Wyjaśnienie twierdzenia Bayesa, zastosowania, ćwiczenia

4582
David Holt

Plik Twierdzenie Bayesa jest procedurą, która pozwala na wyrażenie warunkowego prawdopodobieństwa zdarzenia losowego A danego B, poprzez rozkład prawdopodobieństwa zdarzenia B przy danym A i rozkład prawdopodobieństwa tylko A.

Twierdzenie to jest bardzo przydatne, ponieważ dzięki niemu możemy powiązać prawdopodobieństwo zajścia zdarzenia A wiedząc, że wystąpiło B, z prawdopodobieństwem, że zachodzi odwrotnie, czyli że B zachodzi przy danym.

Twierdzenie Bayesa było srebrną propozycją wielebnego Thomasa Bayesa, osiemnastowiecznego angielskiego teologa, który był również matematykiem. Był autorem kilku prac z teologii, ale obecnie znany jest z kilku traktatów matematycznych, wśród których głównym rezultatem jest wspomniane już twierdzenie Bayesa..

Bayes zajął się tym twierdzeniem w pracy zatytułowanej "An Essay into solution of a Problem in the Doctrine of Chances", opublikowanej w 1763 r., Na której opracowano wiele badań..

Indeks artykułów

  • 1 Wyjaśnienie
  • 2 Zastosowania twierdzenia Bayesa
    • 2.1 Rozwiązane ćwiczenia
  • 3 Odnośniki

Wyjaśnienie

Po pierwsze, dla lepszego zrozumienia tego twierdzenia niezbędne są pewne podstawowe pojęcia teorii prawdopodobieństwa, zwłaszcza twierdzenie o mnożeniu dla prawdopodobieństwa warunkowego, które stwierdza, że

Dla dowolnych zdarzeń E i A z przestrzeni próbnej S.

I definicja przegród, która mówi nam, że jeśli mamy A1 ,DOdwa,… , DOn zdarzenia z przestrzeni próbki S, utworzą one partycję S, jeśli Aja wykluczają się wzajemnie, a ich związek to S..

Biorąc to pod uwagę, niech B będzie kolejnym wydarzeniem. Więc możemy zobaczyć B jako

Gdzie Aja przecięte z B są zdarzeniami wzajemnie wykluczającymi się.

A w konsekwencji,

Następnie stosując twierdzenie o mnożeniu

Z drugiej strony warunkowe prawdopodobieństwo Ai danego B jest określone przez

Zastępując odpowiednio, mamy to dla dowolnego i

Zastosowania twierdzenia Bayesa

Dzięki temu wynikowi grupom badawczym i różnym korporacjom udało się udoskonalić systemy oparte na wiedzy..

Na przykład w badaniu chorób twierdzenie Bayesa może pomóc w ustaleniu prawdopodobieństwa wystąpienia choroby w grupie osób o danej charakterystyce, biorąc za dane globalne wskaźniki zachorowań i przewagę tych cech w obu zdrowych i chorych ludzi.

Z drugiej strony w świecie wysokich technologii wpłynęło to na duże firmy, które dzięki temu wynikowi rozwinęły oprogramowanie „Knowledge-Based”.

Jako codzienny przykład mamy asystenta Microsoft Office. Twierdzenie Bayesa pomaga oprogramowaniu ocenić problemy przedstawiane przez użytkownika i określić, jakie porady powinien dostarczyć, a tym samym być w stanie zaoferować lepszą obsługę zgodnie z nawykami użytkownika.

Należy zauważyć, że formuła ta była ignorowana do niedawna, głównie dlatego, że gdy ten wynik został opracowany 200 lat temu, nie było dla nich praktycznego zastosowania. Jednak w naszych czasach, dzięki ogromnemu postępowi technologicznemu, naukowcy znaleźli sposoby na zastosowanie tego wyniku w praktyce.

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Firma telefonii komórkowej ma dwie maszyny A i B. 54% wyprodukowanych telefonów komórkowych to maszyna A, a reszta to maszyna B. Nie wszystkie wyprodukowane telefony komórkowe są w dobrym stanie.

