概率与似然

条件概率

在事件B已经发生的条件下,事件A发生的概率,称为事件A在给定B下的条件概率,记作P(A|B)

有A、B、C三个车间生产同一种产品,产量是25%, 35%, 40%,次品率D分别是5%, 4%, 2%。

则:(P(A) = 0.25, P(D|A) = 0.05)

条件概率乘法法则

[P(B|A) = frac{P(AB)}{P(A)}, P(A|B) = frac{P(AB)}{P(B)} ]

[P(AB) = P(A) cdot P(B|A), P(AB)=P(B) cdot P(A|B) ]

全概率定理

如果事件A1, A2, ..., An构成一个完备的事件组,并且都有正概率,则对任何一个事件B,有

[P(B)=sum_i^n P(A_i) cdot P(B|A_i) ]

贝叶斯定理

[P(A_m|B) = frac{P(A_m)P(B|A_m)}{sum_i^n P(A_i)P(B|A_i)} ]

其中,

[sum_i^n P(A_i)=1, sum_i^n P(A_i) P(B|A_i) = P(B) ]

(A_m)可以看作一个独立的事件, 所以:

[P(A|B) = P(A) imes frac{P(B|A)}{P(B)} ]

其中(P(A|B))叫做后验概率(Posterior probability),(P(A),P(B))叫做先验概率(Prior probability),(frac{P(B|A)}{P(B)})叫做可能性函数或调整因子,(P(B|A))叫做可能性或似然(Likelihood)

[P( heta |D) = P( heta) imes frac{P(D| heta)}{P(D)} ]

D - 数据
( heta) - 参数
(P( heta | D)) - 后验
(P(D| heta)) - 似然

后验概率 = 先验概率 x 调整因子

先验概率:根据以往经验分析得到的概率,通俗就是根据统计和规律得出得概率。
后验概率:就是根据结果推原因,比如知道一个产品是次品求它来自A车间的概率,通过贝叶斯公式可以得到。

似然

根据总总体样本X中抽到的样本((X_1,...,X_n)),对总体分布中的未知参数( heta)(比如正态分布中的均值和方差)进行估计。
最大似然法是要选择一个(hat{ heta}),使得观察结果出现的可能性最大。对于离散型随机变量,就是估计概率函数中的参数( heta),对于连续型就是概率密度中的( heta)

设X为离散型随机变量,有概率函数P(X=x_i)=p(x_i; heta),则似然函数L:

[L(x_1,...,x_n; heta) = prod^n_{i=1} p(x_i; heta) ]

两边取log:

[log{L} = log(prod^n_{i=1} p(x_i; heta)) = sum^n_{i=1} log{p(x_i; heta)} ,(或 sum^n_{i=1} log{p_ heta (x_i)}) ]

例子

有A、B、C三个车间生产同一种产品,产量是25%, 35%, 40%,次品率是5%, 4%, 2%。
现在从出产产品中检测到一个次品,判断是A车间的出品的概率。

解:

P(A) = 0.25, P(B) = 0.35, P(C)=0.4

次品D:
P(D|A) = 0.05, P(D|B) = 0.04, P(D|C) = 0.02

全厂的次品率:
P(D) = P(D|A)P(A) + P(D|B)P(B) + P(D|C)P(C) = 0.05 x 0.25 + 0.04 x 0.35 + 0.02 x 0.4 = 0.0345

是A车间的出品的概率,根据贝叶斯定理:

[P(A|D) = frac{ P(A)P(D|A) }{ P(D) }=frac{0.25 imes 0.05}{0.0345}=0.362 ]

先验概率:根据以往的经验、统计规律得到的概率,”由因求果“中的因
后验概率:根据结果推原因(给定数据求参数的概率),”由果寻因“中的因
似 然:给定参数求数据的概率

最大似然估计

有一天,有个病人到医院看病。他告诉医生说自己头痛,然后医生根据自己的经验判断出他是感冒了,然后给他开了些药回去吃。
其实医生的大脑是这么工作的,

P(感冒|头痛) = 85%
P(中风|头痛) = 10%
P(脑溢血|头痛) = 5%

然后这个计算机大脑发现,P(感冒|头痛)是最大的,因此就认为呢,病人是感冒了。看到了吗?这个就叫最大似然估计(Maximum likelihood estimation,MLE)。

P(感冒|头痛),P(中风|头痛),P(脑溢血|头痛)是先验概率还是后验概率呢?没错,就是后验概率。看到了吧,后验概率可以用来看病.

后验概率起了这样一个用途,根据一些发生的事实(通常是坏的结果),分析结果产生的最可能的原因,然后才能有针对性地去解决问题。

假设f是一个概率密度函数:

[x -> f(x| heta) ]

是一个条件概率密度函数(( heta)是给定的)

反过来:

[ heta -> f(x| heta) ]

叫做似然函数(x是给定的)

一般把似然函数写成:

[L( heta | x) = f(x| heta) ]

( heta)是因变量。
最大似然估计就是求在( heta)的定义域中,当似然函数取得最大值时( heta)的大小。即,当后验概率最大时 ( heta)的大小,也就是说要求最有可能的原因。
由于对数函数不会改变大小关系,所以有时候将似然函数求对数,计算方便。

例子:

我们假设有三种硬币,他们扔到正面的概率分别是1/3,1/2,2/3。我们手上有一个硬币,但是我们并不知道这是哪一种。因此我们做了一下实验,我们扔了80次,有49次正面,31次背面。那么这个硬币最可能是哪种呢?我们动手来算一下。这里θ的定义域是{1/3,1/2,2/3}

[P(H=49 | p=1/3) = egin{pmatrix} 80 \ 49end{pmatrix} (1/3)^49(1-1/3)^31 = 0.000 ]

原文地址:https://www.cnblogs.com/woodyh5/p/12732278.html