Podmíněná pravděpodobnost - Conditional probability
Část série na statistika |
Teorie pravděpodobnosti |
---|
![]() |
v teorie pravděpodobnosti, podmíněná pravděpodobnost je měřítkem pravděpodobnost z událost vzhledem k tomu, že již došlo k jiné události (na základě předpokladu, domněnky, tvrzení nebo důkazu).[1] Pokud je zajímavá událost A a událost B je známo nebo se předpokládá, že k němu došlo, "podmíněná pravděpodobnost A daný B"nebo" pravděpodobnost A pod podmínkou B", se obvykle píše jako P (A|B),[2][3] nebo někdy PB(A) nebo P (A/B). Například pravděpodobnost, že kterákoli daná osoba kašle v kterýkoli daný den, může být pouze 5%. Pokud však víme nebo předpokládáme, že je člověk nemocný, je mnohem pravděpodobnější, že bude kašlat. Například podmíněná pravděpodobnost, že někdo špatně kašle, může být 75%, v takovém případě bychom to měli P (kašel) = 5% a P (kašel | nemocný) = 75%.
Podmíněná pravděpodobnost je jedním z nejdůležitějších a základních pojmů v teorii pravděpodobnosti.[4] Podmíněné pravděpodobnosti však mohou být docela kluzké a mohou vyžadovat pečlivou interpretaci.[5] Například nemusí existovat kauzální vztah mezi nimi A a Ba nemusí nastat současně.
P (A|B) se může nebo nemusí rovnat P (A) (bezpodmínečná pravděpodobnost A). Li P (A|B) = P (A), pak události A a B se říká, že jsou nezávislý: v takovém případě znalosti o žádné události nemění jejich vzájemnou pravděpodobnost. P (A|B) (podmíněná pravděpodobnost A daný B) se obvykle liší od P (B|A). Například pokud osoba má dengue, mohou mít 90% šanci na pozitivní test na dengue. V tomto případě se měří událost if B ("mít dengue"), pravděpodobnost A (test je pozitivní) vzhledem k tomu B (mít dengue) došlo k 90%: to znamená, P (A|B) = 90%. Alternativně, pokud má člověk pozitivní test na horečku dengue, může mít pouze 15% šanci, že bude mít toto vzácné onemocnění, protože falešně pozitivní rychlost testu může být vysoká. V tomto případě se měří pravděpodobnost události B (mít dengue) vzhledem k tomu, že událost A (test je pozitivní) vyskytl se: P (B|A) = 15%. Falešné vyrovnání dvou pravděpodobností může vést k různým chybám v uvažování, jako je klam základní sazby. Podmíněné pravděpodobnosti lze zvrátit pomocí Bayesova věta.
Podmíněné pravděpodobnosti lze zobrazit v a tabulka podmíněné pravděpodobnosti.
Definice
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/Conditional_probability.svg/220px-Conditional_probability.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9c/Probability_tree_diagram.svg/220px-Probability_tree_diagram.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Venn_Pie_Chart_describing_Bayes%27_law.png/220px-Venn_Pie_Chart_describing_Bayes%27_law.png)
Podmínka události
Kolmogorovova definice
Vzhledem k tomu dva Události A a B z sigma-pole pravděpodobnostního prostoru s bezpodmínečná pravděpodobnost z B být větší než nula (tj. P (B)>0)podmíněná pravděpodobnost A daný B je definován jako kvocient pravděpodobnosti společné události A a Ba pravděpodobnost z B:[3][6][7]
kde je pravděpodobnost, že obě události A a B nastat. To lze vizualizovat jako omezení prostoru vzorku na situace, ve kterých B dojde. Logika za touto rovnicí je, že pokud jsou možné výsledky pro A a B jsou omezeny na ty, ve kterých B dojde, tato sada slouží jako nový ukázkový prostor.
Všimněte si, že výše uvedená rovnice je definice - nikoli teoretický výsledek. Jen označíme množství tak jako a nazvěme to podmíněnou pravděpodobností A daný B.
Jako axiom pravděpodobnosti
Někteří autoři, jako např de Finetti, raději zavést podmíněnou pravděpodobnost jako axiom pravděpodobnosti:
Ačkoli matematicky ekvivalentní, toto může být preferováno filozoficky; pod majorem pravděpodobnostní interpretace, tak jako subjektivní teorie podmíněná pravděpodobnost je považována za primitivní entitu. Dále tento „multiplikační axiom“ zavádí symetrii s axiomem součtu pro vzájemně se vylučující události:[8]
Jako pravděpodobnost podmíněné události
Podmíněnou pravděpodobnost lze definovat jako pravděpodobnost podmíněné události . The Goodman – Nguyen – van Fraassen podmíněnou událost lze definovat jako
To lze ukázat
který splňuje Kolmogorovovu definici podmíněné pravděpodobnosti.
