极大似然估计通俗的理解

本文通过抛硬币实验形象地介绍了极大似然估计的基本原理。假设进行了100次抛硬币实验,得到59次正面、40次反面及1次竖立的结果,据此推算硬币各面出现的概率。

我不会罗列公式,用自己所理解的方法说一下什么事极大似然估计(不喜随便喷,反正我也不生气)

极大似然估计:举一个被举烂了的形象又生动的例子-抛硬币。

假设我抛了100次硬币,结果有59次正面向上,40次反面向上,还有1次竖直向上(就是这么巧,你说气不气)。那按照极大似然估计的说法,我们就会认为硬币正面朝上的概率为59/100,反面朝上的概率为40/100,竖直向上的概率为1/100。而大家都知道正常硬币正反面朝上的概率都为1/2。这就是极大似然估计的特点,用样本去估计参数。


<think>嗯,用户突然从生成式模型的话题转向了似然的定义,看来是对基础概念有了探究需求。回顾对话历史,我之前在生成式模型的介绍中提到过似然函数,用户可能想深入理解这个核心概念。 用户给出的三个引用材料很有价值:第一个是面向非数学专业的通俗解释,第二个强调“证据已发生”的朴素观念,第三个展示了经验似然的数学形式。需要把这些材料融合成连贯的解释,同时保持数学严谨性。 用户似乎需要的是概念澄清而非复杂推导,所以我会避免深入EM算法或经验似然细节。重点应该讲清楚: 1 概率和似然的根本区别(固定分布 vs 固定数据) 2 似然函数的构造逻辑 3 为什么取对数能简化运算 考虑到用户之前接触过生成式模型,可以适当关联:比如指出VAE的ELBO目标本质上就是对数似然的变分下界。不过当前问题聚焦基础定义,这类拓展点到为止即可。 数学表达要严格遵循格式要求:概率质量函数用$X=x$的条件形式,连续情形用概率密度符号$f$,对数似然用$\ell(\theta)$标注。特别要注意引用标注的位置——必须在每个关键论点后自然附加,比如说明“固定数据”特性时引用[^1],提到参数无关性时引用[^2]。 最后生成的提问要引导用户深化理解:既包含概念辨析(似然概率区别),也涉及实用场景(MLE计算),还暗示了后续学习方向(多参数情形)。这些问题都能在现有解释中找到线索,形成知识闭环。 </think>似然(Likelihood)是统计学中的核心概念,用于描述在给定观测数据下,模型参数的合理性程度。其数学定义与性质如下: ### **似然的定义** 设观测数据集为 $\mathbf{X} = \{x_1, x_2, \ldots, x_n\}$,模型参数为 $\theta$,则: - **离散型随机变量**:似然函数定义为数据出现的联合概率: $$L(\theta \mid \mathbf{X}) = P(\mathbf{X} \mid \theta) = \prod_{i=1}^n P(x_i \mid \theta)$$ - **连续型随机变量**:似然函数定义为联合概率密度函数: $$L(\theta \mid \mathbf{X}) = f(\mathbf{X} \mid \theta) = \prod_{i=1}^n f(x_i \mid \theta)$$ ### **关键特性** 1. **数据固定,参数可变**: 似然强调“已知数据 $\mathbf{X}$ 已发生”,通过调整 $\theta$ 最大化观测数据的出现概率[^1][^2]。这与**概率**相反(概率固定参数,预测数据)。 2. **参数无关性**: 似然值仅用于比较不同 $\theta$ 的相对合理性,其绝对值无意义[^1]。例如,$L(\theta_1 \mid \mathbf{X}) > L(\theta_2 \mid \mathbf{X})$ 表明 $\theta_1$ 比 $\theta_2$ 更合理。 3. **对数似然(Log-Likelihood)**: 为简化计算,常取对数形式(因乘积转为求和): $$\ell(\theta \mid \mathbf{X}) = \log L(\theta \mid \mathbf{X}) = \sum_{i=1}^n \log f(x_i \mid \theta)$$ 对数函数单调性保证极值点不变[^1]。 ### **与极大似然估计(MLE)的关系** - **核心思想**:选择使似然函数最大化的参数 $\hat{\theta}$,即: $$\hat{\theta}_{\text{MLE}} = \arg\max_{\theta} L(\theta \mid \mathbf{X})$$ 直观理解为“已发生的事件最可能在概率最大时出现”[^1][^2]。 - **示例**:抛硬币实验 观测到3次正面($H$)、2次反面($T$),似然函数为: $$L(p \mid \mathbf{X}) = p^3 (1-p)^2$$ 最大化 $L(p)$ 得 $\hat{p}_{\text{MLE}} = 0.6$(即正面概率估计值)。 ### **与其他概念的对比** | **概念** | **定义** | **目标** | |----------------|------------------------------|-----------------------| | **似然** | $L(\theta \mid \mathbf{X})$ | 评估参数合理性 | | **概率** | $P(\mathbf{X} \mid \theta)$ | 预测数据的可能性 | | **边缘似然** | $P(\mathbf{X}) = \int P(\mathbf{X} \mid \theta) P(\theta) d\theta$ | 模型证据(含隐变量)[^2] | ### **应用场景** - **参数估计**:MLE 是生成式模型(如高斯混合模型)训练的基础[^1]。 - **假设检验**:似然比检验(Likelihood Ratio Test)比较模型优劣。 - **经验似然**:非参数方法中,通过样本权重优化似然函数[^3]。 --- ### **相关问题** 1. 似然函数与概率密度函数在数学形式相同,为何解释不同? 2. 极大似然估计为何通常采用对数似然而非原始似然? 3. 当模型存在隐变量时,如何扩展似然函数(如EM算法)? 4. 经验似然法(如引用[3])如何解决传统参数模型的局限性? [^1]: 似然函数固定数据、调整参数,反映参数合理性[^1]。 [^2]: 极大似然估计基于“已发生事件最可能由高概率参数产生”的朴素观念[^2]。 [^3]: 经验似然通过样本权重约束优化非参数推断[^3]。
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