從經驗中學習 | 機率生活例子

貝氏定理(Bayes' theorem)是機率論中,一個概念簡單卻非常強大的定理。

有了機率 ... 這篇將利用生活上我們(或人工智慧)常需要考慮的事情當作引子,如今天的下雨機率是多少? ... 在上面的例子中,大雄觀察到三個現象:.從經驗中學習-直觀理解貝氏定理及其應用今天會下雨嗎?讓我們帶點數字進去貝氏定理初顯鋒芒大雄不死心:單純貝式動動腦時間從人腦到電腦:讓機器幫我們做判斷小心!你的經驗可靠嗎?總結貝氏定理機率機器學習從經驗中學習-直觀理解貝氏定理及其應用2018-05-25(Fri)20,971views貝氏定理(Bayes'theorem)是機率論中,一個概念簡單卻非常強大的定理。

有了機率論的存在,人們才能理性且合理地評估未知事物發生的可能性(例:今天的下雨機率有多少?我中樂透的可能性有多高?),並透過貝氏定理搭配經驗法則來不斷地改善目前的認知,協助我們做更好的決策。

英國數學家哈羅德·傑弗里斯甚至說過:貝氏定理之於機率論,就像是畢氏定理之於幾何學。

因為其簡單且強大的特性,被廣泛應用在醫療診斷以及機器學習等領域。

網路並不缺貝氏定理的教學文章,但多數以機率公式出發,不夠直觀(至少以我個人來說),就算理解了也不易內化成自己的知識。

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14658489(圖片來源)因此這篇將利用生活上我們(或人工智慧)常需要考慮的事情當作引子,如:今天的下雨機率是多少?這封email是垃圾郵件的可能性有多高?醫生說我得癌症了,這可靠度有多高?(好吧,或許這沒那麼常發生)來直觀地了解貝氏定理是怎麼被應用在各式各樣的地方。

我們甚至可以效仿貝氏定理的精神,讓自己能更理性地評估未知並從經驗中學習。

廢話不多說,讓我們開始吧!今天會下雨嗎?¶在實際說明貝氏定理的公式把你嚇跑之前,讓我們先做個簡單的假想實驗來說明貝氏定理的精神。

假設大雄一早準備出門跟靜香見面,正在考慮要不要帶傘出門。

起床的時候他想:「這地區不太會下雨,不需要帶傘吧!」往窗外一看,大雄眉頭一皺,發現烏雲密佈。

「痾有烏雲,感覺下雨機率上升了,但好懶得帶傘..先吃完早餐再說吧。

」走到廚房,發現餐桌上一大堆螞蟻在開趴。

「依據老媽的智慧,螞蟻往屋內跑代表下雨機率又提升了。

真的不得不帶傘了嗎..不不不!我不要帶好麻煩!」想著想著,這時候靜香打電話過來了:「胖虎說他也要去喔!」「蛤你說什麼!?」胖虎是有名的雨男,每次跟他出遊都會下雨。

依照這個經驗以及前面看到的幾個現象,最後大雄放棄掙扎,帶著雨傘出門了。

在上面的例子中,大雄觀察到三個現象:烏雲密佈螞蟻開趴胖虎出沒依據他過往的經驗,這些現象都會使得降雨的機率提升,讓他逐漸改變剛起床的時候「今天不太會下雨」的想法,最後決定帶傘出門。

這個決策的轉變過程,其實就是貝氏定理的精神:針對眼前發生的現象以及獲得的新資訊,搭配過往經驗,來修正一開始的想法。

實際上,大雄已經在腦海中進行了多次貝氏定理的運算而不自知(我家大雄哪有那麼聰明)。

現在讓我們用比較數學的方式來重現大雄腦海中的運算。

讓我們帶點數字進去¶在了解貝氏定理的目的以後,讓我們以發生比(odds)的方式來闡述定理。

發生比很簡單,就只是列出兩個(或以上)的事件分別(可能)發生的次數。

使用發生比的好處是可以很容易地比較不同事件發生的相對次數。

後面會看到,我們也能把發生比轉成機率。

假設依據過往氣象紀錄,大雄住的地區一年365天中有270天放晴,下雨的天數為365-270=95天。

則下雨的發生比為:雨天數:晴天數=95:270你可以把發生比想像成是一種相對關係,上面這個發生比代表,在大雄所住的地區,每觀測到95個雨天的日子,我們同時會觀測到270個晴天。

晴天約是雨天的三倍之多(270/95)。

轉換成機率來看的話,就是把雨天的天數,去除以所有天數:95/(95+270)=0.26=26%一年也就只有26%的降雨機會,這也是為何大雄一開始在還沒觀察到新現象(烏雲、螞蟻及胖虎)的時候,合理認為今天「應該」不會下雨的原因。

我們再繼續假設,依據大雄的過往經驗,他發現:雨天時,早上烏雲密佈的頻率是晴天時出現烏雲的9倍這個9倍是怎麼來的呢?這其實是所謂的概度比(likelihoodratio)。
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