排除掉生男孩后的可能性之后,便不符合标准化条件(所有事件的概率之和为1)了。由于表示生女孩这种可能性(涂有颜色的深色部分的三角形)的面积为0.5,那么,为了把它的面积变为1,需要在保持各线段的比例关系的同时,变更概率密度。只要把每条线段延长到之前的2倍,就能满足标准化条件了(三角形的高度变为之前的2倍)。图表19-3的右侧部分,表示这一步骤完成之后的状态——把左侧的x轴下方的部分翻转过来,再纵向延伸到之前长度的2倍。需要注意的是,右侧部分的图像即为贝塔分布的α=2、β=1的情况(见17-4)。这个是在获得了“该夫妇生的第一胎是女孩”这条信息时,关于这对夫妇的类别x的后验分布。同时还需注意的是,它表示的不是后验概率,而是后验分布。这是因为,分布图表示的是概率密度。后验分布如图表19-4所示。
图表19-4 先验分布和后验分布
看图可知,虽然关于该夫妇生第一胎之前的类别x的先验分布,为均匀分布(无论哪种类别x,结果都是相同的)。但在获得了“第一胎为女孩”的信息之后,关于类别x的后验分布,就变更为z=2x这样的贝塔分布了。这意味着,类别x的后验概率密度,是随着x的增大而增大的。
19-3 第二胎依然为女孩时的推理
为了帮助大家了解采用贝塔分布的优势,下面我们针对该夫妇生的第二胎依然女孩的情况,进行贝叶斯推理。
由于关于类别的先验分布为均匀分布,那么,可以通过两胎连续生女孩的情况设定,来计算结果。而根据第12讲中解说的“贝叶斯推理的序贯理性”这一性质(见12-4),把上一节中求出的后验分布(z=2x)再次设定为先验分布,并在此基础上,根据“这对夫妇再次生了女孩”的信息,可以得出后验分布是相等的结论。那么,下面我们就用这个方法进行贝叶斯推理吧。
图表19-5 先验分布和后验分布
首先看图表19-5的左侧部分:x轴上方的部分表示先验分布,如设定一样,贝塔分布为y=2x。下方则表示,在获得“该夫妇生了女孩”的信息之后,各种可能性的划分。先说明结论:下图中涂有颜色部分的界限曲线为抛物线
z=2x2 …(1)
该抛物线上方涂有颜色的部分,表示该夫妇在类别x的情况下生女孩的概率密度。此外,该夫妇在类别x的情况下,生男孩的概率密度为直线OF和抛物线(1)围成的部分。
第15讲中已经进行了解说:该夫妇在类别x的情况下,生女孩的概率密度为(1)式,是依据“&的事件的概率法则”。由于该夫妇在类别x的情况下,生女孩的概率密度为x,那么在条件概率p(信息|类别)中,若类别=“x”、信息=“女孩”,那么这个概率模型可以设定为:
p=(女孩|x)=x
因此,
p((该夫妇为类别x)&(类别x的夫妇生了女孩))
=p(类别x)×p(女孩|x)
=2x×x
=2x2
下面,通过图表19-5的右侧部分,来对于“为何概率密度和概率,都能够用乘法运算求出&的概率密度呢?”的问题进行说明(如果觉得这样的解说很烦琐,可以直接跳过以下内容)。以类别x=0.7为例:该夫妇的类别0.7这一可能性,近似于x轴上方的小长方形。若把宽度设为d,那么关于以0.7为中心的宽度d的范围的类别x,可以将其概率密度全部视为1.4。那么,该夫妇属于这个长方形(属于这种可能性)的概率为:d×1.4。这里,运用了将概率密度乘以宽度转换为概率的方法。由于属于该情况的夫妇,生女孩的概率为0.7,那么(该夫妇属于类别0.7)&(类别0.7的夫妇生女孩)这种可能性,便可以认为近似于x轴下方以线段AD为长的长方形。