平凡又神奇的贝叶斯方法
来源: | 作者:k君 | 发布时间: 2016-08-02 | 2776 次浏览 | 分享到:
n n图中有多少个箱子?特别地,那棵书后面是一个箱子?还是两个箱子?还是三个箱子?还是.. 你可能会觉得树后面肯定是一个箱子,但为什么不是两个呢?如下图:n nn n很简单,你会说:要是真的有两个箱子那才怪了,怎么就那么巧这两个箱子刚刚好颜色相同,高度相同呢?n n用概率论的语言来说,你刚才的话就翻译为:猜测 h 不成立,因为 P(D | h) 太小(太巧合)了。我们的直觉是:巧合(小概率)事件不会发生。所以当一个猜测(假设)使得我们的观测结果成为小概率事件的时候,我们就说“才怪呢,哪能那么巧捏?!”n n现在我们可以回到那个自然语言二义性的例子,并给出一个完美的解释了:如果语法结构是 The girl saw the-boy-with-a-telecope 的话,怎么那个男孩偏偏手里拿的就是望远镜——一个可以被用来 saw-with 的东东捏?这也忒小概率了吧。他咋就不会拿本书呢?拿什么都好。怎么偏偏就拿了望远镜?所以唯一的解释是,这个“巧合”背后肯定有它的必然性,这个必然性就是,如果我们将语法结构解释为 The girl saw-with-a-telescope the boy 的话,就跟数据完美吻合了——既然那个女孩是用某个东西去看这个男孩的,那么这个东西是一个望远镜就完全可以解释了(不再是小概率事件了)。n n自然语言二义性很常见,譬如上文中的一句话:n n参见《决策与判断》以及《Rationality for Mortals》第12章:小孩也可以解决贝叶斯问题n n就有二义性:到底是参见这两本书的第 12 章,还是仅仅是第二本书的第 12 章呢?如果是这两本书的第 12 章那就是咄咄怪事了,怎么恰好两本书都有第 12 章,都是讲同一个问题,更诡异的是,标题还相同呢?n n注意,以上做的是似然估计(即只看 P(D | h) 的大小),不含先验概率。通过这两个例子,尤其是那个树后面的箱子的例子我们可以看到,似然估计里面也蕴含着奥卡姆剃刀:树后面的箱子数目越多,这个模型就越复杂。单个箱子的模型是最简单的。似然估计选择了更简单的模型。n n这个就是所谓的贝叶斯奥卡姆剃刀(Bayesian Occam’s Razor),因为这个剃刀工作在贝叶斯公式的似然(P(D | h) )上,而不是模型本身( P(h) )的先验概率上,后者是传统的奥卡姆剃刀。关于贝叶斯奥卡姆剃刀我们再来看一个前面说到的曲线拟合的例子:如果平面上有 N 个点,近似构成一条直线,但绝不精确地位于一条直线上。这时我们既可以用直线来拟合(模型1),也可以用二阶多项式(模型2)拟合,也可以用三阶多项式(模型3),.. ,特别地,用 N-1 阶多项式便能够保证肯定能完美通过 N 个数据点。那么,这些可能的模型之中到底哪个是最靠谱的呢?前面提到,一个衡量的依据是奥卡姆剃刀:越是高阶的多项式越是繁复和不常见。然而,我们其实并不需要依赖于这个先验的奥卡姆剃刀,因为有人可能会争辩说:你怎么就能说越高阶的多项式越不常见呢?我偏偏觉得所有阶多项式都是等可能的。好吧,既然如此那我们不妨就扔掉 P(h) 项,看看 P(D | h) 能告诉我们什么。我们注意到越是高阶的多项式,它的轨迹弯曲程度越是大,到了八九阶简直就是直上直下,于是我们不仅要问:一个比如说八阶多项式在平面上随机生成的一堆 N 个点偏偏恰好近似构成一条直线的概率(即 P(D | h) )有多大?太小太小了。反之,如果背后的模型是一条直线,那么根据该模型生成一堆近似构成直线的点的概率就大得多了。这就是贝叶斯奥卡姆剃刀。n n这里只是提供一个关于贝叶斯奥卡姆剃刀的科普,强调直观解释,更多理论公式请参考 MacKay 的著作 《Information Theory : Inference and Learning Algorithms》第 28 章。n n