楼主: 胖胖小龟宝
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[经验分享] 先验概率、似然函数与后验概率 [推广有奖]

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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 p 的概率分布,是在获得某些信息或者依据前,对 p 的不确定性进行猜测。例如, p 可以是抢火车票开始时,抢到某一车次的概率。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,


在应用贝叶斯理论时,通常将先验概率乘以似然函数(likelihoodfunction)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


似然函数(likelihood function),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|x)=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。


似然函数在统计推测中发挥重要的作用,因为它是关于统计参数的函数,所以可以用来评估一组统计的参数,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。在非正式的语境下,“似然”会和“概率”混着用;但是严格区分的话,在统计上,二者是有不同。


不同就在于,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,关于用于描述参数的情况。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: 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: 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。后验概率定义如下:

p(θ|x)=p(x|θ)p(θ)p(x)





鉴于分母不变,可以表达成如下正比关系:

Posteriorprobability∝Likelihood×Prior probability



来先举一个例子:

如果有一所学校,有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。一个观察者,随机从远处看到一名学生,观察者只能看到该学生穿裤子。那么该学生是女生的概率是多少?这里题目中观察者比如近似眼看直接不清性别,或者从装扮上看不出。答案可以用贝叶斯定理来算。

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 P(G|T) ,我们需要知道:

P(G) ,表示一个学生是女生的概率,这是在没有任何其他信息下的概率。这也就是我们说的先验概率。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 0.4 。

P(B) ,是学生不是女生的概率,也就是学生是男生的概率,也就是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,这个比例是 60 ,也即 0.6 。

P(T|G) 是在女生中穿裤子的概率,根据题目描述,是相同的 0.5 。这也是 T 事件的概率,given G 事件。

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,TA穿裤子的概率。如果要计算的话,那可以计算出所有穿裤子的学生的数量,除以总数,总数可以假设为常数 C ,但是最后会被约去。或者根据全概率公式 P(T)=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 。

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)=0.5×0.40.8=0.25.




这就是贝叶斯公式的一个示例,如果是两个相关的属性,我们只知道其中一些的概率分布情况,就可以根据贝叶斯公式来计算其他的一些后验概率的情况。



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关键词:后验概率 似然函数 先验概率 Probability Likelihood 统计 概率 贝叶斯概率 先验概率 后验概率

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沙发
pzlzz 发表于 2014-10-27 10:16:56 |只看作者 |坛友微信交流群
楼主说的很详细 我现在刚接触贝叶斯估计 大概了解一些 不过在实证操作中遇到一些问题 想请教一下:我在一篇文献中看到“前向滤波后向抽样”的Gibbs方法,使用卡尔曼滤波得到Gibbs抽样的先验信息,我使用Eviews进行卡尔曼滤波后,这个先验信息是如何确定(或者说怎么得到)的呢?
还望不吝赐教 万分感谢!

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wuya100 发表于 2014-11-12 10:13:06 |只看作者 |坛友微信交流群
谢谢分享!!!!!!

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h272377502 发表于 2016-4-7 14:36:35 |只看作者 |坛友微信交流群
纠正一下:p(θ|x)=p(x|θ)p(θ)/p(x)

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这个地方的结果“P(G|T)=P(T|G)P(G)P(T)=0.5×0.40.8=0.25.”不应该是0.16吗

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