Odsetek wadliwych telefonów komórkowych wyprodukowanych przez A wynosi 0,2, a przez B - 0,5. Jakie jest prawdopodobieństwo, że telefon komórkowy z tej fabryki jest uszkodzony? Jakie jest prawdopodobieństwo, że wiedząc, że telefon komórkowy jest uszkodzony, pochodzi on z maszyny A?

Rozwiązanie

Tutaj masz eksperyment, który jest przeprowadzany w dwóch częściach; w pierwszej części zachodzą zdarzenia:

Odp.: Komórka wykonana przez maszynę A..

B: komórka wykonana przez maszynę B..

Ponieważ maszyna A produkuje 54% telefonów komórkowych, a reszta jest produkowana przez maszynę B, wynika z tego, że maszyna B produkuje 46% telefonów komórkowych. Podane są prawdopodobieństwa wystąpienia tych zdarzeń, a mianowicie:

P (A) = 0,54.

P (B) = 0,46.

Wydarzenia drugiej części eksperymentu to:

D: uszkodzony telefon komórkowy.

E: sprawny telefon komórkowy.

Jak stwierdzono w oświadczeniu, prawdopodobieństwo tych zdarzeń zależy od wyniku uzyskanego w pierwszej części:

P (D | A) = 0,2.

P (D | B) = 0,5.

Korzystając z tych wartości można również określić prawdopodobieństwa uzupełnień tych zdarzeń, czyli:

P (E | A) = 1 - P (D | A)

= 1 - 0,2

= 0,8

Y

p (E | B) = 1 - P (D | B)

= 1 - 0,5

= 0,5.

Teraz zdarzenie D można zapisać następująco:

Korzystanie z twierdzenia o mnożeniu dla wyników prawdopodobieństwa warunkowego:

Który odpowiada na pierwsze pytanie.

Teraz musimy tylko obliczyć P (A | D), do którego stosuje się twierdzenie Bayesa:

Dzięki twierdzeniu Bayesa można stwierdzić, że prawdopodobieństwo, że telefon komórkowy został wykonany przez maszynę A, wiedząc, że telefon komórkowy jest uszkodzony, wynosi 0,319.

Ćwiczenie 2

W trzech pudełkach znajdują się czarne i białe kulki. Skład każdego z nich jest następujący: U1 = 3B, 1N, U2 = 2B, 2N, U3 = 1B, 3N.

Jedno z pudełek jest wybierane losowo i losowana jest kulka, która okazuje się być biała. Jakie pudełko zostało najprawdopodobniej wybrane?

Rozwiązanie

Używając U1, U2 i U3, będziemy również reprezentować wybrane pole.

Zdarzenia te stanowią podział S i weryfikuje się, że P (U1) = P (U2) = P (U3) = 1/3, ponieważ wybór skrzynki jest losowy.

Jeśli B = wylosowana piłka jest biała, otrzymamy P (B | U1) = 3/4, P (B | U2) = 2/4, P (B | U3) = 1/4 .

Chcemy uzyskać prawdopodobieństwo, że piłka została wyjęta z pudełka Ui wiedząc, że wspomniana piłka była biała, to znaczy P (Ui | B), i zobaczyć, która z trzech wartości była najwyższa do poznania z którego pudełka najprawdopodobniej nastąpiło wyjęcie białej bili.

Stosując twierdzenie Bayesa do pierwszego z prostokątów:

A dla pozostałych dwóch:

P (U2 | B) = 2/6 i P (U3 | B) = 1/6.

Wtedy pierwsze z pudełek jest tym z największym prawdopodobieństwem, że zostało wybrane do ekstrakcji białej kulki..

Bibliografia

  1. Kai Lai Chung. Elementarna teoria proability z procesami stochastycznymi. Springer-Verlag New York Inc.
  2. Kenneth.H. Rosen, matematyka dyskretna i jej zastosowania. S.A. MCGRAW-HILL / INTERAMERICANA DE ESPAÑA.
  3. Paul L. Meyer. Prawdopodobieństwo i aplikacje statystyczne. S. A. MEKSYKAŃSKA ALHAMBRA.
  4. Dr Seymour Lipschutz 2000 Rozwiązane problemy matematyki dyskretnej. McGRAW-HILL.
  5. Dr Seymour Lipschutz Problemy teorii i prawdopodobieństwa. McGRAW-HILL.

Jeszcze bez komentarzy