贝叶斯概率基础知识及先(后)验概率

本博文源于北京理工大学的《概率论与数理统计》。内容包含条件概率、乘法定理、概率的独立性、全概率公式、贝叶斯公式。

条件概率

我们称事件B已经发生的条件下事件A发生的条件概率。记为P(A|B).

引例

例如:掷一颗均匀骰子,A={掷出2点},B={掷出偶数点},求P(A)和P(A|B).

解析:拿到题目不要慌张,上来设样本空间为S={1,2,3,4,5,6},而A={2}.即P(A)=1/6。已经知道事件B发生,此时的样本空间就变成了B,而B中只有3个元素{2,4,6}。它们的出现是等可能的。因此P(A|B)=1/3.分析到这里会发现P(A)≠P(A|B)

条件概率的本质及公式

条件概率本质

条件概率P(A|B)实质是缩减的样本空间上的事件的概率,由于已知事件B已经发生,试验条件发生了改变,原样本空间S缩减为B,需要在该空间上计算事件A发生的概率。

条件概率公式

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条件概率的定义

设A、B是两个事件,且P(B)>0,满足上面的P(A|B)的公式,那么则称在事件B发生的条件下,事件A的条件概率

条件概率的性质

满足三条公理,非负性、规范性、可列可加性。
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条件概率例题

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这里用了两种解法:
第一种:按照定义
求出两个事件共同发生的概率,把公式写出来。
分子:在这里插入图片描述
分母:就是第一次取到一等品,第二次我就随意抓取
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结果两者合起来,就是2/3.
解法2:
样本空间:三个一等品 1个二等品。第一次 取出一等品那么还剩三个。 这三个分别是:2个一等品 1个二等品。然后第二次取到1等品,那就是2/3.
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乘法公式

乘法公式定义

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把条件概率的公式P(B)乘出去,就变成了乘法公式。就变成图片下方:
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乍一看可能会非常的不起眼,但后面解决问题却能异军突起。因为它解决了抽签的公平性问题。

乘法定理例题

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很显然的问题是先抽的运气好,还是后抽的运气好。那就需要用计算来解决了。

只要思考一下就会发现第一个人抽到的概率肯定是1/5,但是第二个人,第三个人呢?如果仅仅靠脑子想,是很难整理出完整的思路。
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我们所谈论的第二个人、第三个人…肯定在前面的人没有抽中的基础下进行抽签的,如果前面的人已经抽中,那这个就没有必要进行了。
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以此类推,都是1/5也就回答了,抽签是一个很好的决定比赛顺序方式。

独立性

当有条件概率产生,即在B发生情况下A发生的概率,如果B发生对A没有影响,A发生对B发生也没有影响这就会引出两个事件的独立。

独立性的定义

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这里的独立性包含两重含义,一定要搞懂。就跟分手的男女一样,互相独立。现实生活中说这是独立,却又没办法做到,但《概率论》可以做到。正所谓:自古情缘留不住,唯有数学得人心。为什么可以得人心?海量数据刻画肖像、智能推荐精准到位、常微分时间序列动态分析。都可以让人清晰的被刻画出来。

独立性性质

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同样的独立性可以推广两两变成多个

多个事件独立性

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多个事件独立性性质1

若n个事件相互独立,那么其中任意k个事件也相互独立。
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多个事件独立性性质2

若n个事件独立,它们的对立事件也独立,两个“立”,对立就是反着做,比如我说硬币能抛出正面,相反的硬币能抛出反面。而独立就是互相不影响,脑中想起游乐王子的“雨我无果”
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多个事件独立性性质3

若n个事件相互独立,则对任意的k个事件做集合之间的运算,与剩余事件互相独立。(这种独立好像n维空间做线性运算还在n维空间里,可类比记忆!)
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多个事件独立性性质4

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这个性质就是前三条性质的推,比如求一个事件不好求,你可以先求他的对立事件,对立事件求完了,1减去就行了。仔细可体会一下。下面是它的证明:
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独立性例题

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射击在《概率论》里是独立的哟,然后至少一个人不好求,那就求它的对立—都没射中。又因为是独立就可以连乘0.60.50.3。
所以:
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独立与互斥的关系

两个事件互斥,它们不独立,
两个事件独立,它们不互斥。
两个事件互斥,且至少有一个概率为0,它们独立
两个事件独立,且至少有一个概率为0,不一定互斥。
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全概率公式

谈起全概率貌似跟分而治之的思想一样,总的不好求那就把它拆成若干个相加。比如这种
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想算B,那就用各自的A与B的交集进行计算,最后就能算出B的概率。

划分与完备事件组的定义

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全概率公式定义

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全概率公式例子

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这个摸球试验,如果经验老道可以发现先选箱子后选球来做,如果按照正规的方法来看,应该是这样子的:

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所以在分析题目的时候,“由原因推结果”每个原因对结果的发生有一定的“作用”,即结果发生的可能性与各种原因的“作用”大小有关,全概率公式表达了它们之间的关系。

贝叶斯公式

引例

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已经结果发生的条件下,求某原因发生可能性的大小。先设出结果的事件,然后再设出导致结果的。分子是从三个箱子里取一个的情况下在1号箱取出红球,分母就是全概率的合式完整结果如下:
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贝叶斯公式定义

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记得在搞马尔科夫链模型的时候,先验概率和后验概率建模整的人非常摸不着头脑。先验概率就是在没有进一步信息(不知道事件B是否发生)的情况下,人们对诸事件发生可能性大小的认识。
当有了新的信息(知道B发生),人们就可以对诸事件可能性大小又有了新的认识。

贝叶斯公式练习题

题目1

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当我们得知一件商品是合格品的时候,要么就两种,一种是在没调整好的机器产出合格品,一种是在调整好的机器产生合格品。那就是 调整好的机器产生合格品/(没调整好的机器产出合格品+调整好的机器产生合格品),过程就是这样子的
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

题目2

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拿到题目发生跟流行病一样,如果国赛出现这种题目,肯定是可以传染病模型+疗效检验模型。还是要分析这道题目,一个事件检查出是阳性还是只有两种,一种是在无病的人产生阳性,另一种是有病者产生阳性。因此就是(有病得的检查阳性)/(无病阳性+有病阳性)。过程如下:
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