. Furthermore, its capacity to handle non‐stationary dynamics allowed for more realistic modelling of complex movement data, offering deeper insights into narwhal behaviour. Our method is a powerful tool for order selection in non‐stationary HMMs, with potential applications extending beyond the field of ecology.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle