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8-1 贝叶斯统计学与内曼-皮尔逊统计学的共通点

在第5讲与第8讲中,已经对比了标准统计学(内曼-皮尔逊统计学)与贝叶斯统计学在思考方式、逻辑等方面的不同之处。由此可知,这两种统计学之间的差异之大,不可忽视。

其中,尤其明显的一点是,贝叶斯统计学中需要设定先验概率,而内曼-皮尔逊统计学中则完全不涉及这一概念。先验概率是指,对于接下来将要推理的事物,先设想出多个可能的原因,并为这些原因设定“可能的程度”,即先验概率。

那么,这种设想是贝叶斯统计学中特有的吗?实际上并非如此,内曼-皮尔逊统计学中也有与此相通的设想,本讲内容也会阐明这一点。特别是对于很多对贝叶斯统计学的先验概率抱有排斥感的人来说,理解二者之间共通的设想,将有助于缓解这种排斥感。

8-2 “极大似然原理”被运用到众多学科当中

标准统计学与贝叶斯统计学的共通之处,在于一种被称为“极大似然原理”的思考方式。

简单来说,“极大似然原理”的含义就是:世界上正在事件,之所以发生,是因为它发生的概率大。

例如,假设引起X象和Y现象的原因,有A和B两种。假设在A原因的情况下,X现象发生的概率远大于Y现象发生的概率。相反,在B原因之下,Y现象发生的概率则远大于X现象发生的概率。那么,假设现在观察到了X现象。那么此时的原因是A还是B呢?

当然,A和B的可能性都存在。但是,如果一定要选一个的话,那么还是应该选A才更为妥当。这种思考方式就是所谓的“极大似然原理”。

我们在日常生活当中,也经常会用到上述思考方式。比如,有人忘记带东西,假设这个人不是A就是B,而这两个人中,A是会经常忘带东西的那个,B则是很少会忘带东西。那么这时,一般我们会推测,忘记带东西的人是A而不是B。

极大似然原理已经植根于我们的思维方式之中,因此被运用到众多学科领域。特别是物理学的一个分支——统计物理,就是利用了极大似然原理来解释各种物理现象。

8-3 贝叶斯推理以极大似然原理为基础

贝叶斯推理也运用了极大似然原理,这一点是显而易见的。

回想一下第6讲中的关于壶的推断的问题。从A壶中观察到白球的概率大,而从B壶观察到黑球的概率大。那么现在观察到了黑球,因此判定“该壶应该为B壶”。做出该判断的时候,选择的是使结果的概率最大的那个原因,这正是极大似然原理的体现。在第7讲中,也说明了该推断方法与贝叶斯推理是完全一致的。

下面再来看图表7-4。在推算后验概率时,关键的一点是:对“该壶为A壶且出现黑球”的概率与“该壶为B壶且出现黑球”的概率进行比较。这一比值也是A与B的后验概率之比(1:8)。由于后者的概率明显更大,因而得出“该壶为B壶”的结论。这一思考过程,与“因为原因B会使得观察到黑球出现的概率更大”的道理是相同的,都运用了极大似然原理。

图表7-4 两种可能性的消失

回想第3讲中,运用“理由不充分原理”进行贝叶斯推理的例子中讲到:

后验概率为(先验概率)×(条件概率)的比例。

因此,先验概率大或条件概率大的原因,更容易被选择,这也体现了极大似然原理。

8-4 内曼-皮尔逊统计学也以极大似然原理为基础

那么,标准统计学(内曼-皮尔逊统计学)是否也与极大似然原理有所关联呢?事实上,极大似然原理并不是运用于推理本身,而是运用于“为统计推理添加依据”的过程当中。

“为统计推理添加依据”是指,在统计学中进行推理时,对于“为什么要这样思考”“这样的思考方式会带来怎样的好处”等问题进行的说明。这里以一种叫作“点推理”的统计推理为例,来具体说明。

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