數學與程式設計 概率論與數理統計

2021-07-07 04:03:59 字數 4111 閱讀 5234

pmf:probability mass function,概率質量函式,是離散型隨機變數在各特定取值上的概率。與概率密度函式(pdf:probability density function)的不同之處在於:概率質量函式是對離散型隨機變數定義的,本身代表該值的概率;概率密度函式是針對連續型隨機變數定義的,本身不是概率(連續型隨機變數單點測度為0),只有在對連續隨機變數的pdf在某一給定的區間內進行積分才是概率。假設x

是乙個定義在可數樣本空間

s上的離散型隨機變數s⊆

r ,則其概率質量函式pmf為:fx

(x)=

=\d= ,似然函式為:

p(\mathcal|\theta)=\prod_^np(x_n|\theta)p(

d|θ)

=∏n=

1np(

xn|θ

) 為便於計算,再將其轉換為對數似然函式形式:

\ln p(\mathcal|\theta)=\sum_^n\ln p(x_n|\theta)lnp

(d|θ

)=∑n

=1nln

p(xn

|θ)

我們不妨以伯努利分布為例,利用最大似然估計的方式計算其分布的引數(p

p ),伯努利分布其概率密度函式(pdf)為:

f_x(x)=p^x(1-p)^=\left \

p,&\mathrm,\\

q\equiv1-p ,&\mathrm,\\

0,&\mathrm

\end

\right.fx

(x)=

px(1

−p)1

−x=⎧

⎩⎨⎪⎪

p,q≡

1−p,

0,x=

1,x=

0,ot

herw

ise整個樣本集的對數似然函式為:

\ln p(\mathcal|\theta)=\sum_^n\ln p(x_n|\theta)=\sum_^n\ln (\theta^(1-\theta)^)=\sum_^nx_n\ln\theta+(1-x_n)\ln(1-\theta)lnp

(d|θ

)=∑n

=1nln

p(xn

|θ)=

∑n=1

nln(θ

xn(1

−θ)1

−xn)

=∑n=

1nxn

lnθ+(

1−xn

)ln(1

−θ)

等式兩邊對\theta

θ 求導:

\frac|\theta)}=\frac^nx_n}-\frac+\frac^nx_n}∂ln

(d|θ

)∂θ=

∑nn=

1xnθ

−n1−

θ+∑n

n=1x

n1−θ

令其為0,得: θm

l=∑n

n=1x

nn f

(μ|a

,b)=

γ(a+

b)γ(

a)γ(

b)μa

−1(1

−μ)b

−1=1

b(a,

b)μa

−1(1

−μ)b

−1 b

eta 分布的峰值在a−

1b+a

−2處取得。其中γ(

x)≡∫

∞0ux

−1e−

udu 有如下性質: γ(

x+1)

=xγ(

x)γ(

1)=1

andγ

(n+1

)=n!

我們來看當先驗分布為be

ta分布時的後驗分布: p(

θ)=1

b(a,

b)θa

−1(1

−θ)b

−1p(

x|θ)

=(nk

)θk(

1−θ)

n−kp

(θ|x

)=1b

(a+k

,b+n

−k)θ

a+k−

1(1−

θ)b+

n−k−

1 對應於python中的math.gamma()及matlab中的gamma()函式(matlab中beta(a, b)=gamma(a)gamma(b)/gamma(a+b))。p(

x|y)

讀作:p of

xgiven

y ,下劃線讀作given

x:所關心事件

y :條件(觀察到的,已發生的事件),conditional仍然從樣本空間(sample space)的角度出發。此時我們需要定義新的樣本空間(給定條件之下的樣本空間)。所以,所謂條件(conditional),本質是對樣本空間的進一步收縮,或者叫求其子空間。

比如乙個人答題,有a,

b,c,

d四個選項,在答題者對題目一無所知的情況下,他答對的概率自然就是14

,而是如果具備一定的知識,排除了a,

c 兩個錯誤選項,此時他答對的概率簡單計算就增加到了12

。本質是樣本空間從s=

,變為了s′

= 。

新樣本空間下p(

a|排除

a/c)

=0,p

(c|排

除a/c

)=0 ,歸納出來,也即某實驗結果(outcome,oi

)與某條件

y 不相交,則: p(

oi|y

)=0最後我們得到條件概率的計算公式: p(

oi|y

)=p(

oi)p

(o1)

+p(o

2)+⋯

+p(o

n)=p

(oi)

p(y)

y=考慮某事件x=

,已知條件y=

發生了,則: p(

x|y)

=p(o

1|y)

+p(o

2|y)

+0+0

=p(o

1)p(

y)+p

(o2)

p(y)

=p(x

∩y)p

(y)

條件概率: p(

x|y)

=p(x

∩y)p

(y)

貝葉斯公式: p(

x|y)

=p(x

)p(y

|x)p

(y)

其實是可從條件概率推導貝葉斯公式的: p(

a|b)

=p(b

|a)=

p(a|

b)p(

b)==

=p(b

|a)=

p(a∩

b)p(

b)p(

a∩b)

p(a)

p(a∩

b)p(

b)p(

b)p(

a∩b)

p(a)

p(b|

a)p(

a|b)

p(b)

p(a)

p(b,p|d

)===

=p(b

,p,d

)p(d

)p(b

|p,d

)p(p

,d)p

(d)p

(b|p

,d)p

(p,d

)p(d

)p(b

|p,d

)p(p

|d)

[1] 概率質量函式

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