機器學習中的數學 12 全概率公式與貝葉斯公式

2021-09-19 16:02:31 字數 2773 閱讀 1337

設a,b是兩個事件,且p(b)>0,則在事件b發生的條件下,事件a發生的條件概率(conditional probability)為:

p (a

∣b)=

p(ab

)/p(

b)p(a|b)=p(ab)/p(b)

p(a∣b)

=p(a

b)/p

(b)由條件概率公式得:

p (a

,b)=

p(a∣

b)p(

b)=p

(b∣a

)p(a

)p(a,b)=p(a|b)p(b)=p(b|a)p(a)

p(a,b)

=p(a

∣b)p

(b)=

p(b∣

a)p(

a)上式即為乘法公式;

乘法公式的推廣:對於任何正整數n≥2,當p(a1a2…an-1) > 0 時,有:

p (a

1a2.

..an

−1an

)=p(

a1)p

(a2∣

a1)p

(a3∣

a1a2

)...

p(an

∣a1a

2...

an−1

)p(a_1a_2...a_a_n)=p(a_1)p(a_2|a_1)p(a_3|a_1a_2)...p(a_n|a_1a_2...a_)

p(a1​a

2​..

.an−

1​an

​)=p

(a1​

)p(a

2​∣a

1​)p

(a3​

∣a1​

a2​)

...p

(an​

∣a1​

a2​.

..an

−1​)

如果事件組b1,b2,… 滿足

1. b1,b2…兩兩互斥,即 bi ∩ bj = ∅ ,i≠j , i,j=1,2,…,且p(bi)>0,i=1,2,…;

2. b1∪b2∪…=ω ,則稱事件組 b1,b2,…是樣本空間ω的乙個劃分

設 b1,b2,…是樣本空間ω的乙個劃分,a為任一事件,則:

上式即為全概率公式(formula of total probability)

全概率公式的意義在於,當直接計算p(a)較為困難,而p(bi),p(a|bi) (i=1,2,…)的計算較為簡單時,可以利用全概率公式計算p(a)。思想就是,將事件a分解成幾個小事件,通過求小事件的概率,然後相加從而求得事件a的概率,而將事件a進行分割的時候,不是直接對a進行分割,而是先找到樣本空間ω的乙個個劃分b1,b2,…bn,這樣事件a就被事件ab1,ab2,…abn分解成了n部分,即a=ab1+ab2+…+abn, 每一bi發生都可能導致a發生相應的概率是p(a|bi),由加法公式得

p (a

)=p(

a,b1

)+p(

ab2)

+...

.+p(

abn)

=p(a

∣b1)

p(b1

)+p(

a∣b2

)p(b

2)+.

..+p

(a∣b

n)p(

bn)p(a)=p(a,b_1)+p(ab_2)+....+p(ab_n) =p(a|b_1)p(b1)+p(a|b_2)p(b_2)+...+p(a|b_n)p(b_n)

p(a)=p

(a,b

1​)+

p(ab

2​)+

....

+p(a

bn​)

=p(a

∣b1​

)p(b

1)+p

(a∣b

2​)p

(b2​

)+..

.+p(

a∣bn

​)p(

bn​)

例項:某車間用甲、乙、丙三颱工具機進行生產,各台工具機次品率分別為5%,4%,2%,它們各自的產品分別佔總量的25%,35%,40%,將它們的產品混在一起,求任取乙個產品是次品的概率。

解:設… p(a)=25%*5%+4%*35%+2%*40%=0.0345

與全概率公式解決的問題相反,貝葉斯公式是建立在條件概率的基礎上尋找事件發生的原因(即大事件a已經發生的條件下,分割中的小事件bi的概率),設b1,b2,…是樣本空間ω的乙個劃分,則對任一事件a(p(a)>0),有

上式即為貝葉斯公式(bayes formula),bi 常被視為導致試驗結果a發生的」原因「,p(bi)(i=1,2,…)表示各種原因發生的可能性大小,故稱先驗概率;p(bi|a)(i=1,2…)則反映當試驗產生了結果a之後,再對各種原因概率的新認識,故稱後驗概率。

例項:發報臺分別以概率0.6和0.4發出訊號「∪」和「—」。由於通訊系統受到干擾,當發出訊號「∪」時,收報臺分別以概率0.8和0.2受到訊號「∪」和「—」;又當發出訊號「—」時,收報臺分別以概率0.9和0.1收到訊號「—」和「∪」。求當收報臺收到訊號「∪」時,發報臺確係發出「∪」的概率。

解:設…, p(b1|a)= (0.6*0.8)/(0.6*0.8+0.4*0.1)=0.923

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