Czy Bayesianie akceptują aksjomaty Kołmogorowa?


24

Zazwyczaj teorii prawdopodobieństwa uczy się z aksjomatami Kolgomorova. Czy Bayesianie akceptują również aksjomaty Kołmogorowa?


8
Teoria bayesowska wynika ze standardowych aksjomatów prawdopodobieństwa, stąd też z aksjomatów Kołmogorowa.
— Xi'an

3
@ Xi'an: Subiektywne stopnie przekonania mogą być reprezentowane przez prawdopodobieństwo nie jest tak oczywiste - stąd pytanie i praca Ramseya i de Finetti.
— Scortchi - Przywróć Monikę

2
Właśnie dlatego jestem „obiektywnym” Bayesianem i zaczynam od wcześniejszych rozkładów określonych zgodnie ze standardami teorii prawdopodobieństwa ...
— Xi'an

2
Uważam, że interpretacja prawdopodobieństwa Coxa-Jaynesa stanowi rygorystyczną podstawę prawdopodobieństwa Bayesa. (patrz moja odpowiedź). Byłoby jednak miło mieć opinię Xi'ana na ten temat.
— Szczyt

1
@Summit: dziękuję, ale obawiam się, że nie jestem bardzo zainteresowany tym problemem ...!
— Xi'an

Odpowiedzi:


25

Moim zdaniem interpretacja prawdopodobieństwa Coxa-Jaynesa stanowi rygorystyczną podstawę prawdopodobieństwa Bayesa:

  • Cox, Richard T. „Prawdopodobieństwo, częstotliwość i rozsądne oczekiwania”. American Journal of Physics 14.1 (1946): 1-13.
  • Jaynes, Edwin T. Teoria prawdopodobieństwa: logika nauki. Prasa uniwersytecka Cambridge, 2003.
  • Beck, James L. „Identyfikacja systemu bayesowskiego na podstawie logiki prawdopodobieństwa”. Kontrola strukturalna i monitorowanie zdrowia 17.7 (2010): 825–847.

Aksjomaty logiki prawdopodobieństwa wyprowadzone przez Coxa to:

  1. Pr[b|a]≥0
  2. (P2): (funkcja negacji)Pr[b¯|a]=1−Pr[b|a]
  3. (P3): (funkcja koniunkcji)Pr[b∩c|a]=Pr[c|b∩a]Pr[b|a]

Aksjomaty P1-P3 sugerują, co następuje (Beck, James L. „Identyfikacja systemu bayesowskiego na podstawie logiki prawdopodobieństwa.” Kontrola strukturalna i monitorowanie stanu zdrowia 17.7 (2010): 825-847):

  1. (P4): a) ; b) ; c)Pr[b|b∩c]=1Pr [ b | c ] ∈ [ 0 , 1 ]Pr[b¯|b∩c]=0Pr[b|c]∈[0,1]
  2. (P5): a) , b) , gdzie oznacza, że jest zawarte w , a oznacza, że jest równoważne .Pr [ a | c ∩ ( a ⇔ b ) ] = Pr [ b | c ∩ ( a ⇔ b ) ] a ⇒ b a c a ⇔ b a bPr[a|c∩(a⇒b)]≤Pr[b|c∩(a⇒b)]Pr[a|c∩(a⇔b)]=Pr[b|c∩(a⇔b)]a⇒baca⇔bab
  3. (P6):Pr[a∪b|c]=Pr[a|c]+Pr[b|c]−Pr[a∩b|c]
  4. (P7): Zakładając, że twierdzenie stwierdza, że ​​jedno i tylko jedno zdanie jest prawdziwe, to: b 1 , … , b Ncb1,…,bN
    • a) Twierdzenie o marginalizacji:Pr[a|c]=∑n=1NP[a∩bn|c]
    • b) Twierdzenie o całkowitym prawdopodobieństwie:Pr[a|c]=∑n=1NPr[a|bn∩c]Pr[bn|c]
    • c) Twierdzenie Bayesa: Dla :Pr [ b k | a ∩ c ] = Pr [ a | b k ∩ c ] Pr [ b k | c ]k=1,…,NPr[bk|a∩c]=Pr[a|bk∩c]Pr[bk|c]∑n=1NPr[a|bn∩c]Pr[bn|c]

Wskazują na logikę Kołmogorowa, która może być postrzegana jako szczególny przypadek.

