先验分布、后验分布、似然估计这几个概念是什么意思,它们之间的关系是什么?

如题所述

深入理解先验分布、后验分布与似然估计:一场探寻概率之旅


在统计学和机器学习的殿堂中,先验分布、后验分布和似然估计是三个至关重要的概念,它们犹如推理过程中的三块基石,揭示了“原因”与“结果”之间复杂而微妙的联系。让我们通过一个生动的场景来探索它们的内涵和相互关系。


想象老王要前往10公里外的地点,他有三种选择:步行、骑自行车或开车。每个选择都对应着不同的时间消耗。如果他用了1小时,我们可能会猜测他骑自行车,因为这是最常见的情况,但也可能他跑步或遭遇了严重的堵车。如果耗时2小时,步行的可能性就会增大,而堵车的可能性也较高。相反,20分钟的路程,开车是首选,但偶尔的突发状况也可能导致耗时更长。这种根据结果推测原因的概率分布,即

后验概率,是基于已知结果对原因可能性的更新估计。


在老王出发前,他的决定本身是基于个人喜好或目的,这就是先验概率

——在结果出现之前对原因分布的预设。例如,他可能决定跑步、骑行或开车,每个选项都有其独立的概率,与时间无关。


接下来,我们进一步分析每个决策对结果时间的影响。如果老王选择步行,预计的时间范围从1小时到2小时不等,而骑自行车或开车则可能更快或更慢,这便是

似然估计——根据已知原因(交通方式)来预测结果(时间)的概率分布。


最后,当我们观察老王多次出行的平均时间,不论交通方式如何,得到的是一个独立于原因的

证据分布(或称证据),它反映了结果本身的概率特性。


将这些概念以贝叶斯公式的形式总结,我们有:


Observation(观测): 老王实际花费的时间


Parameter(参数): 交通方式或出行原因


Posterior(后验): 在看到结果后,对原因可能性的更新估计


Prior(先验): 在观测前,对原因概率的初始信念


Likelihood(似然): 基于原因的观测结果发生的概率


Evidence(证据): 不考虑原因,单纯基于结果的概率分布


通过这样的解释,我们可以看出,先验分布和后验分布描绘了我们对原因的信念随着观察结果的改变而变化的过程,而似然估计则是这种变化的具体体现。理解并掌握这些概念,是我们在数据分析和决策过程中不可或缺的工具。

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