文章目錄

• 概率論與貝葉斯先驗
• • 概率論基礎
  • • 問題代碼
    • 圖像
    • • 本福特定律
      • • 應用：公路堵車模型
        • • 代碼模型
          • 初速不同：影響不大
          • 減速概率：影響大
        • 應用：商品推薦
        • • 解答
    • 概率公式
    • • 應用
      • 樣本貝葉斯公式
    • 分布
    • • 兩點分布
      • 二項分布
      • 泊松分布
      • • 期望和方差表示強度應用
      • 均勻分布
      • 指數分布
      • • 無記憶性
        • 半記憶性
      • 正態(tài)分布
      • • EX
        • DX
        • 代碼
        • 圖像
      • Beta分布
      • • 期望
        • 圖像
      • 指數族
      • • 伯努利分布應用
        • • 參數Logistic方程
      • 作用：分類需要假定模型
      • • 得到似然函數
    • 事件獨立性
  • 統(tǒng)計量
  • • 期望
    • • 性質
      • 應用
      • • 答案
        • 代碼
        • 進一步思考
      • 應用2
    • 方差
    • • 性質
      • • 應用
        • 切爾雪夫不等式
        • • 應用
    • 協(xié)方差
    • • 意義
      • • 協(xié)方差上界
        • • 上界證明
      • 協(xié)方差矩陣
    • 相關系數為0不相關
    • • 代碼
      • 一次
      • 二次
      • 正切
      • 二次函數
      • 橢圓
  • 大數定律
  • • 意義
    • 推論
    • • 引用
  • 中心極限定理
  • • 意義
    • 應用

概率論與貝葉斯先驗

概率論基礎

統(tǒng)計數字的概率
給定某正整數N，統(tǒng)計從1到N！的所有數中，首位數字出現1的概率。
進而，可以計算首位數字是2的概率，是3的概率，從而得到一條“九點分布”

問題代碼

def first_digital(x):while x>=10:x/=10return x if _name_=="_main_":n=1frequency=[0]*9//造一個數據for i in range(1,1000):n*=im=first_digital(n)-1frequency[m]+=1print frequencyplt.plot(frequency,'r-',linewidth=2)plt.plot(frequency,'go',makersize=8) plt.grid(True)plt.show

圖像

本福特定律

應用：公路堵車模型

路面上有N輛車，以不同速度向前行駛，模擬堵車問題。有以下假設：

假設某輛車當前速度是v

若前方可見范圍沒車，則它下一秒車速提升至v+1，直到達到最高的規(guī)定速度。

若前方有車，前方車的距離為d，且d<v,則它下一秒車速降至d-1

每輛車會議隨機概率減速v-1

代碼模型

path=5000 #環(huán)形公路長度 n=100 #公路中的車輛數目 v0=5 #車輛初始速度 p=0.3 #隨機減速概率 Times=3000 np.random.send(0) x=xp.random.rand(n)*path x.sort() v=np.title([v0],n).astype(np.float)plt.figure(figize=(10,8),facecolor for t in range(Times):plt.scatter(x,[t])*n,s=1,c='k',for i in range(n):if x[(i+1)%n]>x[i]:d=x[(i+1)%n]-x[i]else:d=path-x[i]+x[(i+1)if v[i]<d:if np.random.rand()>p:v[i]+=1else:v[i]-=1else:v[i]=d-1v=v.clip(0,150)x+=vclip(x,path) plt.xlim(0,path) plt.ylim(0,path) plt.xlabel(u'車輛位置',fontsize=16) plt.ylabel(u'模擬時間',fontsize=16) plt.title(u'環(huán)形公路車輛模擬',fontsize=16) plt.tight_layout(pad=2) plt.show()

其中c，python隨機是偽隨機

初速不同：影響不大

減速概率：影響大

應用：商品推薦

商品推薦場景中過于聚焦的商品推薦往往會損害用戶的購物體驗，在有些場景中，系統(tǒng)會通過一定程度的隨機性給用戶帶來發(fā)現的驚喜感

假設某推薦場景中，經計算A和B兩個商品與當前訪問用戶匹配度分別為0.8分和0.2分，系統(tǒng)將隨機為A生成一個均勻分布于0和0.8的最終評分，為B生成一個均勻分布于0和0.2最終評分，并計算最終B分數大于A分數概率

解答

A=B直線上方區(qū)域即為B>A情況

概率公式

條件概率

全概率公式

貝葉斯公式

應用

樣本貝葉斯公式

分布

兩點分布

二項分布

泊松分布

推導

期望和方差

期望和方差表示強度應用

均勻分布

指數分布

分部積分法 中間減

無記憶性

半記憶性

馬爾可夫模型

正態(tài)分布

EX

DX

代碼

import... mp1.rcParams['axes.unicode_minus']=False mp1.rcParams['font.sans-serif']='SimMEI'if __name__='__main__':x1,x2=np.mgrid[-5:-5:51j,-5:-5:51j]x=np.stack((x1,x2),axis=2)plt.figure(figsize=(9,8),facecolar='w')sigma=(np.identity(2）,np.diag((3,3)),np.diag((2,5)),np.array(((2,1),(2,5)))for i in np.arrange(4):ax=plt.subplot(2,2,i+1,projection='3d')norm=states.multivariate_normal((0,0),sigma[i])y=norm.pdf(x)ax.plot_surface(x1,x2,y,cmap=cm.Accent,rstride=4,cstride=4,alpha=0.9,lw=0.3)ax.set_xlabel(u'X')ax.set_ylabel(u'Y')ax.set_zlabel(u'Z')plt.suptitle(u'二元高斯分布方差比較',fontsize=18)plt.tight_layout(1.5)plt.show()

