最大似然估計(MLE)

2021-07-23 22:51:51 字數 1610 閱讀 3585

博主在學習機器學習的時候常常感受到自己數學知識的匱乏。故會逐步總結與機器學習相關的數學知識,發布於此。

這裡吐槽一下,博主的學校雖然名氣很高,但是對於概率論這樣的基礎學科講解的卻很不到位。這裡分析原因主要有下:

- 專業課業壓力重導致概率論只有一學期的課程並且只有三個學分,換言之,只有48*45分鐘,這種短時的學習週期並不能兼顧速度與質量,而老師選擇了質量,導致大量的知識點直接被略過,比如此文的最大似然估計。

- 老師是數學系的,聽課的學生也來自不同的專業,導致有很多和計算機相關的理論並沒有著重講,反而一些和計算機不太相關的理論講了很多。

吐槽結束,進入正題。

首先來看乙個例子,設有兩個完全相同的盒子a和b,其中,盒子a中有99個白球,1個黑球;盒子b中有99個黑球,乙個白球。今隨機抽取一箱,並從中抽取一球,結果取得的是白球,問這個球從哪個箱子取出?

對於這個例子,想必大多人會說,是從盒子a中取出的,因為盒子a中有99%是白球,而盒子b中的白球僅佔1%,所以盒子a的可能性遠遠大於b。換言之,這個球「更像」盒子a中取出的。這裡的「更像」即為最大似然之原意。(』最大似然』這個名字聽起來更高大上,僅此而已)。

所以說起來,最大似然估計就是讓出現這件事情的概率達到最大的那個假設。

當然,問題不會總是這麼簡單。我們再來看乙個例子。

我們用隨機變數x來表示某產品經過檢查後的不合格數,x=0為合格,x=1為不合格,那麼x則服從二點分布,即x~b(1,p),這裡p為不合格率(二點分布的意思就是合格的概率是1-p,不合格的概率是p)。先抽取n各產品,檢查結果為x1

,x2,

...,

xn,讓我們估計p的大小。

首先,檢查結果為x1

,x2,

...,

xn的概率為: l(

p)=π

ni=1

pxi(

1−p)

1−xi

這裡,我們欲估計的p應該使得上式的值最大,即出現這種檢查結果的概率最大。記之為l(

p),稱作最大似然函式。我們欲求l(

p)取得最大值時的p。

對其取對數後求導並令其為0,得: σn

i=1x

ip−n

−σni

=1xi

1−p=

0 解得p的最大似然估計,為p¯

=σni

=1xi

n=x¯

。以上即為求最大似然估計的基本思路。對離散總體,設有樣本觀測值x1

,x2,

...,

xn,我們寫出該觀測值出現的概率,它依賴於某些引數,設這些引數為

θ ,將該概率看作

θ 的函式,又稱作似然函式,即l(

θ)=p

(x1=

x1,x

2=x2

,...

,xn=

xn;θ

) 求最大似然估計就是找

θ 的估計值,使得l(

θ)達到最大。通常來講,將似然函式取對數後求導是最大似然估計最常用的方法。

mle是一種非常有效的引數估計方法,但當分布中有多於引數或資料缺失時,利用上述方法求mle是比較困難的。於是,2023年,dempster等人提出了em演算法。

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