贝叶斯定理与更新判断的几何图像

原标题Bayes’ Theorem and the Geometry of Updating Beliefs

用计数和面积理解证据如何改变概率。

频道
3Blue1Brown
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2019年12月22日
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15:11
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摘要

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视频通过具体例子、概率公式和正方形图解释贝叶斯定理如何结合先验与证据,也讨论了例子中假设的歧义。

  1. 1统计符合描述的人演示中 24 名符合描述的人里有 4 名图书管理员。
  2. 2结合先验与似然先将先验乘以似然,再除以证据的总概率。
  3. 3用面积表示概率正方形图将计算变为区域面积之比。
  4. 4检查假设样本选择和证据产生方式决定应使用的输入。

要点建议

  1. 证据更新先验,基础比例很重要。
  2. 后验概率是证据成立时假设也成立的比例。
  3. 正方形面积可以直观展示计算。
  4. 数值结果取决于样本选择与证据的假设。
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01

Steve 与基础比例

贝叶斯定理描述证据如何更新先验概率。视频先建立直觉和几何理解,再给出公式。

贝叶斯定理描述证据如何更新先验概率。视频先建立直觉和几何理解,再给出公式。

主讲人介绍害羞、整洁且注重细节的 Steve,问他更可能是图书管理员还是农民。这个例子来自 Kahneman 和 Tversky 的研究。

刻板印象可能让人选择图书管理员,但基础比例也很重要。例子假设每名图书管理员对应 20 名农民;这只是演示,并非当前就业统计。

设想 200 名农民和 10 名图书管理员。如果描述适用于 10% 的农民和 40% 的图书管理员,就分别有 20 人和 4 人符合;在这 24 人中,4 人是图书管理员。

在这些假设下,概率为 4/24,约 16.7%。即使图书管理员符合描述的概率是四倍,也不足以抵消假设中的 20 比 1 基础比例。

关键是证据更新先验判断,而不是孤立地决定答案。采用不同的合理输入会得到不同数值结果。

02

贝叶斯公式

设 H 为假设、E 为观察到的证据。条件概率 P(H|E) 询问在只考虑 E 成立的情况时,H 有多大可能。

设 H 为假设、E 为观察到的证据。条件概率 P(H|E) 询问在只考虑 E 成立的情况时,H 有多大可能。

分子 P(E|H)P(H) 是假设与证据同时成立的概率。分母 P(E) 包括 H 成立和不成立时出现证据的所有情况。

贝叶斯公式为 P(H|E) = P(E|H)P(H)/P(E),前提是 P(E) 大于零。它表示在证据成立的情况中,假设也成立的比例。

主讲人提到科学、机器学习和显式概率模型中的应用。只要用先验和似然更新判断,就会用到同样的计算。

03

几何视角

单位正方形提供了一个图像:宽度表示 H 的先验概率,每个区域的高度表示相应条件下证据出现的概率。

单位正方形提供了一个图像:宽度表示 H 的先验概率,每个区域的高度表示相应条件下证据出现的概率。

重叠区域的面积是 P(H)P(E|H)。把它与证据成立的总面积相比,就得到后验概率。

04

直觉与合取

第二个 Linda 例子说明合取谬误:一个人既是银行职员又是女权主义者的概率,不可能大于其是银行职员的概率。

第二个 Linda 例子说明合取谬误:一个人既是银行职员又是女权主义者的概率,不可能大于其是银行职员的概率。

把同一个问题表述为 100 人中有多少人,可能使包含关系更容易看清。视频用频数表述连接直觉与概率规则。

正方形图和计数法都先限定证据成立的情况,再询问其中符合假设的比例;两者是同一计算的不同视角。

05

例子中的歧义

Steve 例子也有争议,因为 Steve 如何被选中、描述如何产生,都会影响应采用的先验和似然。贝叶斯定理本身不会替我们提供这些假设。

Steve 例子也有争议,因为 Steve 如何被选中、描述如何产生,都会影响应采用的先验和似然。贝叶斯定理本身不会替我们提供这些假设。

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