数理统计——Bayes, 先验概率和后验概率

本文介绍了数理统计中的Bayes定理,解释了先验概率和后验概率的概念。先验概率是在没有新信息时的概率,而后验概率则是在获取新证据后更新的概率。通过贝叶斯公式展示了两者之间的关系,说明了如何使用先验概率和似然度来计算后验概率。

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  先验概率(prior probability)是指根据以往经验和分析得到的概率,如全概率公式中的,它往往作为“由因求果”问题中的“因”出现。
  后验概率(posterior probability)是指在得到“结果”的信息后重新修正的概率,如贝叶斯公式中的。是“执果寻因”问题中的”果”。
  以Bayes为例。贝叶斯定理由英国数学家贝叶斯 ( Thomas Bayes 1702-1761 ) 发展,用来描述两个条件概率之间的关系,比如 P(A|B) 和 P(B|A)。按照乘法法则:
         P(A∩B)=P(A)*P(B|A)=P(B)*P(A|B)    
如上公式也可变形为:
           P(B|A)=P(A|B)*P(B)/P(A)
对于变量有二个以上的情况,则有
       P(A|B,C)=P(B|A)*P(A)*P(C|A,B)/(P(B)*P(C|B))
       
通常,事件A在事件B(发生)的条件下的概率,与事件B在事件A的条件下的概率是不一样的;然而,这两者是有确定的关系,贝叶斯法则就是这种关系的陈述。作为一个规范的原理,贝叶斯法则对于所有概率的解释是有效的
       这里写图片描述
在贝叶斯法则中,每个名词都有约定俗成的名称:
Pr(A)是A的先验概率或边缘概率。之所以称为”先验”是因为它不考虑任何B方面的因素。
Pr(A|B)是已知B发生后A的条件概率&

### 先验概率后验概率的概念及区别 #### 概念定义 先验概率是指在获取任何观测数据之前,对某个事件发生可能性的估计[^3]。它反映了我们对该事件的初始认知,通常是基于历史经验、统计规律或者主观判断得出的概率。 后验概率则是通过引入新的证据或数据之后,利用贝叶斯定理重新调整后的概率[^4]。它是结合已有信息新观察到的数据来更新对某事件信念的结果。 #### 数学表达形式 设 $ A $ $ B $ 是两个随机事件,则根据贝叶斯公式可以表示为: $$ P(A|B) = \frac{P(B|A) \cdot P(A)}{P(B)} $$ 其中: - $ P(A) $ 表示 **先验概率**,即在没有任何关于 $ B $ 的额外信息下,$ A $ 发生的可能性; - $ P(A|B) $ 称作 **后验概率**,是在知道 $ B $ 已经发生的情况下,$ A $ 发生的概率; - $ P(B|A) $ 被称为似然度(Likelihood),描述当 $ A $ 成立时 $ B $ 出现的可能性; - $ P(B) $ 则是一个标准化常数,用于确保总概率等于 1。 #### 关键差异分析 两者的根本不同在于它们所依据的信息范围以及时间顺序上的先后关系。具体来说有以下几个方面需要注意: 1. 时间维度: - 先验概率强调的是“事先”,也就是尚未考虑当前实验结果或其他相关信息之前的预测值; - 后验概率则发生在获得某些实际测量值以后再做进一步修正得到的新估值。 2. 数据依赖性: - 前者独立于具体的样本集之外单独存在; - 后者必然要涉及到针对特定情境下的实测资料来进行量化评估过程中的参数调节工作。 3. 应用场景举例说明如下表所示: | 场景 | 描述 | 使用何种概率 | |------|------------------------------------------------------------------------------------------|--------------| | 医疗诊断 | 如果一个人患有某种疾病的几率是多少? 这里指的是总体人群患病率作为基础设定 | 先验 | | | 当检测呈阳性反应后再问这个人真正得病的机会有多大呢 ? 此刻就需要运用测试准确性等相关因素综合考量 | 后验 | ```python # Python实现简单例子展示如何计算两者之间的转换关系 def bayes_theorem(prior_A, likelihood_B_given_A, marginal_B): posterior_A_given_B = (likelihood_B_given_A * prior_A) / marginal_B return posterior_A_given_B prior_probability = 0.01 # Example Prior Probability of having a disease. likelihood_positive_test = 0.99 # Likelihood that test is positive given the person has the disease. marginal_positive_test = 0.0594 # Marginal probability of testing positive. posterior_prob = bayes_theorem(prior_probability, likelihood_positive_test, marginal_positive_test) print(f"The Posterior Probability is approximately {posterior_prob:.4f}") ``` 上述代码片段展示了怎样借助给定数值代入公式完成一次基本运算操作流程演示效果。
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