贝叶斯理论中的基本概念

对于复杂的数学语言,认识它的一种有效方式是通过例子。在这里,通过投硬币这个例子来说明贝叶斯理论中的基本概念。假设有一枚硬币,现在不确定是否是均匀的,也就是这枚硬币出现正面和反面的概率可能不一样。这个时候我们可以提出猜测,这枚硬币有三种可能,第一种可能是该硬币正反面出现的概率相等,第二种情况是正面出现的概率比较大,第三种情况是反面出现的概率比较大。为了更形式化地描述我们的问题,定义一个参数θ。θ值表示硬币不均匀的程度,如果θ值越大,这种不均匀性会导致出现正面的概率变大;如果θ值比较小,这种不均匀性会导致反面的概率变大。为了方便,可以令θ值的取值范围为[0,1]。现在我们可以随便进行猜测,比如我们认为第二种情况,也就是该硬币是均匀的可能性比较大,另外两种情况出现的概率比较小。比如,均匀的概率是0.5,另外两种情况的概率分别为0.25。这种随便的猜测就是先验概率(prior)。现在我们进行投硬币的实验,假设我们进行了10次实验,在这10次的实验中,出现了3次的正面。这个时候我们需要根据实验来修正我们的先验概率。被修正的先验概率就成了后验概率。


根据贝叶斯公式:p(θ|D)=p(θ)p(D|θ)/p(D)=p(θ)p(D|θ)/∑p(θ)p(D|θ)


若要求后验概率p(θ|D),需要知道三个量,先验概率p(θ),似然函数p(D|θ),以及p(D)。先验概率是我们的猜测,这种猜测具有主观性。比如一种可能是如Fig 1中的Prior那种形式。第二个需要计算的量是似然函数p(D|θ)。在投硬币的例子中,D=正面or反面,所以我们需要知道两个量:p(D=正面|θ)和p(D=反面|θ)。为了方便起见,我们令p(D=正面|θ)=θ,p(D=反面|θ)=1-θ。或者可以写成p(D|θ)=θ(D)(1-θ)(1-D),比如取正面的时候,D=1,p(D=1|θ)=θ;反面的时候,D=0,p(D=0|θ)=1-θ。因为投硬币的时候,每次都是互相独立的,所以如果在10次投硬币的过程中,出现了3次正面,那么p(D=3次正面,7次反面|θ)=θ3(1-θ)7。如果θ=0.5,那么p(D=3次正面,7次反面|θ=0.5)=0.53*0.57=0.5^10=0.0009765625. 可以根据这个公式计算各个θ对应的似然函数的值。最后根据贝叶斯公司就可以得到后验概率分布。

image

R代码部分:

#此处定义θ的取值个数
> nThetaVals=3
> Theta=seq(from=1/(nThetaVals+1),to=nThetaVals/(nThetaVals+1),by=1/(nThetaVals+1))
#θ的取值
> print(Theta)
[1] 0.25 0.50 0.75
#指定先验概率
> pTheta=pmin(Theta,1-Theta)
#为了使得先验概率之和等于1,这里进行了一个归一化。
> pTheta=pTheta/sum(pTheta)
> pTheta
[1] 0.25 0.50 0.25
#投硬币的实验,三次出现正面,7次出现反面
> Data=c(1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0)
> nHeads=sum(Data==1)
> nTails=sum(Data==0)
#计算似然函数
> pDataGivenTheta=Theta^nHeads*(1-Theta)^nTails
> print(pDataGivenTheta)
[1] 1.173198e-03 2.441406e-04 1.609325e-06
> pData=sum(pDataGivenTheta*pTheta)
> print(pData)
[1] 0.0004157722
#计算后验概率值
> pThetaGivenData=pDataGivenTheta*pTheta/pData
做图部分
> windows(7,10)
#这里nrow表示三行,ncol表示一列,1,2,3表示三张图的位置
> layout(matrix(c(1,2,3),nrow=3,ncol = 1,byrow=FALSE))
#先验概率做图
> plot(Theta,pTheta,type='h',lwd=3,main='Prior',xlim=c(0,1),ylim=c(0,1.1*max(pThetaGivenData)))
#似然函数做图
> plot(Theta,pDataGivenTheta,type='h',lwd=3,main='Likelihood',xlim=c(0,1))
#后验概率做图
> plt(Theta,pThetaGivenData,type='h',lwd=3,main='posterior',xlim=c(0,1),ylim=c(0,1.1*max(pThetaGivenData)))
最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 199,393评论 5 467
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 83,790评论 2 376
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 146,391评论 0 330
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 53,703评论 1 270
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 62,613评论 5 359
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,003评论 1 275
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,507评论 3 390
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,158评论 0 254
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,300评论 1 294
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,256评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,274评论 1 328
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,984评论 3 316
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,569评论 3 303
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,662评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,899评论 1 255
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,268评论 2 345
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 41,840评论 2 339

推荐阅读更多精彩内容