W mojej interpretacji bayesowskiego punktu widzenia wszystko zawsze (domyślnie) zależy od naszych przekonań i naszej wiedzy.

Poniższe porównanie zaczerpnięto z Becka (2010): identyfikacja systemu bayesowskiego na podstawie logiki prawdopodobieństwa

Bayesowski punkt widzenia

Prawdopodobieństwo jest miarą prawdopodobieństwa stwierdzenia opartego na określonych informacjach.

  1. Rozkłady prawdopodobieństwa reprezentują stany wiarygodnej wiedzy o układach i zjawiskach, a nie ich nieodłączne właściwości.
  2. Prawdopodobieństwo modelu jest miarą jego prawdopodobieństwa względem innych modeli w zestawie.
  3. Pragmatycznie określa niepewność z powodu brakujących informacji bez twierdzenia, że ​​wynika to z naturalnej losowości natury.

Punkt widzenia Frequentist

Prawdopodobieństwo to względna częstotliwość występowania z natury losowego zdarzenia w długim okresie .

  1. Rozkłady prawdopodobieństwa są nieodłącznymi właściwościami zjawisk losowych.
  2. Ograniczony zakres, np. Brak znaczenia dla prawdopodobieństwa modelu.
  3. Zakłada się nieodłączną losowość , ale nie można jej udowodnić.

Jak uzyskać aksjomaty Kołmogorowa z powyższych aksjomatów

Poniżej sekcja 2.2 [Beck, James L. "Identyfikacja systemu bayesowskiego na podstawie logiki prawdopodobieństwa." Kontrola strukturalna i monitorowanie stanu zdrowia 17.7 (2010): 825-847.] Podsumowano:

W poniższym przykładzie wykorzystujemy: miarę prawdopodobieństwa na podzbiorze A zbioru skończonego X :Pr(A)AX

  1. [K1]:Pr(A)≥0,∀A⊂X
  2. [K2]:Pr(X)=1
  3. [K3]: jeśli A i B są rozłączne.Pr(A∪B)=Pr(A)+Pr(B),∀A,B⊂XAB

Aby wyprowadzić (K1-K3) z aksjomatów teorii prawdopodobieństwa, [Beck, 2010] wprowadził propositon który stwierdza x ∈ X i określa model prawdopodobieństwa dla x . [Beck, 2010] ponadto wprowadza Pr ( A ) = Pr [ x ∈ A | π ] .πx∈XxPr(A)=Pr[x∈A|π]

  • P1 oznacza K1, i c = πb={x∈A}c=π
  • K2 wynika z ; P4 (a) i gatunku stwierdza, że x ∈ X .Pr[x∈X|π]=1πx∈X
  • K3 można wyprowadzić z P6: i B są rozłączne, co oznacza, że x ∈ A i x ∈ B wykluczają się wzajemnie. Dlatego K3: Pr ( x ∈ A ∪ B | π ) = Pr ( x ∈ A | π ) + Pr ( x ∈ B | π )ABx∈Ax∈B Pr(x∈A∪B|π)=Pr(x∈A|π)+Pr(x∈B|π)

5
Z K3 możesz dostać się do (skończona addytywność), ale nie do trzeciego aksjomatu Kołmogorowa, Pr ( ∪ ∞ i = 1 A i ) = ∑ ∞ i = 1 Pr ( A i ) (addytywność policzalna), gdy A są elementami σPr(∪i=1nAi)=∑i=1nPr(Ai)Pr(∪i=1∞Ai)=∑i=1∞Pr(Ai)Aσ-field, a nie tylko podzbiory zbioru skończonego.
— Scortchi - Przywróć Monikę

