beta分布 多項分布與Dirichlet分布

2021-10-11 06:08:47 字數 1324 閱讀 8577

前文我們介紹過二項分布與beta分布,本文是其乙個更加generalized的版本。

首先我們先看乙個例子:假設我們有乙個六個面的公平骰子,即,每個面出現的概率都是1/6。我們擲骰子

可以看出,與硬幣不同,骰子有六個面,擲骰子結果不僅僅有兩種可能,有多種可能。我們把這個模型generalize一下,對於

個可能發生的結果,每乙個對應的概率是

,進行次重複試驗後,對於每個結果觀測到的個數分別為

的概率為

這個就是多項分布。它是二項分布的乙個generalized的版本。可以看出,當

時,多項分布也就退化成了二項分布。當然,也可以說二項分布是多項分布在

時的乙個特例。

對於一次試驗,我們用

表示得到的結果。我們知道

有 種可能。我們用

來表示所有可能的結果的集合。我們可以把結果

和 看成乙個隨機事件的兩種結果,那麼就可以將該模型簡化為乙個伯努利模型,

於是就變成了乙個二項分布的變數。顯然我們有

我們用一種one-hot的方式來表示一次試驗的結果,那麼

需要注意的是,在

中只有乙個值為1,其他均為0。對於結果

來講,。 那麼對於一次實驗,我們得到

的概率為

這裡我們用

來表示概率向量。顯然,我們有

。假設我們有乙個資料集

(注意這裡有一定的觀測順序),

表示第

次實驗觀察到的結果。因此,當概率為

的條件下,我們可以觀測到

的概率為

基於貝葉斯定理,我們有

因為我們對

沒有任何先驗,我們既不傾向於

應該去什麼值,也不討厭

取到什麼值。因此

,是乙個常數。

這裡我們需要解決乙個棘手的積分,既

而且這裡需要注意的是,積分實在乙個超平面上進行的,既

。 其實我們可以看出

是和成正比的,即

而上面說到的積分其實是幫助

歸一的乙個常數。這個積分實際上是乙個多元beta函式,解法我們在這裡按下,直接給出結論先。

令,則有

這就是乙個標準的dirichlet分布。

我們現在來驗證乙個想法,假設我們在

到 時刻做試驗,觀測到的結果是

,而從

到 時刻實驗觀察到的結果則是

。我們以

的觀察結果為先驗,以

的結果為條件概率,那麼來看一下

的後驗概率為。首先,我們有

基於貝葉斯定理,我們可以求出

令,於是

可見,結果仍然是乙個dirichlet分布。

參考資料

二項分布 多項分布 伽馬函式 Beta分布

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