圖像

方差大，半軸長

斜的

Beta分布

推導過程

期望

圖像

指數族

指數族分布：一個峰可能是指數族：高斯分布

多個峰一定不是指數族分布

伯努利分布應用

推導參數Logistic方程

參數Logistic方程

作用：分類需要假定模型

得到似然函數

事件獨立性

給定A和B事件，若有P（AB)=P(A)P(B) 則稱事件A和B相互獨立
說明
A和B獨立，則P(A|B)=P(A)
實踐中往往根據兩個事件是否互相影響而判斷獨立性，如給定M個樣品，若干次采樣等情形，往往假設他們相互獨立
思考：給出A,B相互包容的信息量的定義I(A,B)要求：如果A,B獨立，則I(A,B)=0

統(tǒng)計量

期望

離散型
連續(xù)型
概率加權下“平均值”

性質

無條件成立
E(kX)=kE(X)
E(X+Y)=E(x)+E(Y)
若X和Y相互獨立
E(XY)=E(X)E(Y)
反之不成立。事實上，若E(XY)=E(X)E(Y),只能說明X和Y不相關

應用

從1，2，3……98，99，2015這100個數中任意選擇若干個數（可能為0個數）求異或，是求異或期望值

答案

首先我們來分析 2015這個值，

在1,2,3,…,98,99這99個數中任意選擇若干個數的選法一共有種，

而在1,2,3,…,98,99,2015這100個數中任意選擇若干個數的選法一共有

種，

因此在全部的選法中，出現2015的概率為（2^100-299）/2^100=0.5
分析1～99 和2015這些數的特點

（2015） = 111 1101 1111

（99） = 000 0110 0011

我們發(fā)現：前4位取0或1，完全是由2015這個數決定的。

因此，設，每一位的取值用Xi表示

前4位 中每一位 P（Xi = 1）= P（出現2015）= 1/2
分析除前四位的其他位
設第 i 位共有n個1，m個0
采樣取到1的個數為K

因為，一列數據求異或時，0其實不起作用的，主要還是看1的個數，偶數個1 異或記過為0，基數個1 異或為結果為1.

代碼

進一步思考

應用2

方差

性質

應用

切爾雪夫不等式

應用

協(xié)方差

獨立，協(xié)方差為0
協(xié)方差為0，不相關， 不一定獨立，線性獨立

意義

協(xié)方差是兩個隨機變量具有相同方向變化趨勢的度量
若Cov（X,Y)>0,他們變化趨勢相同
若Cov（X,Y)<0,他們變化趨勢相反
若Cov（X,Y)=0,稱x和y不相關

協(xié)方差上界

上界證明

協(xié)方差矩陣

相關系數為0不相關

代碼

def calc_pearson(x,y):std1=np.std(x)std2=np.std(x)cov=np.cov(x,y,bias=True)[0,1]return cov/(std1*std2) def pearson(x,y,tip):clrs=list('rgbmyc')plt.figure(figsize=(10,8),facecolor='w')for i,theta in enumerate(np.linspace(0,90,6)):xr,yr=rotate(x,y,theta)p=states.pearson(xr,yr)[0]print'旋轉角度:',theta,'Pearson相關系數:',pstr=u'相關系數:%.3f'%pplt.scatter(xr,yr,s=40,alpha=0.9,lineswidth=0.5,c=clr)plt.legend(loc='upper left',shadow=True)plt.xlabel(u'x') plt.ylabel(u'y')plt.title(u'Pearson相關系數與數據分布:%s'% tip,fontsize=18)plt.grid(b=True)plt.show()

一次

tip=u'一次函數關系' x=np.random.rand(N) y=np.zero(N)+np.random.randn(N)*0.001

二次

tip=u'二次函數關系' x=np.random.rand(N) y=x**2

正切

tip=u'正切關系' x=np.random.rand(N)*1.4 y=np.tan(x)

二次函數

tip=u'二次函數關系' x=np.linspace(-1,1,101) y=x**2

橢圓

tip=u'橢圓' x,y=np.random.rand(2,N)*60-30 y/=5 idx=(x**2/900+y**2/36<1) x=x[idx] y=y[idx]

大數定律

意義

推論

一次實驗中事件A發(fā)生概率為p；重復n次獨立實驗中
事件A發(fā)生了nA次，則p，n，nA關系滿足

引用

上述事件為我們實際應用中用頻率來估計概率提供一個理論依據
正態(tài)分布的參數估計
樸素貝葉斯做垃圾郵件分類
隱性馬爾可夫模型做有監(jiān)督學習

中心極限定理

意義

實際問題中，很多隨機現象可以看作許多因素的獨立影響 綜合反應，很多近似服從正態(tài)分布
城市耗電量：大量用戶的耗電量綜合
測量誤差：許多觀察不到微小的變化
注意：多個隨機變量的和才可以，有些問題乘性誤差，則需要鑒別或者取對數后才可以使用
線性回歸中，使用該理論論證最小二乘法

應用

總結

以上是生活随笔為你收集整理的概率论与贝叶斯先验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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