平凡又神奇的贝叶斯方法
来源: | 作者:k君 | 发布时间: 2016-08-02 | 149 次浏览 | 分享到:
题记n概率论只不过是把常识用数学公式表达了出来。 ——拉普拉斯n n记得读本科的时候,最喜欢到城里的计算机书店里面去闲逛,一逛就是好几个小时;有一次,在书店看到一本书,名叫贝叶斯方法。当时数学系的课程还没有学到概率统计。我心想,一个方法能够专门写出一本书来,肯定很牛逼。后来,我发现当初的那个朴素归纳推理成立了——这果然是个牛逼的方法。n n0.前言n n这是一篇关于贝叶斯方法的科普文,我会尽量少用公式,多用平白的语言叙述,多举实际例子。更严格的公式和计算我会在相应的地方注明参考资料。贝叶斯方法被证明是非常 general 且强大的推理框架,文中你会看到很多有趣的应用。n n1.历史n n托马斯·贝叶斯(Thomas Bayes)同学的详细生平在这里。以下摘一段 wikipedia 上的简介:n所谓的贝叶斯方法源于他生前为解决一个“逆概”问题写的一篇文章,而这篇文章是在他死后才由他的一位朋友发表出来的。在贝叶斯写这篇文章之前,人们已经能够计算“正向概率”,如“假设袋子里面有N个白球,M个黑球,你伸手进去摸一把,摸出黑球的概率是多大”。而一个自然而然的问题是反过来:“如果我们事先并不知道袋子里面黑白球的比例,而是闭着眼睛摸出一个(或好几个)球,观察这些取出来的球的颜色之后,那么我们可以就此对袋子里面的黑白球的比例作出什么样的推测”。这个问题,就是所谓的逆概问题。n实际上,贝叶斯当时的论文只是对这个问题的一个直接的求解尝试,并不清楚他当时是不是已经意识到这里面包含着的深刻的思想。然而后来,贝叶斯方法席卷了概率论,并将应用延伸到各个问题领域,所有需要作出概率预测的地方都可以见到贝叶斯方法的影子,特别地,贝叶斯是机器学习的核心方法之一。n n这背后的深刻原因在于,现实世界本身就是不确定的,人类的观察能力是有局限性的(否则有很大一部分科学就没有必要做了——设想我们能够直接观察到电子的运行,还需要对原子模型争吵不休吗?),我们日常所观察到的只是事物表面上的结果,沿用刚才那个袋子里面取球的比方,我们往往只能知道从里面取出来的球是什么颜色,而并不能直接看到袋子里面实际的情况。n n这个时候,我们就需要提供一个猜测(hypothesis,更为严格的说法是“假设”,这里用“猜测”更通俗易懂一点),所谓猜测,当然就是不确定的(很可能有好多种乃至无数种猜测都能满足目前的观测),但也绝对不是两眼一抹黑瞎蒙——具体地说,我们需要做两件事情:n1. 算出各种不同猜测的可能性大小。n2. 算出最靠谱的猜测是什么。第一个就是计算特定猜测的后验概率,对于连续的猜测空间则是计算猜测的概率密度函数。第二个则是所谓的模型比较,模型比较如果不考虑先验概率的话就是最大似然方法。n n