Bayesian Networks Independencies

本文探讨了概率论中独立性的定义及其与因子分解的关系。详细介绍了事件与随机变量的独立性条件,以及条件独立性的概念,并通过d-分离原则解释了图形模型中变量间独立性的判断方法。

Independence

  1. For events α,β, Pαβ if:
    • P(α,β)=P(α)P(β)
    • P(α|β)=P(α)
    • P(β|α)=P(β)
  2. For random variables X,Y,PXY if:
    • P(X,Y)=P(X)P(Y)
    • P(X|Y)=P(X)
    • P(Y|X)=P(Y)

Conditional Independence

For (sets of) random variables X,Y,Z, P(XY|Z) if:
- P(X,Y|Z)=P(X|Z)P(Y|Z)
- P(X|Y,Z)=P(X|Z)
- P(Y|X,Z)=P(Y|Z)
- P(X,Y|Z)ϕ1(X,Z)ϕ2(Y,Z)

d-seperated

X and Y are d-seperated in G given Z if there is no active trail in G between X and Y given Z, d-sepG(X,Y|Z)

Factorization Independence: BNs

  • Theorem: If P factorized over G, and d-sepG(X,Y|Z), then P satisfies (XY|Z)
  • Any node is d-seperated from its non-descendants given its parents.
  • If P factorizes over G, then in P, any variable is independent of its non-descendants given its parents.
  • I-maps
    • d-separation in GP satisfies corresponding independence statement
      I(G)={(X,Y|Z):d-sepG(X,Y|Z)}
    • Definition: If P satisfies I(G), we say that G is an I-map (independency map) of P.
    • Theorem: If P factorized over G, then G is an I-map of P.

    Independence Factorization

    • Theorem: If G is an I-map for P, then P factorized over G.

    Summary

    • Two equivalent views of graph structure
      • Factorization: G allows P to be represented
      • I-map: Independencies encoded in G hold in P
    • If P factorizes over a graph G, we can read from the graph independencies that must hold in P (an independency map)
贝叶斯网络(Bayesian Networks)和决策图(Decision Graphs)是概率图模型的两种重要表示方法。 贝叶斯网络是一种有向无环图(DAG),用于表示变量之间的概率依赖关系。它由节点和边组成,节点代表变量,边代表变量之间的依赖关系。节点上的条件概率表(CPT)表示了每个变量在给定其父节点的情况下的条件概率分布。贝叶斯网络可以用于推理、预测和决策,能够有效地处理不确定性和复杂的因果关系。通过观察变量的取值,可以通过网络推理得到其他变量的后验概率分布。 决策图是一种扩展了贝叶斯网络的概率图模型,用于表示决策问题中的不确定性。它在贝叶斯网络的基础上增加了决策节点和价值节点。决策节点代表决策者可选择的行动,价值节点代表决策结果的效用或代价。决策图通过考虑不同决策和可能的事件后续产生的不确定性,帮助决策者进行最佳决策的评估。通过采用不同的策略,可以计算出每个决策的期望效用,并选择具有最高期望效用的决策。 贝叶斯网络和决策图是概率模型的重要工具,广泛应用于人工智能、机器学习和决策分析等领域。它们能够帮助我们理解和描述变量之间的关系,优化决策过程,并在不确定性环境中进行推理和预测。同时,对于复杂的问题,可以通过构建和学习这些概率图模型,得到更好的解释和决策支持。
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