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社区首页 >专栏 >图解统计学 10 | 贝叶斯公式与全概率公式

图解统计学 10 | 贝叶斯公式与全概率公式

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白墨石
发布2023-03-08 15:21:39
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发布2023-03-08 15:21:39
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文章被收录于专栏:生信情报站

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西瓜:50个

香蕉:30个

橙子:20个

为了方便顾客挑选,放在如下的格子里,每个格子放一个水果,总共 100 个

概率

现在有一人前来买水果,那么可以算出他买某种水果的概率:

西瓜:

P(A_1) = 50/100 = 0.5

香蕉:

P(A_2) = 30/100 = 0.3

橙子:

P(A_3) = 20/100 = 0.2

我们统计下买某种水果的概率,并记录为表1

联合概率

水果质量乘次不齐,会有少量的坏果,顾客一般从外观难以分辨。

但是作为经验老道的老板,大概知道有几个坏果,用较深的颜色统计每种水果中的坏果,从图中可以看到:

西瓜里有 10 个坏果

香蕉里有 3 个坏果

橙子里有 4 个坏果

那么顾客既选西瓜又选到坏果的概率是

西瓜:

P(A_1,B) = 10/100 = 0.1

这里,顾客既选西瓜A_1又选到坏果B的概率用P(x_1,y)表示,逗号用来表示两件事同时发生。

其他的类似:

香蕉:

P(A_2,B) = 3/100 = 0.03

橙子:

P(A_3,B) = 4/100 = 0.04

我们统计下顾客挑选某种水果且有坏果的概率表,记录为表2

条件概率

与之前不同,顾客现在就想买颗西瓜,他选到坏果的概率是多少?

西瓜:

P(B|A_1) = 10/50 = 0.2

这里,顾客从西瓜里选到坏果的概率用

P(B|A_1)

表示,

其中 |表示在 A_1发生的前提下又发生B的概率。

其他水果:

香蕉:

P(B|A_2) = 3/30 = 0.1

橙子:

P(B|A_3) = 4/20 = 0.2

我们统计下顾客从某种水果挑选到坏果的概率表,记录为表3

现在我们把以上三张表整理成一张表

我们会惊奇的发现一个规律:

西瓜:

P(A_1,B)=P(A_1)P(B|A_1)=0.5 \times 0.2 = 0.1

香蕉:

P(A_2,B)=P(A_2)P(B|A_2)=0.3 \times 0.1 = 0.03

橙子:

P(A_3,B)=P(A_3)P(B|A_3)=0.2 \times 0.5 = 0.04

恭喜你,已经发现了联合概率公式

P(A_i,B)=P(A_i)P(B|A_i)

利用幼儿园的乘除法,可以转化为:

P(B|A_i)=\frac{P(A_i,B)}{P(A_i)}

这就是所谓的条件概率公式。

条件概率也可以用集合图表示,其实就是用

P(A_i,B)

联合概率(交集) 除以

P(A_i)

全概率公式

现在统计下顾客选到坏果的概率为:

P(B)=(10+3+4)/100=0.17

再拿过来刚刚的统计表

我们现在发现又一条规律:

P(B)=P(A_1,B)+P(A_2,B)+P(A_3,B)=0.1+0.03+0.04=0.17

在现实生活中,我们并不能直接得到

P(A_i,B)

的值,或者获取难度太大。

一般只能获得某个事件发生的概率

P(A_i)

或在 A 事件发生后 B 事件发生的条件概率

P(B|A_i)

,

因此,代入刚刚推导出的联合概率公式,

也就是使用

P(A_i)P(B|A_i)

来指代

P(A_i,B)

,得到:

P(B)=P(A_1)P(B|A_1)+P(A_2)P(B|A_2)+P(A_3)P(B|A_3)\\=0.5\times0.2+0.3\times0.1+0.2\times0.2=0.17

以上就是所谓的全概率公式

我们一般见到的数学表示形式如下:

P(B) = P(A_1)P(B|A_1) + P(A_2)P(B|A_2)+...+P(A_n)P(B|A_n) = \sum_{i=1}^nP(A_i)P(B|A_i)

贝叶斯公式

现在,坏果作为促销商品,那么顾客想从坏果中选到西瓜的概率是多少,也就是计算

P(A_1|B)

**注意:**这里需要区分

P(A_1|B)

P(B|A_1)

二者的区别

P(B|A_1)

指的是选西瓜这件事已经确定的情况下,从中选坏果的概率,用图表示

P(A_1|B)

指的是在坏果已经确定的情况下,从中选西瓜的概率,用图表示

根据上图,很容易得到坏果总共有 17 个,其中 10 个西瓜:

P(A_1|B)=\frac{10}{17}

用符号代替:

P(A_1|B)=\frac{P(A_1,B)}{P(B)}=\frac{P(A_1)P(B|A_1)}{P(B)}

根据联合概率公式:

关于为什么要使用联合概率公式转换,参考上一小节

P(A_1|B)=\frac{P(A,B)}{P(B)}=\frac{P(A_1)P(B|A_1)}{P(B)}

根据全概率公式:

P(A_1|B)=\frac{P(A_1)P(B|A_1)}{P(B)}=\frac{P(A_1)P(B|A_1)}{P(A_1)P(B|A_1)+P(A_2)P(B|A_2)+P(A_3)P(B|A_3)}

这个就是所谓的贝叶斯公式

代入值

P(A_1|B)=\frac{0.5\times0.2}{0.3\times0.1+0.5\times0.2+0.2\times0.2} = \frac{1}{0.17} = \frac{10}{17}
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原始发表:2023-01-21,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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