貝葉斯學習及共軛先驗

2021-07-30 18:19:48 字數 1721 閱讀 3497

今天的主要任務是來理解共軛先驗以及貝葉斯學習。最近在研究主題模型,裡面用到了一些,另外在機器學習中,貝葉斯學習是重要的乙個方向,所以有必要學習和掌握。

contents

1. 貝葉斯學習

2. beta分布及共軛先驗

1. 貝葉斯學習

首先,我從最簡單的硬幣投擲開始。現在給你乙個硬幣,假設有

面朝上,那麼如果在5次投擲過程中,有3次是正面朝上,那麼這個

憑著直觀感覺,我們可能會認為是3/5,當然這是根據統計規律得到的結論。那麼實際上這是乙個二項分布,即

重複n次的伯努利實驗。由上述所述,很容易知道其概率表示如下

我們需要這個概率盡量大,那麼最終解得3/5。函式影象如下

但是,我們想象一下,如果在5次投擲過程中,5次都正面朝上,那豈不是得到

況得到的估計值不合理。為了避免這種「黑天鵝事件」的發生,需要將

我們只需要乘上另乙個小於1的概

率值就可以達到了。到了這裡貝葉斯公式橫空出世!如下

其中先驗概率似然概率先驗概率是對似然概率的一種補充,如上述的擲硬幣。而

後驗概率

2. beta分布及共軛先驗

還是以擲硬幣為例,我們已經知道了後驗概率正比於似然概率和先驗概率的乘積。那麼在擲硬幣實驗中,硬幣的

朝向服從伯努利分布,在一系列投擲過程中,假設有

現在已經得到了似然概率的形式了,那麼如何確定先驗概率呢?從理論上來說,任何乙個在區間[0, 1]上的分

布函式都符合條件,但是為了更方便地簡化計算,最理想的情況就是讓先驗分布和似然分布有相同的形式,即

如果先驗分布是這樣的形式,那麼計算先驗概率和似然概率的乘積就很方便了,只需要將指數相加即可。幸運

的是,有乙個很常見的分布恰好滿足這個條件,它就是beta分布

。如下

其中gamma函式

。現在根據先驗概率、似然概率和貝葉斯公式來推導後驗概率。推導過程如下

在上述中,先驗概率叫做似然概率的共軛先驗。所謂共軛就是指這兩個概率分布具有相同的形式。

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三. 多項式分布及beta分布的期望計算

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