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。现在,如果从壶里取出1个球,并且这个球是黑色的,那么,面前的这个壶究竟是A还是B呢?
在这个案例中,所有的可能性共有4种。用专有名词可以表述为:基本事件的集合={A&黑球,A&白球,B&黑球,B&白球},也就是直积试验的各个事件,如图表15-2所示。
第7讲和第13讲中虽然提出了“从A壶中取出的球是黑球的概率为0.1”的观点,但并没有对其含义进行严密的说明。实际上,“从A壶中取出的球是黑球的概率为0.1”,正是指上一节中所定义的条件概率,也就是在获得“该壶为A壶”这个信息之后,得出的“取出的球为黑球”的概率。
图表15-2 条件概率的设定
用公式来表达,即:
P(黑球|A)=0.1
此时,请回想一下第7讲中计算出的“A&黑球”的概率,为0.5×0.1。如果使用上一节中提到的条件概率来定义该计算,就能够理解一下这种整合性的计算方法。
图表15-3A&黑球,是事件“A”和事件“黑球”的重叠部分
先来看一下图表15-3,在直积试验中,事件A可表示为:
A={A&黑球,A&白球}
即,“该壶为A壶,球为任意颜色”的事件。同理,事件“黑球”可表示为:
“黑球”={A&黑球,B&黑球}
也就是说,
事件A和事件“黑球”的重叠={A&黑球}
像这样,在直积试验中,事件的重叠自然与“&”是相同的。
那么,根据上一节中关于条件概率的定义,可以写为:
p(黑|A)=p(事件A和事件“黑球”的重叠)÷p(A)
=p(A&黑球)÷p(A)
用乘法算式来表达,则为:
p(A&黑球)=p(A)×p(黑|A)…(1)
这里,类别A的概率为0.5。此外,从A中观察到为黑球的条件概率p(黑|A)被设定为0.1,所以,
p(A&黑球)=0.5×0.1=0.05 …(2)
这样,便可以用乘法计算出A&黑球的概率。以上表示的是“概率即为长方形的面积”以及“整合性”的问题。对上述进行抽象描述,即关于贝叶斯推理的公式:
&事件的概率法则
p(类别&信息)=p(类别)×p(信息|类别)
换言之,用&来连接的类别和信息所构成的可能性的概率为:将“类别的先验概率”和“在【这个类别】的基础上,能够得到这条信息的条件概率”相乘的结果。
15-4 通过条件概率的公式理解后验概率
接下来,终于到了解说绍贝叶斯推理条件概率的使用方法第二阶段的环节。
用壶的例子来解释的话,贝叶斯推理就是通过“取出的球为黑球”这一信息,来推测“该壶为B壶”的概率。由于“取出的球为黑球”是观察的“结果”,而“该壶为B壶”是“原因”,从“结果”来推测“原因”,听起来是一个奇妙的过程。而这个过程之所能够实现,关键就在于条件概率的定义。
我们要计算的是:在获得到“取出的球为黑球”这一信息之后,“该壶为B壶”的概率。由于已经明确定义了条件概率,因此可以完全确定下来,即条件概率为:
p(B|黑)
而该条件概率的计算方法,在15-2中已经给出,即:
p(B|黑)=p(B&黑球)÷p(黑球)…(3)
的计算,可以求出。因此,只要知道概率p(B&黑球)和概率p(黑球)的数值,然后用除法运算,就可以求出了。
前面的p(B&黑球),运用刚刚在(1)(2)式子中求出p(A&黑球)同样的计算方法,就可以求出。即为,
p(B&黑球)=p(B)×p(黑|B)…(4)