Teoretická definice míry
Li P (B)=0, pak podle jednoduché definice, P (A|B) je nedefinováno. Je však možné definovat podmíněnou pravděpodobnost s ohledem na a σ-algebra takových událostí (například těch, které vyplývají z a spojitá náhodná proměnná ).
Například pokud X a Y jsou nedegenerované a společně spojité náhodné proměnné s hustotou ƒX,Y(X,y), pak (za předpokladu, že B má pozitivní opatření )
Případ kde B má nulovou míru je problematické. Pro ten případ B=y0}, představující jediný bod, lze podmíněnou pravděpodobnost definovat jako:
Tento přístup však vede k Paradox Borel – Kolmogorov. Obecnější případ nulové míry je ještě problematičtější, jak je patrné z poznámky, že limit, jako všechny δyi přiblížit se nule, z
závisí na jejich vztahu, když se blíží nule. Vidět podmíněné očekávání Pro více informací.
Podmínka na náhodné proměnné
Nechat X být náhodná proměnná; předpokládáme to z důvodu prezentace X je konečný, to znamená,X přebírá jen konečně mnoho hodnot X. Nechat A být událost, pak podmíněná pravděpodobnost A daný X je definována jako náhodná proměnná, zapsaná P (A|X), která nabývá na hodnotě
kdykoli
Formálněji
Podmíněná pravděpodobnost P (A|X) je funkce X. Například. pokud je funkce G je definován jako
pak
Všimněte si, že P (A|X) a X jsou nyní oba náhodné proměnné. Z zákon celkové pravděpodobnosti, očekávaná hodnota z P (A|X) se rovná bezpodmínečnému pravděpodobnost z A.
Částečná podmíněná pravděpodobnost
Částečná podmíněná pravděpodobnostje o pravděpodobnosti události vzhledem k tomu, že každá z podmínek podmínky došlo do určité míry (stupeň víry, stupeň zkušeností), které se mohou lišit od 100%. Částečně podmíněná pravděpodobnost má smysl, pokud jsou podmínky testovány opakováním experimentů vhodné délky .[9] Takový - omezenou částečnou podmíněnou pravděpodobnost lze definovat jako podmíněně očekáváno průměrný výskyt události v testbedech délky které splňují všechny specifikace pravděpodobnosti, tj.:
Na základě toho lze definovat částečnou podmíněnou pravděpodobnost jako
kde [9]
Jeffreyova kondicionace[10][11]je speciální případ částečné podmíněné pravděpodobnosti, ve kterém musí podmínkové události tvořit a rozdělit:
Příklad
Předpokládejme, že někdo tajně hodí dvě spravedlivé šestistrany kostky, a chceme vypočítat pravděpodobnost, že face-up hodnota prvního je 2, vzhledem k informaci, že jejich součet není větší než 5.
- Nechat D1 být hodnota, na kterou se valí zemřít 1.
- Nechat D2 být hodnota, na kterou se valí zemřít 2.
Pravděpodobnost, že D1 = 2
Tabulka 1 ukazuje ukázkový prostor 36 kombinací válcovaných hodnot dvou kostek, z nichž každá se vyskytuje s pravděpodobností 1/36, přičemž čísla zobrazená v červených a tmavě šedých buňkách jsou D1 + D2.
D1 = 2 z přesně 6 z 36 výsledků; tím pádem P(D1 = 2) = 6⁄36 = 1⁄6:
stůl 1 + D2 1 2 3 4 5 6 D1 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9 10 5 6 7 8 9 10 11 6 7 8 9 10 11 12
Pravděpodobnost, že D1 + D2 ≤ 5
Tabulka 2 to ukazuje D1 + D2 ≤ 5 pro přesně 10 z 36 výsledků, tedy P(D1 + D2 ≤ 5) = 10⁄36:
Tabulka 2 + D2 1 2 3 4 5 6 D1 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9 10 5 6 7 8 9 10 11 6 7 8 9 10 11 12
Pravděpodobnost, že D1 = 2 vzhledem k tomu D1 + D2 ≤ 5
Tabulka 3 ukazuje, že u 3 z těchto 10 výsledků D1 = 2.
Podmíněná pravděpodobnost P (D1 = 2 | D1+D2 ≤ 5) = 3⁄10 = 0.3:
Tabulka 3 + D2 1 2 3 4 5 6 D1 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9 10 5 6 7 8 9 10 11 6 7 8 9 10 11 12
Tady, v dřívější notaci pro definici podmíněné pravděpodobnosti, podmíněná událost B je to D1 + D2 ≤ 5 a událost A je D1 = 2. Máme jak je vidět v tabulce.
