10-1 运用多项信息进行贝叶斯推理
在前面几讲中的案例,在运用贝叶斯推理时,都只是获取到了一项信息。例如,第1讲中,面前的顾客会/不会上前询问;第2讲中,只有1种癌症检查;第3讲中,女性同事会/不会送出巧克力;第4讲中,第一胎的性别,等等。每个案例中,最终获得的信息都只有一项。
但一般所指的“推理”需要多项信息作为辅助。因此,我们需要了解获得多项信息时的推理方法。而在已经获得多项信息的情况下进行推理时,贝叶斯推理有着十分重要的特性。接下来,会通过4讲内容(包括本讲)对于“获得多项信息时的推理”进行解释说明。
10-2 将两个试验结合起来
我们面对的每个案例,都有多个可能的结果。而为每种可能性分配各自的概率的这个现象,被称为“试验”。此前我们只是将其称为“信息”,而接下来会使用“试验”这个用语。例如,投掷一枚骰子并观察投出的点数,这就是“试验”的一种。还有,明天的天气可能会出现“晴天”“多云”“雨天”“雪天”这4种情况,而确认究竟是哪一种情况,也是一种“试验”。
当两种试验并存时,将它们结合起来,并将其看作另一项试验。接下来我们要做的是,思考可能发生的各种情况的概率。
为了方便理解,我们下面举一个人为的例子来进行说明。
第一个试验,抛一枚均匀的硬币,并总结抛出正面和反面的概率。第二个试验,掷一枚均匀的骰子,并总结掷出点数的概率。然后,把这两个试验的结果结合起来,组成第三个试验。例如,第一个试验的结果是“正面”,第二个试验的结果是点数“4”,把这两个结果组合起来,就得到了第三个试验的结果“正面&4点”。这样的试验称为“直积试验”,结果如图表10-1所示,共有2×6=12种情况。
图表10-1 将两个试验结合起来
如图所示,直积试验的结果用格子的形状来表示。“格子形状”的含义是:横向按照1~6的顺序排列,纵向按照正面/反面的顺序排列。像这样,将直积试验的结果用格子形状表示,有着重要的意义——使概率的计算变得简单。顺便说一下,“直积”是一个数学用语。它的含义是:用格子形状进行排列,并编成组。
10-3 用乘法运算得出独立的直积试验的概率
下面,我们针对这两个试验的独立性进行说明。
“两个试验的独立性”的含义,简单地说,就是指“两个试验的结果不会互相影响”。例如,上一节中提到的“抛硬币”的试验和“掷骰子”的试验中,硬币抛出正面的结果,不会影响掷骰子的点数;而掷骰子出现4点的结果,也不会影响硬币抛出正面还是反面。也就是说,我们可以直观感受到:“硬币的正反”和“骰子的点数”这两个结果是互相不影响的,这就是所谓的“试验的独立性”。
那么,“互相不独立的两个试验”又是什么样的呢?举一个容易理解的例子来说,“东京都明天的天气”与“神奈川县明天的天气”,不能认为这二者是“毫无关联”的吧。因为神奈川县紧邻东京都,若推测“东京都明天的天气”是“雨天”的话,那么“神奈川县明天的天气”也是“雨天”的可能性就会很高。同样,若推测“神奈川县明天的天气”为“雪天”的话,那么“东京都明天的天气”是“雪天”的可能性也会比平时要大。这样的试验在专业上被称为“从属试验”。
但是,把“试验的独立性”定义为“互不影响”或“没有关系”等方式,并不能算得上十分高明。这是因为,“一项试验对于另一项试验是否产生影响”的问题,很难用数学计算进行描述。在这里,我们将独立性定义为:“一方对另一方不产生影响”以及“直觉上认为它们有着相同意义的数学计算”,具体说明如下:
在这里,我们再一次通过之前抛硬币和掷骰子的试验进行说明。