正在阅读《第13讲 每获得一条信息,贝叶斯推理就变得更精确一些》
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13-1 从“勉勉强强”的推测变为“更加精确”的推理

至此,我们已经对于贝叶斯推理“虽然存在牵强之处,但至少比毫无头绪要强多了”的推理思路进行了数次解释说明。正因为这一点,贝叶斯推理也被称为“总经理的概率”(见7-3)。贝叶斯推理之所以显得有些“牵强”,主要是因为其中的先验概率。所谓先验概率,是指“在没有任何信息的情况下,暂且把所有可能性的概率设定为对等的(理由不充分原理)”,或者“从主观上进行设定”等,因而会令人感到“牵强”。

但反过来说,正是由于设定了这样的先验概率,贝叶斯推理从而具备了“即使只有少量信息(数据),也能够进行推理”的优点。这一点也正是贝叶斯推理优于标准统计推理(内曼-皮尔逊式推理)的地方。

此外,贝叶斯推理还具有“将已经在推理过程中使用过的信息反映到后验概率之后,即使把它丢掉也没关系”的良好特性,这一特点被称为贝叶斯推理的学习功能。

实际上,贝叶斯推理还具备另外一个学习机能,也就是“信息越多,推理结果就越精确”的性质,如图表13-1所示。

图表13-1 信息越多,推理结果就越精确

接下来,按照顺序来对这个问题进行具体说明。

13-2 壶的问题:取出2个球

在这里,我们再次使用第7讲中的、装有带颜色的球的壶的例子,并进行以下问题设定。

问题设定

面前有一只壶,已知这个壶不是A壶就是B壶,但是单从外表看不出究竟是哪个。而目前已知的是:A壶中有9个白球和1个黑球,B壶中有2个白球和8个黑球。

在第7讲中,我们从壶里取出一个球,通过观察球的颜色,来推测是A壶还是B壶的概率。得知取出的是黑球后,可以推测出该壶为A壶的后验概率是1/9,该壶为B壶的后验概率是8/9,具体过程参详见7-2的内容。

那么,我们设想一下:把第一次取出的球放回壶里,然后再一次取出一个球。在这种情况下进行推理,需要用到第一次取出的球的颜色和第二次取出的球的颜色。而第二次取出的球,有可能为黑球,也有可能为白球。上述方法在第12讲中已经涉及过,即通过多条信息进行推理的方法。

首先,由于我们并不知道该壶究竟是A壶还是B壶,因而想要对此进行推理,于是分为A和B两个类别。然后根据“理由不充分原理”,将各个类别的先验概率都设定为0.5。

接下来,请思考关于条件概率的问题。

如果第一次取出的球为黑球,第二次取出的球为白球,则把这种情况记录为“黑球&白球”。然后,通过概率的乘法公式,可以计算得出:

(黑球&白球的概率)=(黑球的概率)×(白球的概率)

若该壶为A壶,则:

(黑球&白球的概率)=(黑球的概率)×(白球的概率)=0.1×0.9=0.09

若该壶为B壶,则:

(黑球&白球的概率)=(黑球的概率)×(白球的概率)=0.8×0.2=0.16

综上,通过不同颜色的球的组合,A和B这两个类别又各自分为4类,此时共出现8种互不相同的可能性。这8种可能性各自的概率,如图表13-2所示。

图表13-2 通过两条信息,组合出八种互不相同的可能性

13-3 第二次取出的也是黑球的情况下的推理

下面我们对于“第二次取出的依然是黑球”的情况进行推理:由于两次取出的都是黑球,符合“黑球&黑球”的条件,那么便可以排除掉除“黑球&黑球”以外的所有可能性,如图表13-3所示。

图表13-3 第二次取出的也是黑球情况下的推理

通过标准化条件,计算出后验概率:

(“黑球&黑球”且为A壶的后验概率):(“黑球&黑球”且为B壶的后验概率)

=0.5×0.1×0.1:0.5×0.8×0.8

=0.01:0.64

通过以上计算,可以得出后验概率:该壶为B壶的概率高达64/65(约为98%)。换言之,可以得出如图表13-4这样的阶段性的推理结果。

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