關于李航《統計學習方法》第4章樸素貝葉斯法的一些理解

貝葉斯決策

貝葉斯公式如下:
P(Y|X)=\frac{p(X|Y)p(Y)}{p(X)}
? 其中:p(Y)為先驗概率,表示每種類別分布的概率;P(X|Y):類條件概率,表示在某一類別情況下,某個事件發生的概率;而P(Y|X)為后驗概率,表示某事發生了,并且它屬于某一類別的概率。

? p(X)通??梢岳萌怕使角蟮?n為y的類別數):
p(X)=\sum_{i=1}^{n}{p(x|y_i)p(y_i)}
? 這兩個公式大家應該都比較熟悉,這里舉個例子:已知:某個商店里的顧客中男性與女性的比例為2:1,男性購買商品的概率為1/2,而女性購買商品的概率為2/3。問題:假如有一個顧客在商店里買了商品,請問他的性別為男性或女性的概率分別是多少?

? 本題就是典型的某個事情被觀測到了,求它屬于某一類的概率。即為后驗概率,后面再來介紹什么是先驗概率和后驗概率。

? 設:x_1 = 購買商品,x_2 = 不購買商品,y_1 = 男性,y_2 = 女性

? 由題意可得:
先驗概率\quad p(y_1)=\frac{2}{3},p(y_2)=\frac{1}{3}

類條件概率\quad p(x_1|y_1)=\frac{1}{2},p(x_2|y_1)=\frac{1}{2},p(x_1|y_2)=\frac{2}{3},p(x_2|y_2)=\frac{1}{3}

假設男性和女性購買商品是相互獨立的,可以由全概率公式計算p(x_1):
p(x_1)=p(x_1|y_1)p(y_1)+p(x_1|y_2)p(y_2)=\frac{5}{9}
根據貝葉斯公式可以計算出:
p(y_1|x_1)=\frac{p(x_1|y_1)p(y_1)}{p(x_1)}=\frac{1/2\times2/3}{5/9}=\frac{3}{5}

p(y_2|x_1)=\frac{p(x_1|y_2)p(y_2)}{p(x_1)}=\frac{2/3\times1/3}{5/9}=\frac{2}{5}

所以,如果這個人購買了商品,那么他是男性的概率為3/5。

? 拿這個例子來解釋下先驗和后驗,先驗表示的是以往的經驗,是從經驗中獲取的概率,比如拋硬幣,即使我們一次都沒有拋,我們仍然約定出現正面的概率為1/2,這就是先驗概率。而后驗概率是在某些事件發生了的情況下,通過這個發生的事件去重新估計原來的概率,比如上題,顧客中男女的比例是2:1,這個概率就是先驗概率,是從以往的經驗(或者顧客訪問數據)得到的,如果沒有任何事情發生的情況下,問一個顧客進店后他是男性還是女性的概率,就可以說男性的概率為2/3,但是現在發生一個事件,就是這個顧客他買了商品,這時候,顧客是哪個性別的概率就發生了改變,這個改變后的概率就是后驗概率,通過貝葉斯公式,我們可以計算出這個后驗概率。

? 以上只是一個簡單的例子來說明貝葉斯公式的應用,那么從這個例子我們延伸到書中復雜的公式呢?我們再看下面一個例子:

? 表格中的訓練數據X表示特征變量(這里舉例只有一個特征,n個特征類似),取值集合為{1,0},Y為類標記,Y\in C= \{ 1,0 \} ?

使用該數據集來學習一個樸素貝葉斯分類器,并確定 **x=1** 時的類標記。

? 你可能覺得這和書上的例4.1很相似,并且更為簡單,但是你要是細心的話,你會發現,這個數據和上面的例題數據一樣。

1 2 3 4 5 6 7 8 9
X 1 0 0 1 1 0 1 0 1
Y 1 1 1 1 1 1 0 0 0

我們計算先驗概率p(y=1)=\frac{6}{9}=\frac{2}{3}\quad ,p(y=0)=\frac{3}{9}=\frac{1}{3}

和類條件概率p(x=1|y=1)=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \quad p(x=0|y=1)=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \quad p(x=1|y=0)=\frac{2}{3} \quad p(x=0|y=0)\frac{1}{3}

你看,要求x=1的情況下,y=0或者1的概率,是不和上面例題一模一樣?

使用例子學習樸素貝葉斯分類器也就是利用已知數據通過統計獲得先驗概率,再計算出類條件概率,從而給出新的事件X時,來估計其后驗概率P(Y|x)。

? 補充:這里會有一個問題,比如某個特征條件的值或某個類別缺失,會導致計算出的概率為0,這點書中有提到。這很好理解,由于數據不充分,導致有一些先驗概率缺失(經驗不足),這樣在出現這些事件時來預測后驗概率,系統就無法做出決策。

