【机器学习】贝叶斯概率思维笔记

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知乎live-贝叶斯概率思维

目录

  • 贝叶斯概率
  • 贝叶斯定理
  • 贝叶斯估计
  • 贝叶斯网络
  • 推荐书籍
  • 涉及名词

前言

规则VS统计

基于规则的理性主义:如专家系统
基于统计的经验主义:如贝叶斯
基于规则需要专业知识体系,容易定义,但通用性不高。
基于统计则需要数据,并且相关性容易造成误导。
规则-演绎(柯南破案)
经验-归纳(神农尝百草)

贝叶斯思维

频率派VS贝叶斯派

频率派

通过长期、大量、重复实验:发生的频率(大数定律)
参数是常数
概率是客观存在的常数

贝叶斯派

信则有,不信则无
参数是随机变量

贝叶斯概率

先验概率:P(A)
后验概率:P(A|B)(已知B的前提下对A的信念)

贝叶斯定理

贝叶斯定理:
P(A|B) = \frac{P(B|A)P(A)}{P(B)}
已知先验,计算后验

通俗解释

问题:白马上坐着的不一定是王子,还可能是唐僧。那么,如何确定是王子还是唐僧。
P(A): 已知白马上坐着的可能是王子,也可能是唐僧。
P(B|A): 坐着的是王子时,后边大概率跟着的是仪仗队。如果是唐僧,后边跟着的大概率是三个徒弟。这样就可以根据白马后的场景(P(B))来判断白马上坐的是谁(P(A|B))

频率派和贝叶斯派的比较

对于一种病来说,如果药物对病症的有效率有95%,但是对非病者有5%的中毒率,那频率派认为这个药是可以使用的。但是如果这个病是罕见病,则贝叶斯定理会得出一个很小的数。因为P(A)太低了。对正常人来说,虽然中毒率低,但是基数过大,因此对最后结果有很大的影响。

贝叶斯估计

最大似然估计

最大似然估计(频率派思维)
参数:parameter = {\theta}
数据: D = \{d_1,d_2....d_n\}
\mathop{\arg\max}_{\theta}p(\theta|D)\Leftrightarrow \mathop{\arg\max}_{\theta}p(D|\theta)
likelihood = \mathop{\arg\max}_{\theta}p(D|\theta)
当你已知一组数据时,要去分析参数是多少,才能使这组数据出现的概率最大。就叫最大似然估计。
这属于频率派思维,但是它没有考虑数据D出现的概率是多少。

最大后验估计

最大后验估计(MAP)(贝叶斯派)(如果知道先验概率)
\mathop{\arg\max}_{\theta}p(\theta|D)\Leftrightarrow \mathop{\arg\max}_{\theta}p(D|\theta)p(\theta)
需要考虑先验概率p(\theta)
像是在最大似然估计上加一个修正项。有一些贝叶斯的思想

贝叶斯估计

最大后验估计还不是纯正的贝叶斯思维,如果按照贝叶斯定理,则
p(\theta|D) = \frac{p(D|\theta))p(\theta}{\int p(D,\theta)d\theta}
贝叶斯估计公式:
p(\hat{y}|x^*,D) = \int_{\theta}p(\hat{y}|x^*,\theta)p(\theta|D)d\theta
(积分理解成求和,可以连续可以离散)
贝叶斯适合解决数据不平衡的问题

总结

最大似然估计对数据量需求最大,因为没有任何先验知识的修正,但是也会因此导致过拟合。
最大后验估计和贝叶斯估计有先验知识的修正,所以对数据量需求不大。但是坏处是需要好的先验知识。

贝叶斯网络

与神经网络没有关系,和概率图模型更接近。

推荐书籍

《贝叶斯方法:概率编程与贝叶斯推断》
《统计学习方法》
《像计算机科学家一样思考python》

涉及名词

达特茅斯会议
Alpha-go 蒙特卡洛树搜索【基于统计的概率计算】
拉斯维加斯算法
马尔科夫性
隐式马尔可夫链

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