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MCMC方法(一):贝叶斯推断

2016-03-19
caoxiaoqing

最近在看 PBP 算法,准备就这个算法把前后的理论梳理一遍。

(1)贝叶斯统计简史

贝叶斯统计缘起于托马斯.贝叶斯(Tomas Bayes, 1702-1761),一位英国长老会牧师和业余数学家。在他去世后才发表的论文“论有关机遇问题的求解”中提出了现在贝叶斯统计的基本思想,但是贝叶斯定理的现代形式实际上归因于拉普拉斯在1812的工作,拉普拉斯重新发现了贝叶斯定理,并把它用来解决天体力学、医学甚至法学的问题。但自19世纪中叶起,随着频率学派(或者称作经典统计学派)的兴起,贝叶斯解释逐渐被统计学主流所拒绝。

现代贝叶斯统计学的复兴肇始于Jeffreys(1939),从1950年代开始,经过众多统计学家的努力,贝叶斯统计学逐渐发展壮大,并发展出了贝叶斯统计决策理论这个新分支。特别到1990年代以后,随着计算方法MCMC在贝叶斯统计领域的广泛应用,解决了贝叶斯统计学长期存在的计算困难的问题,贝叶斯统计学这才迎来了它的春天。


(2)条件概率和贝叶斯公式

由条件概率公式\(P(A\cap B)=P(A|B)P(B)=P(B|A)P(A)\),故而有贝叶斯公式:

\[P(A|B)= {P(A\cap B)\over P(B)}={P(B|A)P(A)\over P(B)}\]

(3)全概率公式

假设事件\(A\)和\(A'\)共同构成了样本空间,那么就有

\[P(B)=P(B \cap A)+P(B \cap A')\]

而通过上一节的推导,我们有

\[P(B \cap A)=P(B|A)P(A)\]

所以,

\[P(B)=P(B|A)P(A)+P(B|A')P(A')\]

这就是全概率公式。

将这个公式带入上一节的贝叶斯公式,就得到贝叶斯公式的另一种写法:

\[P(A|B)={P(B|A)P(A)\over P(B|A)P(A)+P(B|A')P(A')}\]

(4)贝叶斯推断

上面介绍的就是贝叶斯公式的最简单表达了,复杂的无非也就是求和换成积分,原理都是一样的。通常将\(P(A|B)\)称为后验概率(posterior probability),将\(P(A)\)称为先验概率(prior probability),将\(P(B|A)P(B)\)称为可能性函数(likelyhood function)。



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