贝叶斯(02) 理解贝叶斯

导读

上一篇文章已经将简单的介绍了条件概率、全概率公式,并且由其二者推导出了我们的主题贝叶斯公式,这一篇文章通过几个实例(从考研复习题目中扒拉出来的),从题目中更好的理解一下这三者的关系和应用。 

回顾

首先简略回顾一下,全概率和贝叶斯。其实这两者是密不可分的,互相之间是一个顺序问题,全概率反过去就是贝叶斯,这类问题只需要区分清楚是知道原因求结果,还是知道结果寻原因就可以了。全概率公式是计算由诸多原因而导致的某件复杂事情发生的概率,而贝叶斯就是在这件复杂的事情已经发生的前提下,去寻找诸多原因中,某一原因发生的概率。

公式定义

全概率公式:

在由n个不相交的Bi事件组成的样本空间S,其中i = 1,2,3,4,......,n 且 P(Bi) > 0,任意事件A发生的概率为 :


 

贝叶斯公式:

在由n个不相交的Bi事件组成的样本空间S,其中i = 1,2,3,4,......,n 且 P(Bi) > 0,在事件A发生的条件下,事件Bi发生的概率为 :




例题分析

题目1:

从数字1, 2, 3, 4中任取一个数,记为X,再从1——X中任取一个数,记为Y,则P(Y=2)=?

分析:

其实这道题就很明显属于一个复杂的结果,我们用全概率公式的方式来尝试解决一下。

首先设事件P(Y=2)为事件P(A),那么样本空间S就是由1、2、3、4四个数字组成的“完备事件组”,并且在这里是等概事件,所以P(Bi) = 1/4,并且我们让i下标与数字一一对应,也就是P(B1)就是1作为X被选择的对象的概率。此时我们就需要确定P(A|Bi)的值了:

当X = 1:从1当中选出2的概率很明显为0,所以P(A|B1) = 0;

当X = 2:从1和2当中选出2的概率为1/2,所以P(A|B2) = 1/2;

当X = 3:从1、2、3当中选出2的概率为1/3,所以P(A|B3) = 1/3;

当X = 4:从1、2、3、4当中选出2的概率为1/4,所以P(A|B4) = 1/4;

接下来我们就可以利用全概率公式求得

P(A) = P(B1)P(A|B1) + P(B2)P(A|B2)  +P(B3)P(A|B3) +P(B4)P(A|B4)

==>P(A) = 0 + (1/4)*(1/2) + (1/4)*(1/3) + (1/4)(1/4) = 13/48

==>P(Y=2) = 13/48。

题目2:

12件产品中有4件次品,在先取1件的情况下,任取2件产品皆为正品,求先取1件为次品的概率。

分析:

读完题目后,最关键的话就是“在先取1件的情况下,任取2件产品皆为正品”,很明显这是一个已经发生了的事件,是一个结果,我们需要去寻因,所以使用贝叶斯来计算没有问题。那么接下来就是把题目中的描述与公式进行意义匹配了,首先来看这个已经发生的结果,我们设为P(A),在贝叶斯公式当中,P(A)表示的就是那个全概率事件了,样本空间S就是取出一件产品后再取两件产品,这时候有两种情况:

情况1

第一件取出的产品是正品,那么剩下的11件产品中有4件次品,7件正品。我们设这种情况的事件为P(A1)那么任取两件为正品的概率就是:

P(A1) = P(第一次是正品)P(剩下的11件中任取两个正品) = P(第一次是正品)((7件正品中选两件) / (11件中取两件) )

==>P(A1) = (8/12)*( C(2,7)/C(2,11) ) = (2/3)*((7*6)/(11*10)) = 14/55;

注:C(n,m),其中n为上标,m为下标。代表数学中排列组合的情况,输入不变,以这种形式表示。

情况2:

第一件取出的产品是次品,那么剩下的11件产品中有3件次品,8件正品。我们设这种情况的事件为P(A2)那么任取两件为正品的概率就是:

P(A2) = P(第一次是次品)P(剩下的11件中任取两个正品) = P(第一次是次品)((8件正品中选两件) / (11件中取两件) )

==>P(A2) = (4/12)*( C(2,8)/C(2,11)) = (1/3)*((8*7)/(11*10)) = 28/165;

所以事件P(A) = P(A1) + P(A2) = 16/33。

结果已经有了,那么所求的是什么呢?文字描述就是P(第一次取得是次品 | 在先取1件的情况下,任取2件产品皆为正品)<这里我们假设第一次取得次品得事件为“B次”,那么用公式表示就是P(B次|A)。

根据贝叶斯公式以及全概率公式


P(B次|A) = P(A|B次)P(B次) / P(A)

其中P(A) = 21/55,P(B次) = 1/3,P(A|B次) = P(A2)/P(第一次是次品) = 28/55

==> P(P(B次|A)) = ((28/55)*(1/3)) / (16/33) = 2/5。

总结

牢记全概率和贝叶斯的定义,结合实例理解他们各自的含义,这类问题通常就是寻找样本空间,完备事件组,搞清楚谁是原因,谁是结果,解决起来也就得心应手了。


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