转载一篇写的很好的文章，原文链接：http://blog.csdn.net/baimafujinji/article/details/51374202
贝叶斯定理：一个例子
其实我们在之前介绍朴素贝叶斯分类器时就介绍过它，如果你有点忘了，这里就通过一个例子来帮你回忆一下。
假设有一所学校，学生中60%是男生和40%是女生。女生穿裤子与裙子的数量相同；所有男生穿裤子。现在有一个观察者，随机从远处看到一名学生，因为很远，观察者只能看到该学生穿的是裤子，但不能从长相发型等其他方面推断被观察者的性别。那么该学生是女生的概率是多少？
用事件 G 表示观察到的学生是女生，用事件 T 表示观察到的学生穿裤子。于是，现在要计算的是条件概率 P(G|T) ，我们需要知道：
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P(G) 表示一个学生是女生的概率。由于观察者随机看到一名学生，意味着所有的学生都可能被看到，女生在全体学生中的占比是 40% ，所以概率是 P(G)=0.4 。注意，这是在没有任何其他信息下的概率。这也就是先验概率。后面我们还会详细讨论。
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P(B) 是学生不是女生的概率，也就是学生是男生的概率，这同样也是指在没有其他任何信息的情况下，学生是男生的先验概率。 B 事件是 G 事件的互补的事件，于是易得 P(B)=0.6 。
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P(T|G) 是在女生中穿裤子的概率，根据题目描述，女生穿裙子和穿裤子各占一半，所以 P(T|G)=0.5 。这也就是在给定 G 的条件下，T 事件的概率。
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P(T|B) 是在男生中穿裤子的概率，这个值是1。
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P(T) 是学生穿裤子的概率，即任意选一个学生，在没有其他信息的情况下，该名学生穿裤子的概率。根据全概率公式 P(T)=∑ni=1P(T|Ai)P(Ai)=P(T|G)P(G)+P(T|B)P(B) ，计算得到 P(T)=0.5×0.4+1×0.6=0.8。
根据贝叶斯公式
基于以上所有信息，如果观察到一个穿裤子的学生，并且是女生的概率是
先验概率（Prior probability）
在贝叶斯统计中，先验概率分布，即关于某个变量 X 的概率分布，是在获得某些信息或者依据前，对 X 之不确定性所进行的猜测。这是对不确定性（而不是随机性）赋予一个量化的数值的表征，这个量化数值可以是一个参数，或者是一个潜在的变量。
先验概率仅仅依赖于主观上的经验估计，也就是事先根据已有的知识的推断。例如， X 可以是投一枚硬币，正面朝上的概率，显然在我们未获得任何其他信息的条件下，我们会认为 P(X)=0.5；再比如上面例子中的，P(G)=0.4。
在应用贝叶斯理论时，通常将先验概率乘以似然函数（Likelihood Function）再归一化后，得到后验概率分布，后验概率分布即在已知给定的数据后，对不确定性的条件分布。
似然函数（Likelihood function）
似然函数（也称作似然），是一个关于统计模型参数的函数。也就是这个函数中自变量是统计模型的参数。对于观测结果 x ，在参数集合 θ 上的似然，就是在给定这些参数值的基础上，观察到的结果的概率 L(θ)=P(x|θ) 。也就是说，似然是关于参数的函数，在参数给定的条件下，对于观察到的 x 的值的条件分布。
似然函数在统计推断中发挥重要的作用，因为它是关于统计参数的函数，所以可以用来对一组统计参数进行评估，也就是说在一组统计方案的参数中，可以用似然函数做筛选。
你会发现，“似然”也是一种“概率”。但不同点就在于，观察值 x 与参数 θ 的不同的角色。概率是用于描述一个函数，这个函数是在给定参数值的情况下的关于观察值的函数。例如，已知一个硬币是均匀的（在抛落中，正反面的概率相等），那连续10次正面朝上的概率是多少？这是个概率。
而似然是用于在给定一个观察值时，关于描述参数的函数。例如，如果一个硬币在10次抛落中正面均朝上，那硬币是均匀的（在抛落中，正反面的概率相等）概率是多少？这里用了概率这个词，但是实质上是“可能性”，也就是似然了。
后验概率（Posterior probability）