Použít v závěru
v statistická inference, podmíněná pravděpodobnost je aktualizací pravděpodobnosti událost na základě nových informací.[5] Nové informace lze začlenit následovně:[1]
- Nechat A, událost zájmu, být v ukázkový prostor, řekněme (X,P).
- Výskyt události A vědět tu událost B došlo nebo bude, znamená výskyt A jak je omezeno na B, tj. .
- Bez vědomí výskytu B, informace o výskytu A by prostě byl P(A)
- Pravděpodobnost A vědět tu událost B došlo nebo bude, bude pravděpodobnost ve vztahu k P(B), pravděpodobnost, že B vyskytl se.
- Výsledkem je kdykoli P(B)> 0 a 0 jinak.
Tento přístup vede k míře pravděpodobnosti, která je v souladu s původní mírou pravděpodobnosti a splňuje všechny Kolmogorovovy axiomy. Toto opatření podmíněné pravděpodobnosti také mohlo vycházet z předpokladu, že relativní velikost pravděpodobnosti A s ohledem na X bude zachována s ohledem na B (srov. formální derivace níže).
V dokumentu se obvykle používá výraz „důkaz“ nebo „informace“ Bayesovská interpretace pravděpodobnosti. Podmíněná událost je interpretována jako důkaz podmíněné události. To znamená, P(A) je pravděpodobnost A před účtováním důkazů E, a P(A|E) je pravděpodobnost A po zohlednění důkazů E nebo po aktualizaci P(A). To je v souladu s frekventovaným výkladem, což je první výše uvedená definice.
Statistická nezávislost
Události A a B jsou definovány jako statisticky nezávislé -li
Li P(B) není nula, pak je to ekvivalentní tvrzení, že
Podobně, pokud P(A) tedy není nula
je také ekvivalentní. Ačkoli se odvozené formy mohou zdát intuitivnější, nejedná se o upřednostňovanou definici, protože podmíněné pravděpodobnosti mohou být nedefinované a upřednostňovaná definice je A a B.
Nezávislé události vs. vzájemně se vylučující události
Pojmy vzájemně nezávislé události a vzájemně se vylučující události jsou oddělené a odlišné. Následující tabulka porovnává výsledky pro oba případy (za předpokladu, že pravděpodobnost podmíněné události není nulová).
Pokud je statisticky nezávislý | Pokud se vzájemně vylučují | |
---|---|---|
0 | ||
0 | ||
0 |
Ve skutečnosti vzájemně se vylučující události nemohou být statisticky nezávislé (pokud nejsou možné obě), protože znalost toho, že dojde k jednomu, poskytuje informace o druhém (zejména to, že k druhému určitě nedojde).
Běžné omyly
- Tyto omyly by se neměly zaměňovat s rokem Robert K. Shope z roku 1978 „podmíněný klam“, která se zabývá srovnávacími příklady, které prosit o otázku.
Za předpokladu, že podmíněná pravděpodobnost má podobnou velikost jako její inverzní
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bf/Bayes_theorem_visualisation.svg/300px-Bayes_theorem_visualisation.svg.png)
Obecně se to nedá předpokládat P(A|B) ≈ P(B|A). To může být zákeřná chyba, dokonce i pro ty, kteří jsou velmi obeznámeni se statistikami.[12] Vztah mezi P(A|B) a P(B|A) darováno Bayesova věta:
To znamená, P (A|B) ≈ P (B|A) jen když P(B)/P(A) ≈ 1 nebo ekvivalentně, P(A) ≈ P(B).
Za předpokladu, že okrajové a podmíněné pravděpodobnosti jsou podobné velikosti
Obecně se to nedá předpokládat P(A) ≈ P(A|B). Tyto pravděpodobnosti jsou propojeny prostřednictvím zákon celkové pravděpodobnosti:
kde události tvoří spočet rozdělit z .
Tento klam může vzniknout skrz zkreslení výběru.[13] Například v souvislosti s lékařským tvrzením, ať SC být událost, že a následky (chronické onemocnění) S nastává v důsledku okolností (akutní stav) C. Nechat H být případ, že jednotlivec vyhledá lékařskou pomoc. Předpokládejme, že ve většině případů C nezpůsobuje S (aby P(SC) je nízký). Předpokládejme také, že lékařská péče je vyhledávána, pouze pokud S došlo kvůli C. Ze zkušeností pacientů proto může lékař chybně usoudit, že P(SC) je vysoký. Skutečná pravděpodobnost pozorovaná lékařem je P(SC|H).
