贝叶斯公式推导

贝叶斯是18世纪概率论的早期研究者,此人跟张若虚差不多,传世的东西很少,就那么一两个拿得上台面的,但就是靠这一两个东西,其名字流传至今。

贝叶斯公式是贝叶斯分类、贝叶斯网络的基础。理解它的推导过程,对理解这些数据挖掘算法有很大的助益。

我们以韩家炜书中的例子来完成推导过程。假设P(H)表示买电脑事件概率,P(X)表示随意指定一人为中年人概率,根据历史统计结果,买电脑的人当中,有20%的人是中年人,记为P(X|H)=0.2 ,这种概率值叫后验概率值,因为这里X的概率需要考虑H的情况。又知道社会上有30%是中年人,记为P(X)=0.3,还知道任意一人买电脑的概率是5%,这两个值是先验概率值,我们可以通过经验或者社会调查之类的方法获得。现在要求给定某中年人,他买电脑的概率是多少?写成数学表达式就是P(H|X)的值是多少?

在贝叶斯之前,还没有人能处理这类问题,贝叶斯本人解决了这种问题后,也没意识到其中包含了深刻的思想,这种思想延续至今,成为概率论里面最重要的公式之一,也是现在机器学习领域里面最核心的算法之一。

根据概率公式定义,中年人买电脑的概率=中年人中买了电脑的人数/所有中年人人数 ,中年人买了电脑的人数,可以表示成总人数*买电脑的概率*其中中年人占的人数比,所有中年人人数可以表示成总人数*中年人概率,设所有人数是U,写成数学表达式就是

                                                                   1)   P(H|X)=U*P(H)*P(X|H)  /  U*P(X)=P(X|H)*P(H)/P(X) 

由于P(X|H)  P(H)  P(X)已知,P(H|X)也就可以求了

  上面那个就是著名的贝叶斯公式,尽管推导公式很简单,但是其中蕴含了深刻的思想,这个公式使我们可以根据一些已知的概率值,求出无法直接获得的概率值,从而揭示事物运转背后的规律。由贝叶斯定理发展而来的贝叶斯网络,是可以媲美神经网络的数据挖掘算法。

贝叶斯定理在现实应用中也不胜枚举,比如谷歌的搜索结果。后一篇博文我将介绍怎样利用贝叶斯定理识别垃圾邮件。

### 条件概率公式推导 对于两个事件 \(A\) 和 \(B\),其中 \(P(B)>0\),条件概率定义为在给定\(B\)发生的条件下,\(A\) 发生的概率。该概念可以通过集合之间的关系来理解,在样本空间 \(\Omega\) 中,如果已知 \(B\) 已经发生,则新的样本空间变为 \(B\)。 \[ P(A|B)=\frac{P(AB)}{P(B)}, P(B)\neq 0 \] 这里 \(P(AB)\) 表示 \(A\) 和 \(B\) 同时发生的联合概率[^1]。 ### 贝叶斯公式推导 基于上述条件概率的概念,考虑多个可能的原因导致某结果的发生。设有组完备且互斥的假设 \(H_i (i=1,2,\ldots,n)\),即这些假设覆盖了整个样本空间,并且任意两个不同的假设不会同时成立;再设有观察到的结果 \(E\)。此时,根据条件概率公式: \[ P(H_i|E)=\frac{P(E H_i)}{P(E)}=\frac{P(H_i E)}{\sum_{j}^{n}{P(H_j E)}} \] 由于 \(P(H_i E)=P(E | H_i )P(H_i)\),因此可以进步改写为: \[ P(H_i|E)=\frac{P(E | H_i )P(H_i)}{\sum_{j}^{n}{P(E | H_j )P(H_j)}} \] 这就是著名的贝叶斯公式,它允许通过先验概率 \(P(H_i)\) 及似然度 \(P(E | H_i)\) 计算后验概率 \(P(H_i|E)\)。 ```python def bayes_theorem(prior_probabilities, likelihoods, evidence_probability): posterior_probabilities = [] for i in range(len(prior_probabilities)): numerator = prior_probabilities[i] * likelihoods[i] denominator = sum([prior_probabilities[j]*likelihoods[j] for j in range(len(prior_probabilities))]) posterior_probabilities.append(numerator / denominator) return posterior_probabilities ```
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