? 那么怎么解決這個問題呢?我就拿類別信息缺失的情況下來簡單說明一下。比如Y的取值為{1,2,3,4,5,6},但是我們搜集到的數據只包含了{1,2,4,5,6},這里根據剛才我們的學習方法,就無法得到p(y=3),這時我們不用像剛才一樣去統計數據來估計Y的先驗概率(因為得不完全),而我們可以給Y確定一個先驗概率分布,比如Dirichlet分布,即:
p(Y=y)=\frac{\gamma(\alpha_1+\alpha_2+\cdots+\alpha_k)}{\gamma(\alpha_1)\gamma(\alpha_2)\cdots\gamma(\alpha_k)}p(Y=y_1)^{\alpha_1}\cdots p(Y=y_k)^{\alpha_k}
? 而通常情況下\alpha_1=\alpha_2=\alpha_3\cdots=\alpha_k的情況最符合實際,也就是先驗概率最大,可以令其=\alpha,

? 有了這個先驗概率,我們就可以用上面例題講到的貝葉斯估計來計算Y的后驗分布,取最大的后驗概率就可以估計出我們想要的先驗概率貝葉斯估計P(Y),也就是書中所描述的:
P(Y=c_k)=\frac{\sum_{i=1}^{N}I(y_i=c_k)+\lambda}{N+K\lambda} \quad 其中:\lambda = \alpha-1
? 具體的計算過程就不詳細描述了,就是使用貝葉斯公式計算后驗概率,和上面例題的計算過程實際上是一樣。

? 這里可能大家會看的比較暈乎,實際上所謂的先驗和后驗是相對的,比如我們預先規定P(Y=y)~Dirichlet分布,這是先驗的,而在已知訓練數據Y=\{y_1,y_2,y_3,\cdots,y_m\}?發生的情況下,用貝葉斯公式去估計P(Y=c_k)?的真實概率,這里這個P(Y=c_k)?在這時稱為后驗概率,因為他是由訓練數據發生的情況下對先驗的Dirichlet分布進行更新后的概率。但是當我們在使用這個概率對新的數據進行預測時,這個概率實際上就是先驗的概率分布了。

最后編輯于
?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯系作者
平臺聲明:文章內容(如有圖片或視頻亦包括在內)由作者上傳并發布,文章內容僅代表作者本人觀點,簡書系信息發布平臺,僅提供信息存儲服務。
  • 序言:七十年代末,一起剝皮案震驚了整個濱河市,隨后出現的幾起案子,更是在濱河造成了極大的恐慌,老刑警劉巖,帶你破解...
    沈念sama閱讀 228,983評論 6 537
  • 序言:濱河連續發生了三起死亡事件,死亡現場離奇詭異,居然都是意外死亡,警方通過查閱死者的電腦和手機,發現死者居然都...
    沈念sama閱讀 98,772評論 3 422
  • 文/潘曉璐 我一進店門,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來,“玉大人,你說我怎么就攤上這事?!?“怎么了?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 176,947評論 0 381
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵,是天一觀的道長。 經常有香客問我,道長,這世上最難降的妖魔是什么? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 63,201評論 1 315
  • 正文 為了忘掉前任,我火速辦了婚禮,結果婚禮上,老公的妹妹穿的比我還像新娘。我一直安慰自己,他們只是感情好,可當我...
    茶點故事閱讀 71,960評論 6 410
  • 文/花漫 我一把揭開白布。 她就那樣靜靜地躺著,像睡著了一般。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪。 梳的紋絲不亂的頭發上,一...
    開封第一講書人閱讀 55,350評論 1 324
  • 那天,我揣著相機與錄音,去河邊找鬼。 笑死,一個胖子當著我的面吹牛,可吹牛的內容都是我干的。 我是一名探鬼主播,決...
    沈念sama閱讀 43,406評論 3 444
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼!你這毒婦竟也來了?” 一聲冷哼從身側響起,我...
    開封第一講書人閱讀 42,549評論 0 289
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎,沒想到半個月后,有當地人在樹林里發現了一具尸體,經...
    沈念sama閱讀 49,104評論 1 335
  • 正文 獨居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內容為張勛視角 年9月15日...
    茶點故事閱讀 40,914評論 3 356
  • 正文 我和宋清朗相戀三年,在試婚紗的時候發現自己被綠了。 大學時的朋友給我發了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點故事閱讀 43,089評論 1 371
  • 序言:一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡,死狀恐怖,靈堂內的尸體忽然破棺而出,到底是詐尸還是另有隱情,我是刑警寧澤,帶...
    沈念sama閱讀 38,647評論 5 362
  • 正文 年R本政府宣布,位于F島的核電站,受9級特大地震影響,放射性物質發生泄漏。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環境...
    茶點故事閱讀 44,340評論 3 347
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望。 院中可真熱鬧,春花似錦、人聲如沸。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 34,753評論 0 28
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽。三九已至,卻和暖如春,著一層夾襖步出監牢的瞬間,已是汗流浹背。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 36,007評論 1 289
  • 我被黑心中介騙來泰國打工, 沒想到剛下飛機就差點兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道東北人。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 51,834評論 3 395
  • 正文 我出身青樓,卻偏偏與公主長得像,于是被迫代替她去往敵國和親。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子,可洞房花燭夜當晚...
    茶點故事閱讀 48,106評論 2 375