• [转] 似然函数与概率


    知乎还是明白人多啊,讲明白儿的

    from:https://www.zhihu.com/question/54082000

    作者:Yeung Evan
    链接:https://www.zhihu.com/question/54082000/answer/145495695
    来源:知乎
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    We must return to the actual fact that one value of [公式] , of the frequency of which we know nothing, would yield the observed result three times as frequently as would another value of [公式]. If we need a word to characterize this relative property of different values of [公式] , I suggest that we may speak without confusion of the [公式] of one value of [公式] being thrice the likelihood of another, bearing always in mind that likelihood is not here used loosely as a synonym of probability, but simply to express the relative frequencies with which such values of the hypothetical quantity [公式] would in fact yield the observed sample.

    除此之外,统计学中的另一常见概念"置信(区间)"(confidence interval)中的置信度(confidence level) 或者称为置信系数 (confidence coefficient) 也不是概率。换句话说,"构建关于总体均值的95%的置信区间"里的"95%"不是概率意义下的0.95(即使它也是0到1之间的代表机会chance的一个度量): Neyman的原话是

    ... in the long run he will be correct in 99% (the assumed value of [公式] ) of all cases ... Hence the frequency of actually correct statements will approach [公式]

    更常见的 [公式] -值( [公式] -value)严格来说其本身是一个(恰好位于0到1之间的)统计量(即样本随机变量的函数),所以 [公式] -值也不是概率。

     

    一种方便区别是概率还是似然的方法是,根据定义,"谁谁谁的概率"中谁谁谁只能是概率空间中的事件,换句话说,我们只能说,事件(发生)的概率是多少多少(因为事件具有概率结构从而刻画随机性,所以才能谈概率);而"谁谁谁的似然"中的谁谁谁只能是参数,比如说,参数等于 [公式]时的似然是多少。

     

    2、似然与概率的联系

    先看似然函数的定义,它是给定联合样本值[公式]下关于(未知)参数[公式] 的函数:[公式]

    这里的小[公式]是指联合样本随机变量[公式]取到的值,即[公式]

    这里的[公式]是指未知参数,它属于参数空间;

    这里的[公式]是一个密度函数,特别地,它表示(给定)[公式]下关于联合样本值[公式]的联合密度函数。

     

    所以从定义上,似然函数和密度函数是完全不同的两个数学对象:前者是关于[公式]的函数,后者是关于[公式]的函数。所以这里的等号[公式] 理解为函数值形式的相等,而不是两个函数本身是同一函数(根据函数相等的定义,函数相等当且仅当定义域相等并且对应关系相等)。

     

    说完两者的区别,再说两者的联系。

    (1)如果[公式]是离散的随机向量,那么其概率密度函数[公式]可改写为[公式],即代表了在参数[公式]下随机向量[公式]取到值[公式]可能性;并且,如果我们发现

    [公式]

    那么似然函数就反应出这样一个朴素推测:在参数[公式]下随机向量[公式]取到值[公式]可能性大于 在参数[公式]下随机向量[公式]取到值[公式]可能性。换句话说,我们更有理由相信(相对于[公式]来说)[公式]

    更有可能是真实值。这里的可能性由概率来刻画。

    (2)如果[公式]是连续的随机向量,那么其密度函数[公式]本身(如果在[公式]连续的话)在[公式]处的概率为0,为了方便考虑一维情况:给定一个充分小[公式],那么随机变量[公式]取值在[公式]区间内的概率即为

    [公式]

    并且两个未知参数的情况下做比就能约掉[公式],所以和离散情况下的理解一致,只是此时似然所表达的那种可能性概率[公式]无关。

    综上,概率(密度)表达给定[公式]下样本随机向量[公式]可能性,而似然表达了给定样本[公式]下参数[公式](相对于另外的参数[公式])为真实值的可能性。我们总是对随机变量的取值谈概率,而在非贝叶斯统计的角度下,参数是一个实数而非随机变量,所以我们一般不谈一个参数的概率

    最后我们再回到[公式]这个表达。首先我们严格记号,竖线[公式]表示条件概率或者条件分布,分号[公式]表示把参数隔开。所以这个式子的严格书写方式是[公式]因为[公式]在右端只当作参数理解。

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    这个是quora上的一个回答 What is the difference between probability and likelihood?

    在评论中这位老师将概率密度函数和似然函数之间的关系,类比成 [公式][公式] 之间的关系。详细翻译如下:

    2我们可以做一个类比,假设一个函数为 [公式] ,这个函数包含两个变量。

    如果你令b=2,这样你就得到了一个关于a的二次函数,即 [公式]

     

    当你令a=2时,你将得到一个关于b的指数函数,即 [公式]

     

    可以看到这两个函数有着不同的名字,却源于同一个函数。

    而p(x|θ)也是一个有着两个变量的函数。如果,你将θ设为常量,则你会得到一个概率函数(关于x的函数);如果,你将x设为常量你将得到似然函数(关于θ的函数)

    下面举一个例子:

    有一个硬币,它有θ的概率会正面向上,有1-θ的概率反面向上。θ是存在的,但是你不知道它是多少。为了获得θ的值,你做了一个实验:将硬币抛10次,得到了一个正反序列:x=HHTTHTHHHH。

    无论θ的值是多少,这个序列的概率值为 θ⋅θ⋅(1-θ)⋅(1-θ)⋅θ⋅(1-θ)⋅θ⋅θ⋅θ⋅θ = θ⁷ (1-θ)³

    比如,如果θ值为0,则得到这个序列的概率值为0。如果θ值为1/2,概率值为1/1024。

    但是,我们应该得到一个更大的概率值,所以我们尝试了所有θ可取的值,画出了下图:

     

    这个曲线就是θ的似然函数,通过了解在某一假设下,已知数据发生的可能性,来评价哪一个假设更接近θ的真实值。

    如图所示,最有可能的假设是在θ=0.7的时候取到。但是,你无须得出最终的结论θ=0.7。事实上,根据贝叶斯法则,0.7是一个不太可能的取值(如果你知道几乎所有的硬币都是均质的,那么这个实验并没有提供足够的证据来说服你,它是均质的)。但是,0.7却是最大似然估计的取值。

    因为这里仅仅试验了一次,得到的样本太少,所以最终求出的最大似然值偏差较大,如果经过多次试验,扩充样本空间,则最终求得的最大似然估计将接近真实值0.5。在这篇博客中有详细的过程,就不再赘述。

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