通过三门问题解释贝叶斯概率

    三门问题(Monty Hall problem)亦称为蒙提霍尔问题、蒙特霍问题或蒙提霍尔悖论,大致出自美国的电视游戏节目Let’s Make a Deal。
    问题名字来自该节目的主持人蒙提·霍尔(Monty Hall)。参赛者会看见三扇关闭了的门,其中一扇的后面有一辆汽车,选中后面有车的那扇门可赢得该汽车,另外两扇门后面则各藏有一只山羊。当参赛者选定了一扇门,但未去开启它的时候,节目主持人开启剩下两扇门的其中一扇,露出其中一只山羊。主持人其后会问参赛者要不要换另一扇仍然关上的门。问题是:换另一扇门会否增加参赛者赢得汽车的机会?如果严格按照上述的条件,即主持人清楚地知道,哪扇门后是羊,那么答案是会。不换门的话,赢得汽车的几率是1/3。换门的话,赢得汽车的几率是2/3。——百度百科

    最近对于贝叶斯概率的理解有一定的加深,所以想趁这个机会解决一下这个经典的决策问题。

由于现在的高校学生接触到的概率大都是频率概率而非贝叶斯概率,而频率概率对于贝叶斯公式的解释极其含糊不清难以理解。我写这个的其中一个目的主要是为了说明贝叶斯公式在贝叶斯概率中的含义而并不是只是说“诶呀这个问题用贝叶斯公式就能解出来了”——关键是,怎么去理解贝叶斯公式而非贝叶斯公式怎么用。

    贝叶斯概率的一些基础思想:

  • 概率被定义为某人对一个命题信任的程度,这个概率不像频率概率范畴是描述某个随机事件发生的可能性的一个未知的定值,而是一个未知的可以变化的值
  • 先验概率:根据以往经验和分析得到的概率
  • 后验概率:在得到随机事件的结果之后对先验概率进行修正之后的概率
  • 全概率公式:将复杂事件的概率求解转换为简单概率求解的方法
  • 贝叶斯公式/定理:贝叶斯概率与贝叶斯统计的基础,基本上是用来计算后验概率的公式

    那么我们就来解决一下这个问题:

  1. 最开始的时候,我们对这三扇门之后有什么一无所知,所以我们最好的做法是公平对待三扇门,我们假设 An,n=1,2,3 为第 n 个门之后有汽车,那么我们有P(An)=1/3
  2. 假设我们选择门1,主持人打开了门2,这时根据我们打开的门之后是否有汽车,主持人打开的门的概率是会有变化的:如果门1后有汽车,对于一般人(精神正常的人)来说,主持人打开门2和门3的概率基本上应该是一致的,为1/2;如果门2后有汽车,主持人打开门2的概率是0,如果门3后有汽车,主持人打开门2的概率是1。
  3. 我们设 B 为主持人打开了门2,那么我们可以得到:P(B|A1)=1/2 P(B|A2)=0 P(B|A3)=1 ,也就是2的概率解释。那么我们计算 P(A1|B) ,这个式子表示我们在得到主持人打开了门2,后面没有汽车这个事实之后,对于 P(A1) 这个概率的调整:
    P(A1|B)=P(B|A1)P(A1)P(B)
    ,而 P(B) 可以通过全概率公式计算:
    P(B)=P(B|A1)P(A1)+P(B|A2)P(A2)+P(B|A3)P(A3)=1/2
  4. 计算得到 P(A1|B)=1/3 ,这个的含义就是,当我们得到事实 B 时,我们对先验概率P(An)的值调整为了后验概率 P(An|B) 。当然如上所见,1门后有汽车的整体概率仍然没有变化,其实变化的是 P(A2|B) P(A3|B) P(A2)=1/3 变成了 P(A2|B)=0 P(A3)=1/3 变成了 P(A3|B)=2/3 ,提高的概率足够令我们改变自己的决策。

[接下来的内容想到什么补充什么吧]

