「機器學習_3」概率數學基礎

前言

條件概率,邊緣概率,聯合概率,全概率,貝葉斯定理是機器學習中幾乎所有算法的基礎,雖然公式記住了,但是爲什麼是這樣,以及如何理解看過之後隔一段時間問題忘,這裏在這裏好好做下總結

 

1. 邊緣概率

邊緣概率是與聯合概率相對應的,P(A)和P(B)這類僅與單個隨機變量有關的概率稱爲邊緣概率。
邊緣概率是不用求的,一般都會給出。

條件概率是由聯合概率反推出來的,理解起來沒有那麼直觀,全概率,貝葉斯定理也是由聯合概率推導出來的,所以這裏先說聯合概率再說條件概率,最後再講貝葉斯定理。

 

2.聯合概率

定義

指包含多個條件且所有條件同時成立的概率,記作P(A,B),或P(AB)或P(A∪B),不過一般都是寫成P(A,B)。

分析

事件A和事件B可以相互影響的,不過也可以相互獨立,不過沒有討論的意義。

機器學習之條件概率_聯合概率_貝葉斯定理_01.png

如上圖
綠色的橢圓表示事件A發生的概率P(A)
橘紅色的橢圓表示事件B發生的概率P(B)
A和B相交的部分就是P(A,B))發生的概率

其中
P(A)和P(B)都是邊緣概率,P(A,B)就是聯合概率
可以看到事件A發生的概率和事件B相交的部分就是P(A,B)

然後我們也就很容易理解
P(A,B)發生的概率就是:事件B發生的概率,乘以事件A在事件B發生的條件下發生的概率,
於是有:

   P(A,B)=P(B)P(A∣B)

其中P(A∣B)就是事件B發生的情況下事件A發生的概率就是條件概率,記爲P(A∣B),下文會繼續講到。

 

3.條件概率

定義

已知事件A發生的條件下,另一個事件B發生的概率稱爲條件概率,即爲:P(A∣B)

事件A和事件B是相互影響的。更通俗地說事件A與事件B是有關係的,發生事件A會影響發生事件B發生的概率。

問條件概率能舉個例子嗎

學生時代兩個人競選班,同學A贏的概率是0.6,同學B贏的概率是0.4,問同學A在同學B先被投票的情況下贏的概率是多少。
心理學上有種先入爲主的現象,不管是誰,第一個被投票的往往比第二個得票更多一些,就這就是兩個事件相互影響,這就是條件概率

問條件概率在圖中表示的是哪一塊呢?

答:條件概率P(A∣B)在圖中表示不出來,P(A,B)和P(B)都是以圖形的形式表示概率的,P(A∣B)則是P(A∣B)是P(A,B)除以P(B)的比值,在圖形上表示不出來。
條件概率畢竟還是有些抽象滴。。。要不然也不會主要求它啊(_)

P(A∣B)是通過聯合概率反推出來的,以圖形化的方式表示自然沒有那麼直觀,不過以聯合概率反推的方式來解理還是很好理解的,參考聯合概率

OK,到這裏來道習題加深下理解吧

條件概率習題:

從1,2,3,…,15中甲乙兩人各任取一個數字(不重複),已知甲取到的數是5的倍數,求甲數大於乙數的概率。

解:
設事件A表示”甲取到的數比乙大“,即P(A)
設事件B表示”甲取到的數是5的倍數”,即P(B)
則顯然所要就是條件概率P(A∣B)
根據公式

通過這麼一個例子,理解起來是不是更深入了?
我們可以發現:

  1. P(B)是邊緣概率,是直接可以求出來的,
  2. P(A)與P(B)P(A)是相互影響的,
  3. P(A,B)是聯合概率通過複雜些的計算也是可以求出來的,
    但是條件概率P(A|B)則比較抽象,沒那麼容易求出來,

OK,現在知道了條件概率的意義了吧

全概率

定義

聯合概率中把事件A分割成事件'A1​,A2​,A3​,⋯,An​,並把A與B的位置對調於是就成了全概率,如下圖

機器學習之條件概率_聯合概率_貝葉斯定理_02.png

推導

只是全概率是求事件B的,
全概率需要滿足以下條件:

  1. 事件A1到An是相互獨立的
  2. 事件A1到An組成了整個樣本空間A
  3. 事件A1到An能把事件B無重疊地覆蓋掉

如上圖,事件B發生的概率是由C1~C6組成的,於是有:

注意啊,到全概率的時候A(Ai)與B,的位置就反過來了,比如說
條件概率公式的表示形式是:P(A∣B)
全概率公式的表示形式是:P(B∣Ai)
好了,來道題吧

全概率習題

某工廠有兩個車間產生同一型號的配件,第一車間的次品率是0.150.150.15,第二車間的次品率是0.120.120.12,兩個車間的成品都混合堆放在一直,假設第1,2車間生產的成品比例爲2:32:32:3,現有一客戶從混合成品堆裏隨機抽查一臺產品,求該產品的合格率。
 

事件B = {從倉庫中隨機抽查的產品的合格率}
事件A_{i} = {抽的是第iii車間產生的},i=1,2

 

 

4.貝葉斯公式

定義

同樣條件概率中把A推分割成'A1​,A2​,A3​,⋯,An​,並把A與B的位置對調就成了貝葉斯公式

推導

機器學習之條件概率_聯合概率_貝葉斯定理_02.png

同樣來道習題

貝葉斯定理習題

某公路上經過的貨車與客車的數量之比爲2:12:12:1,貨車中途停車修理的概率爲0.020.020.02,客車爲0.010.010.01,現有一輛汽車中途停車修理,問該汽車是貨車的概率
解:

事件B = {中途停車修理}
事件A1={經過的是貨車},
事件A2​ ={經過的是客車},
於是事件B有:

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