Nadměrné nebo podvážené priority
Je voláno nebrat v úvahu předchozí pravděpodobnost částečně nebo úplně zanedbání základní sazby. Opačná, nedostatečná úprava z předchozí pravděpodobnosti je konzervatismus.
Formální odvození
Formálně, P(A | B) je definována jako pravděpodobnost A podle nové funkce pravděpodobnosti ve vzorovém prostoru, takže výsledky nejsou v B mají pravděpodobnost 0 a že je v souladu se všemi původními pravděpodobnostní opatření.[14][15]
Nechť Ω je a ukázkový prostor s základní události {ω} a necháme P být mírou pravděpodobnosti s ohledem na σ-algebra Ω. Předpokládejme, že nám bylo řečeno, že událost B Occurred Ω došlo. Nové rozdělení pravděpodobnosti (označené podmíněnou notací) má být přiřazeno dne {ω} aby to odrážely. Všechny události, které nejsou v B bude mít v nové distribuci nulovou pravděpodobnost. Pro události v B, musí být splněny dvě podmínky: pravděpodobnost B je jedna a relativní velikosti pravděpodobností musí být zachovány. První je vyžadován axiomy pravděpodobnosti, a toto vyplývá ze skutečnosti, že nové míra pravděpodobnosti musí být obdobou P ve kterém je pravděpodobnost B je jedna - a každá událost, která není v B, proto má nulovou pravděpodobnost. Proto pro nějaký faktor měřítka α, nová distribuce musí splňovat:
Nahrazením 1 a 2 do 3 vyberte α:
Nové rozdělení pravděpodobnosti tedy je
Nyní pro obecnou událost A,
Viz také
- Bayesova věta
- Paradox Borel – Kolmogorov
- Pravidlo řetězu (pravděpodobnost)
- Pravděpodobnosti členství ve třídě
- Podmíněná nezávislost
- Podmíněné rozdělení pravděpodobnosti
- Podmíněnost (pravděpodobnost)
- Společné rozdělení pravděpodobnosti
- Monty Hall problém
- Párově nezávislé rozdělení
- Zadní pravděpodobnost
- Pravidelná podmíněná pravděpodobnost
Reference
- ^ A b Gut, Allan (2013). Pravděpodobnost: Postgraduální kurz (Druhé vydání.). New York, NY: Springer. ISBN 978-1-4614-4707-8.
- ^ "Seznam symbolů pravděpodobnosti a statistik". Matematický trezor. 2020-04-26. Citováno 2020-09-11.
- ^ A b "Podmíněná pravděpodobnost". www.mathsisfun.com. Citováno 2020-09-11.
- ^ Ross, Sheldon (2010). První kurz pravděpodobnosti (8. vydání). Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-603313-4.
- ^ A b Casella, George; Berger, Roger L. (2002). Statistická inference. Duxbury Press. ISBN 0-534-24312-6.
- ^ Kolmogorov, Andrey (1956), Základy teorie pravděpodobnosti, Chelsea
- ^ "Podmíněná pravděpodobnost". www.stat.yale.edu. Citováno 2020-09-11.
- ^ Gillies, Donald (2000); „Filozofické teorie pravděpodobnosti“; Routledge; Kapitola 4 „Subjektivní teorie“
- ^ A b C Draheim, Dirk (2017). „Zobecněná Jeffreyova kondicionace (častá sémantika částečné kondicionace)“. Springer. Citováno 19. prosince 2017.
- ^ Jeffrey, Richard C. (1983), Logika rozhodnutí, 2. vydání, University of Chicago Press, ISBN 9780226395821
- ^ „Bayesiánská epistemologie“. Stanfordská encyklopedie filozofie. 2017. Citováno 29. prosince 2017.
- ^ Paulos, J.A. (1988) Innumeracy: Matematická negramotnost a její důsledkyHill a Wang. ISBN 0-8090-7447-8 (str a násl.)
- ^ Thomas Bruss, F; Der Wyatt Earp Effekt; Spektrum der Wissenschaft; Březen 2007
- ^ George Casella a Roger L. Berger (1990), Statistická inference, Duxbury Press, ISBN 0-534-11958-1 (str a násl.)
- ^ Grinstead a Snell Úvod do pravděpodobnosti, str. 134
externí odkazy
- Weisstein, Eric W. "Podmíněná pravděpodobnost". MathWorld.
- F. Thomas Bruss Der Wyatt-Earp-Effekt oder die betörende Macht kleiner Wahrscheinlichkeiten (v němčině), Spektrum der Wissenschaft (německé vydání časopisu Scientific American), svazek 2, 110–113, (2007).
- Vizuální vysvětlení podmíněné pravděpodobnosti