極大似然估計

2022-07-12 21:48:27 字數 1856 閱讀 2349

利用已知的樣本結果,反推最有可能(最大概率)導致這樣結果的引數值,是一種給定觀察資料來評估模型引數的方法。

設 $x_,x_,x_,...x_$ 是來自總體 $x$ 的簡單隨機樣本,$x_,x_,x_,...x_$ 為樣本的觀察值(樣本值),$\theta_,\theta_,\theta_,...\theta_$

為待估引數。

現在我們希望得到乙個只關於引數 $\theta_$ 的乙個函式,這個函式能表徵該樣本結果發生的概率,從而我們通過研究這個函式,得到概率最大時,

引數 $\theta_$ 的取值,這個取值就

作為模型引數的估值。

似然估計的關鍵在於:出現某個值的概率不是有抽樣結果決定的,而是由總體決定的,比如抽取結果為 $5,5,1,1,1$,那能認為 $5$ 出現的概率是 $\frac$ 嗎?

如果是用樣本估計總體,那麼可以這麼認為,但似然估計要估計出總體的未知引數,所以出現 $5$ 的概率一開始就由總體決定了,是乙個帶引數的概率,

只是我們

用這組樣本來擬合指定的分布,同時隨機變數又得滿足概率規律,比如樣本出現的概率和為 $1$。

如何得到表徵樣本結果發生概率的函式呢?

1. 總體 $x$ 為離散型

$x$ 的概率分布為:

$$p\left \ \right \} = p_(\theta),k = 1,2,3,...$$

由於 $x_,x_,x_,...x_$ 和總體具有相同的分布,所以

$$p\left \ = x_ \right \} = p\left \ \right \}, i = 1,2,3,...,n$$

所以 $x_,x_,x_,...x_$ 取到一組觀測值 $x_,x_,x_,...x_$ 的概率為

$$p\left \ = x_, x_ = x_,...,x_ = x_\right \} = \prod_^p\left \ = x_ \right \}$$

這一概率隨 $\theta$

的取值而變化,它是$\theta$

的函式,記為 $l(\theta)$,該函式稱為樣本的似然函式,即

$$l(\theta) = \prod_^p\left \ = x_ \right \}$$

2. 總體 $x$ 為連續型

設 $x$ 的概率密度為 $f(x;\theta)$,連續型隨機變數沒有點概率,採用的是極限逼近的手段,這裡不再贅述,可得它取某乙個樣本點的概率近似為

$$p\left \ \right \} = f(x_;\theta)dx_, dx_ > 0$$

所以 $x_,x_,x_,...x_$ 取到一組觀測值 $x_,x_,x_,...x_$ 的概率近似為

$$p\left \ = x_, x_ = x_,...,x_ = x_\right \} = \prod_^p\left \ = x_ \right \} = \prod_^f(x_;\theta)dx_,dx_ > 0$$

由於 $dx_ > 0$,且非 $\theta$ 函式,所以似然函式為

$$l(\theta) = \prod_^f(x_;\theta)$$

求極大似然函式估計值的一般步驟:

1)根據總體的分布寫出似然函式:$l(x_,x_,x_,...x_;\theta_,\theta_,\theta_,...\theta_)$。函式 $l$ 是關於 $\theta_$ 的多元函式。

2)如有必要,則對似然函式取對數,並整理。

3)多元函式求極值,當函式值最大時,即樣本發生概率最大時,所對應的 $\theta_$ 就是解。

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