2
@Scortchi KRKoch we wstępie do statystyki bayesowskiej cytuje Bernardo i Smitha (1994), Bayesian Theory, s. 105, jako źródło pokazujące, jak rozwiązać policzalną nieskończoność. Nie sprawdziłem tego, ale równie dobrze można go tutaj podać.
— gwr

12

Po opracowaniu teorii prawdopodobieństwa konieczne było wykazanie, że luźniejsze koncepcje odpowiadające nazwie „prawdopodobieństwo” mierzyły się z rygorystycznie zdefiniowaną przez nich koncepcją. „Subiektywne” prawdopodobieństwa Bayesa zostały wzięte pod uwagę przez Ramseya i de Finetti, którzy niezależnie wykazali, że kwantyfikacja stopnia przekonania podlega ograniczeniom porównywalności i spójności (twoje przekonania są spójne, jeśli nikt nie jest w stanie stworzyć holenderskiej książki przeciwko tobie) być prawdopodobieństwem.

Różnice między aksjatyzacjami są w dużej mierze kwestią gustu w kwestii tego, co powinno być tym, co zdefiniowane, a co pochodną. Ale policzalna addytywność jest jedną z Kołmogorowa, która nie jest pochodną Coxa ani Finettiego, i była kontrowersyjna. Niektórzy Bayesianie (np. De Finetti i Savage) zatrzymują się na skończonej addytywności, więc nie akceptują wszystkich aksjomatów Kołmogorowa. Mogą umieszczać jednolite rozkłady prawdopodobieństwa w nieskończonych przedziałach bez niewłaściwości. Inni podążają za Villegasem, zakładając także ciągłość monotonną i uzyskując z tego policzalną addytywność.

Ramsey (1926), „Prawda i prawdopodobieństwo”, w Ramsey (1931), Podstawy matematyki i inne eseje logiczne

de Finetti (1931), „Sul znaczącoato soggettivo della probabilità”, Fundamenta Mathematicæ , 17 , s. 298–329

Villegas (1964), „O prawdopodobieństwie jakościowym -algebras”, Ann. Matematyka Statystyk. , 35 , 4.σ


3
Dlaczego moja odpowiedź powinna dotyczyć tylko „obiektywnych prawdopodobieństw bayesowskich”? Przełomowe dzieło Coxa (1946) wyraźnie odnosi się do kwestii podmiotowości! Jest to bardzo interesujący i łatwy do odczytania artykuł. Nie sądzę, aby rozróżnianie prawdopodobieństwa Bayesa „subiektywnego” i „obiektywnego” miało sens: wszystko jest zawsze domyślnie uwarunkowane dla osoby przeprowadzającej analizę -> iw tym kontekście „subiektywne”.
— Szczyt

odnośnie wyprowadzenia aksjomatów stwierdzonych przez Kołmogorowa z Coxa: jestem zadowolony ze sposobu, w jaki zostało to zrobione w sekcji 2.2 Beck, James L. „Identyfikacja systemu bayesowskiego na podstawie logiki prawdopodobieństwa”. Kontrola strukturalna i monitorowanie zdrowia 17.7 (2010): 825–847.
— Szczyt

1
@Summit: (1) Masz rację; raczej raczej dyspozycyjne podejście Ramsey & de Finetti do prawdopodobieństwa umieszcza je wprost w „subiektywnym” obozie, podczas gdy pogląd Coxa jest bardziej ogólny. (2) Czy mówisz, że adekwatną addytywność można wywnioskować z postulatów Coxa?
— Scortchi - Przywróć Monikę

Rozszerzyłem swoją odpowiedź i czekam na wasze komentarze.
— Szczyt

1
@Summit: Dzięki - mam nadzieję, że znajdę czas, aby uczynić mój nawet w połowie tak dokładnym. Zwróciłem uwagę na lukę między miejscem, do którego można dojść z twierdzenia Coxa a „pełnymi” aksjomatami Kołmogorowa, i uważam, że jest to szczególnie istotne dla pytania (choć o tym całkowicie zapomniałem, kiedy pierwszy raz odpowiedziałem). Jaynes miał kilka ciekawych rzeczy do powiedzenia na temat tej BTW.
— Scortchi - Przywróć Monikę
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.