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  • 最大后验估计和最大似然估计

    上学期,在学习《信号检测与估计理论》这门课程是就接触了:
    最大后验估计(maximum a posteriori probability estimate, 简称MAP)和最大似然估计(maximum-likelihood estimation, 简称MLE)。
    学的时候没打弄明白其原理,就会按照书上的例子,照猫画虎,应付一下考试!不过最近要用到这两个东西了,所以从新学习了。

    其实这两个参数估计方法计算起来都很简单。关键在于如何理解其原理,就是要问一下:问什么要这么估计?这么估计有什么道理在?
    下面是我自己的理解,说得过去,但不知道对不对?
    假设你得到某个或者某些特定的观察数据 x,然后需要根据x ,估计未知的总体参数 θ。

    一个自然的想法就是:在所有可能的θ取值中,逐个寻找,直到找到一个值\widehat{\theta},能够让你获得观测数据x的“可能性”最大。
    实际上就是寻找θ使概率P(x, θ)最大。

    对于MAP来说,θ是已知先验概率密度函数P(θ)的随机变量。

    对于MLE来说,θ是非随机变量或者分布未知的随机变量,这两种情况都可以认为P(θ)均匀分布的,即P(θ)=C。

    下面来个具体的例子:

    假设有五个袋子,各袋中都有无限量的饼干(樱桃口味或柠檬口味),已知五个袋子中两种口味的比例分别是

    樱桃 100%

    樱桃 75% + 柠檬 25%

    樱桃 50% + 柠檬 50%

    樱桃 25% + 柠檬 75%

    柠檬 100%

    如果只有如上所述条件,那问从同一个袋子中连续拿到2个柠檬饼干,那么这个袋子最有可能是上述五个的哪一个?

    我们首先采用最大似然估计来解这个问题,写出似然函数。假设从袋子中能拿出柠檬饼干的概率为p(我们通过这个概率p来确定是从哪个袋子中拿出来的),则似然函数可以写作

    由于p的取值是一个离散值,即上面描述中的0,25%,50%,75%,1。我们只需要评估一下这五个值哪个值使得似然函数最大即可,得到为袋子5。这里便是最大似然估计的结果。

    上述最大似然估计有一个问题,就是没有考虑到模型本身的概率分布,下面我们扩展这个饼干的问题。

    假设拿到袋子1或5的机率都是0.1,拿到2或4的机率都是0.2,拿到3的机率是0.4,那同样上述问题的答案呢?这个时候就变MAP了。我们根据公式写出我们的MAP函数。

    根据题意的描述可知,p的取值分别为0,25%50%75%1g的取值分别为0.10.2,0.4,0.2,0.1.分别计算出MAP函数的结果为:0,0.0125,0.1,0.1125,0.1.
    由上可知,通过MAP估计可得结果是从第四个袋子中取得的最高。

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