• 先验概率,后验概率,似然函数,最大似然估计【待整理】


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    贝叶斯定理:一个例子

    其实我们在之前介绍朴素贝叶斯分类器时就介绍过它,如果你有点忘了,这里就通过一个例子来帮你回忆一下。

    假设有一所学校,学生中60%是男生和40%是女生。女生穿裤子与裙子的数量相同;所有男生穿裤子。现在有一个观察者,随机从远处看到一名学生,因为很远,观察者只能看到该学生穿的是裤子,但不能从长相发型等其他方面推断被观察者的性别。那么该学生是女生的概率是多少?

    用事件 G 表示观察到的学生是女生,用事件 T 表示观察到的学生穿裤子。于是,现在要计算的是条件概率 P(G|T) ,我们需要知道:

    • P(G) 表示一个学生是女生的概率。由于观察者随机看到一名学生,意味着所有的学生都可能被看到,女生在全体学生中的占比是 40% ,所以概率是 P(G)=0.4 。注意,这是在没有任何其他信息下的概率。这也就是先验概率。后面我们还会详细讨论。

    • P(B) 是学生不是女生的概率,也就是学生是男生的概率,这同样也是指在没有其他任何信息的情况下,学生是男生的先验概率。 B 事件是 G 事件的互补的事件,于是易得 P(B)=0.6 。

    • P(T|G) 是在女生中穿裤子的概率,根据题目描述,女生穿裙子和穿裤子各占一半,所以 P(T|G)=0.5 。这也就是在给定 G 的条件下,T 事件的概率。

    • P(T|B) 是在男生中穿裤子的概率,这个值是1。

    • P(T) 是学生穿裤子的概率,即任意选一个学生,在没有其他信息的情况下,该名学生穿裤子的概率。根据全概率公式 P(T)=ni=1P(T|Ai)P(Ai)=P(T|G)P(G)+P(T|B)P(B) ,计算得到 P(T)=0.5×0.4+1×0.6=0.8

    根据贝叶斯公式 

    P(Ai|T)=P(T|Ai)P(Ai)ni=1P(T|Ai)P(Ai)=P(T|Ai)P(Ai)P(T)


    基于以上所有信息,如果观察到一个穿裤子的学生,并且是女生的概率是 

    P(G|T)=P(T|G)P(G)P(T)=0.5×0.4÷0.8=0.25.

    先验概率(Prior probability)

    在贝叶斯统计中,先验概率分布,即关于某个变量 X 的概率分布,是在获得某些信息或者依据前,对 X 之不确定性所进行的猜测。这是对不确定性(而不是随机性)赋予一个量化的数值的表征,这个量化数值可以是一个参数,或者是一个潜在的变量。

    先验概率仅仅依赖于主观上的经验估计,也就是事先根据已有的知识的推断。例如, X 可以是投一枚硬币,正面朝上的概率,显然在我们未获得任何其他信息的条件下,我们会认为 P(X)=0.5;再比如上面例子中的,P(G)=0.4

    在应用贝叶斯理论时,通常将先验概率乘以似然函数(Likelihood Function)再归一化后,得到后验概率分布,后验概率分布即在已知给定的数据后,对不确定性的条件分布。


    似然函数(Likelihood function)

    似然函数(也称作似然),是一个关于统计模型参数的函数。也就是这个函数中自变量是统计模型的参数。对于观测结果 x ,在参数集合 θ 上的似然,就是在给定这些参数值的基础上,观察到的结果的概率 L(θ)=P(x|θ) 。也就是说,似然是关于参数的函数,在参数给定的条件下,对于观察到的 x 的值的条件分布。

    似然函数在统计推断中发挥重要的作用,因为它是关于统计参数的函数,所以可以用来对一组统计参数进行评估,也就是说在一组统计方案的参数中,可以用似然函数做筛选。

    你会发现,“似然”也是一种“概率”。但不同点就在于,观察值 x 与参数 θ 的不同的角色。概率是用于描述一个函数,这个函数是在给定参数值的情况下的关于观察值的函数。例如,已知一个硬币是均匀的(在抛落中,正反面的概率相等),那连续10次正面朝上的概率是多少?这是个概率。

    而似然是用于在给定一个观察值时,关于描述参数的函数。例如,如果一个硬币在10次抛落中正面均朝上,那硬币是均匀的(在抛落中,正反面的概率相等)概率是多少?这里用了概率这个词,但是实质上是“可能性”,也就是似然了。


    后验概率(Posterior probability)

    后验概率是关于随机事件或者不确定性断言的条件概率,是在相关证据或者背景给定并纳入考虑之后的条件概率。后验概率分布就是未知量作为随机变量的概率分布,并且是在基于实验或者调查所获得的信息上的条件分布。“后验”在这里意思是,考虑相关事件已经被检视并且能够得到一些信息。

    后验概率是关于参数 θ 在给定的证据信息 X 下的概率,即 P(θ|X) 。若对比后验概率和似然函数,似然函数是在给定参数下的证据信息 X的概率分布,即 P(X|θ) 。二者有如下关系:

      • 我们用 P(θ) 表示概率分布函数,用 P(X|θ) 表示观测值 X 的似然函数。后验概率定义为 P(θ|X)=P(X|θ)P(θ)P(X),注意这也是贝叶斯定理所揭示的内容。

      • 鉴于分母是一个常数,上式可以表达成如下比例关系(而且这也是我们更多采用的形式):Posterior probabilityLikelihood×Prior probability

    https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%BC%E7%84%B6%E5%87%BD%E6%95%B0

    https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%80%E5%A4%A7%E4%BC%BC%E7%84%B6%E4%BC%B0%E8%AE%A1

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