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后验分布将基本事件“θ&40”
调整为满足标准化条件的比例关系,那么可以得到“在获得40℃这一信息之后,各θ的后验概率”
。
该后验分布即为,关于θ的正态分布。
而该正态分布的平均值(分布的期待值),可以通过以下计算得出。
上述计算过程的具体含义,将在下下节中进行解说。
21-4后验分布的含义
在说明计算方法之前,首先解释一下贝叶斯更新的概念:我们认为,洗澡用的热水水温,遵循事前为平均值42℃、标准偏差为3的正态分布。
因此,若用1个数值来代表的话,则估计期待值(=平均值)为42℃。
但是,由于用不准确的温度计测量出的水温为40℃,那么根据这条信息,就可以得出关于θ的后验分布,表示为图表21-1右侧的正态分布。
这一概率分布的期待值在顶点位置(挑担人偶的支点),也就是正态分布的平均值,为40.6℃。
以上为获得信息之后,对于水温的推理值。
上述贝叶斯推理过程,可以通过图表21-2来理解。
图表21-2通过温度计的测量结果,对信息进行修改
换言之,虽然最初的观点(预想)为42℃,但之后,以通过温度计得到的测量结果40℃为参考,进行了修改。
虽然修改后的值,比起最初的42℃更接近40℃,但绝非40℃。
之所以会出现这样的结果,是因为温度计的测量存在误差偏差(标准偏差),所以这一部分的结果是不可信的。
因此,我们并没有修改测量值为40℃,而是保留了40.6℃的结果。
这一结果,比起42℃和40℃的中间值41℃,更接近40℃,那么为何要修改为这一数值呢?原因在于,表示先验分布的误差偏差的标准偏差为3,但温度计显示的测量的误差偏差的标准偏差为2,后者的误差相对较小。
这意味着,根据误差偏差相对较小的温度计得出的结果,对于先验分布的推算影响较大,想来这也是自然的。
21-5根据正态分布进行贝叶斯推理的公式
接下来,对于上上节中进行的、将正态分布作为共轭先验分布而进行的推理计算进行说明。
根据正态分布进行贝叶斯推理的公式
将需要推理的θ的先验分布设定为平均值μ0、标准偏差σ0的正态分布;将观察的信息x设为遵循平均θ、标准偏差σ的正态分布。
至于μ0、σ0、σ,则设为具体已知的数值。
换言之,设定关于信息x的附带条件概率密度p(x|θ)为平均值θ、标准偏差σ的正态分布。
(ⅰ)只观察1次信息时的公式:
把观测到的值设为x,则:
(观测到x之后,θ的后验分布)p(θ|x)为关于θ的正态分布。
(ⅱ)观察n次信息时的公式:
若把观测到的n个数值的平均值(为(观察值的合计)÷n)记为x,
以下,用略显烦琐的文字来进行解说:
首先,标准偏差的2次方是被称为“方差”
的量。
方差,也是标准统计学中重要的统计量之一。
在正态分布中,后验分布的平均值按照以下方法进行计算:
观测值只有1个的情况下,按照以下公式计算:
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