<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何使用贝叶斯概率来计算基本概率分配。首先,我需要明确用户的问题。用户提到了“基本概率分配”,这可能指的是Dempster-Shafer理论中的基本概率分配(Basic Probability Assignment, BPA),或者是更基础的贝叶斯概率应用。结合用户提供的引用,特别是引用[3]提到了贝叶斯估计和概率分布拟合,可能用户希望了解如何用贝叶斯方法进行概率分配,比如参数估计或事件概率更新。 接下来,我需要回顾贝叶斯定理的基本公式。贝叶斯定理是$P(A|B) = \frac{P(B|A)P(A)}{P(B)}$,这用于更新先验概率P(A)到后验概率P(A|B)。用户提供的引用中有示例代码和参数估计的例子,比如引用[1]的代码计算条件概率,引用[2]讨论了后验分布的推导,引用[3]提到了fitdist函数用于贝叶斯估计。 然后,我需要将贝叶斯定理与基本概率分配联系起来。如果用户指的是Dempster-Shafer理论,可能需要解释两者区别,但根据引用内容,更可能用户需要的是贝叶斯概率分配中的应用,比如参数估计或假设更新。例如,用贝叶斯方法根据新数据更新参数的分布,如硬币正面的概率θ,如引用[2]中的例子。 接下来,我需要构建一个示例,展示贝叶斯如何逐步更新概率分配。比如,假设有一个硬币,先验是均匀分布,随着实验数据(抛硬币结果)的收集,计算后验分布。这需要用到贝叶斯定理,其中似然函数是二项分布,先验是Beta分布,后验也是Beta分布,因为共轭先验。代码部分可以参考引用[3]中的fitdist函数,但可能需要手动计算或使用库。 然后,我需要确保回答结构清晰,分步骤解释:定义问题、先验概率分配、收集数据、计算似然、应用贝叶斯定理得到后验。同时,需要符合用户的要求,使用中文,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,并生成相关问题。 最后,检查引用是否正确。引用[2]提到了硬币问题的后验分布,引用[3]提到贝叶斯估计和fitdist函数,这些都可以用来支持回答中的步骤,比如参数估计和代码示例。确保引用标识自然添加在相关内容末尾。</think>### 贝叶斯概率计算基本概率分配方法 贝叶斯概率通过**先验概率**和**观测数据**更新对事件概率的估计,核心是贝叶斯定理: $$ P(A|B) = \frac{P(B|A) \cdot P(A)}{P(B)} $$ 其中,$P(A|B)$ 是后验概率,$P(B|A)$ 是似然函数,$P(A)$ 是先验概率,$P(B)$ 是边际概率[^1][^2]。 #### 具体步骤 1. **定义问题** 假设需要估计硬币正面概率 $\theta$,基于抛硬币实验数据。 2. **确定先验概率分配** 假设先验为均匀分布(Beta分布 $\text{Beta}(1,1)$): $$ \pi(\theta) = 1 \quad (0 \leq \theta \leq 1) $$ 3. **收集数据并计算似然函数** 抛10次硬币出现7次正面,似然函数为二项分布: $$ L(\theta | X) = \theta^7 (1-\theta)^3 $$ 4. **计算后验概率分配** 贝叶斯定理更新后验: $$ P(\theta | X) \propto L(\theta | X) \cdot \pi(\theta) = \theta^7 (1-\theta)^3 $$ 归一化后得到后验分布 $\text{Beta}(8,4)$[^2]。 ```python # 示例代码:计算后验分布的期望值 from scipy.stats import beta alpha_post = 8 # Beta分布参数α=1+7 beta_post = 4 # Beta分布参数β=1+3 posterior_mean = beta.mean(alpha_post, beta_post) print(f"后验期望值: {posterior_mean:.3f}") # 输出: 0.667 ``` #### 关键点 - **先验选择**:Beta分布与二项分布共轭,简化计算[^3] - **数据更新**:后验分布融合了先验知识和观测数据 - **概率分配**:最终结果通过参数化的概率分布表示
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