后验概率是关于随机事件或者不确定性断言的条件概率，是在相关证据或者背景给定并纳入考虑之后的条件概率。后验概率分布就是未知量作为随机变量的概率分布，并且是在基于实验或者调查所获得的信息上的条件分布。“后验”在这里意思是，考虑相关事件已经被检视并且能够得到一些信息。
后验概率是关于参数 θ 在给定的证据信息 X 下的概率，即 P(θ|X) 。若对比后验概率和似然函数，似然函数是在给定参数下的证据信息 X 的概率分布，即 P(X|θ) 。二者有如下关系：
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我们用 P(θ) 表示概率分布函数，用 P(X|θ) 表示观测值 X 的似然函数。后验概率定义为 P(θ|X)=P(X|θ)P(θ)P(X)，注意这也是贝叶斯定理所揭示的内容。
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鉴于分母是一个常数，上式可以表达成如下比例关系（而且这也是我们更多采用的形式）：Posterior probability∝Likelihood×Prior probability
Gamma 函数
Gamma函数 Γ(x) 定义为
通过分部积分法，可以很容易证明Gamma函数具有如下之递归性质
也是便很容易发现，它还可以看做是阶乘在实数集上的延拓，即
在此基础上，我们还可以定义Beta函数如下
Beta函数的另外一种定义形式为（注意这两种定义是等价的）
Beta 分布
之所以提到Gamma函数，那是因为在定义Beta分布时我们会用到它。Beta分布的概率密度函数（PDF）定义为：
或
可见，Beta分布有两个控制参数 a 和 b，而且当这两个参数取不同值时，Beta分布的PDF图形可能会呈现出相当大的差异。
Beta 分布的均值和方差分别有下面两式给出
共轭分布
我们还是从一个例子讲起。假如你有一个硬币，它有可能是不均匀的，所以投这个硬币有 θ 的概率抛出Head，有 (1−θ)的概率抛出Tail。如果抛了五次这个硬币，有三次是Head，有两次是Tail，这个 θ 最有可能是多少呢？如果你必须给出一个确定的值，并且你完全根据目前观测的结果来估计 θ，那么显然你会得出结论 θ=35。
但上面这种点估计的方法显然有漏洞，这种漏洞主要体现在实验次数比较少的时候，所得出的点估计结果可能有较大偏差。大数定理也告诉我们，在重复实验中，随着实验次数的增加，事件发生的频率才趋于一个稳定值。一个比较极端的例子是，如果你抛出五次硬币，全部都是Head。那么按照之前的逻辑，你将估计 θ 的值等于 1。也就是说，你估计这枚硬币不管怎么投，都朝上！但是按正常思维推理，我们显然不太会相信世界上有这么厉害的硬币，显然硬币还是有一定可能抛出Tail的。就算观测到再多次的Head，抛出Tail的概率还是不可能为0。
前面介绍的贝叶斯定理或许可以帮助我们。在贝叶斯学派看来，参数 θ 不再是一个固定的值了，而是满足一定的概率分布！回想一下前面介绍的先验概率和后验概率。在估计 θ 时，我们心中可能有一个根据经验的估计，即先验概率，P(θ)。而给定一系列实验观察结果 X 的条件下，我们可以得到后验概率为
在上面的贝叶斯公式中，P(θ) 就是个概率分布。这个概率分布可以是任何概率分布，比如高斯分布，或者刚刚提过的 Beta 分布。下图是Beta(5,2)的概率分布图。如果我们将这个概率分布作为 P(θ)，那么我们在还未抛硬币前，便认为 θ 很可能接近于0.8，而不大可能是个很小的值或是一个很大的值。换言之，我们在抛硬币前，便估计这枚硬币更可能有0.8的概率抛出正面。
虽然 P(θ) 可以是任何种类的概率分布，但是如果使用Beta 分布，会让之后的计算更加方便。我们接着继续看便知道这是为什么了。况且，通过调节 Beta 分布中的 a 和 b，你可以让这个概率分布变成各种你想要的形状！Beta 分布已经很足够表达我们事先对 θ 的估计了。
现在我们已经估计好了 P(θ) 为一个 Beta 分布，那么 P(X|θ) 是多少呢？其实就是个二项（Binomial）分布。继续以前面抛5次硬币抛出3次Head的观察结果为例，X=抛5次硬币3次结果为Head的事件， 则 P(X|θ)=C52θ3(1−θ)2。
贝叶斯公式中分母上的 P(X) 是个Normalizer，或者叫做边缘概率。在 θ 是离散的情况下，P(X) 就是 θ 为不同值的时候，P(X|θ) 的求和。例如，假设我们事先估计硬币抛出正面的概率只可能是0.5或者0.8，那么 P(X)=P(X|θ=0.5)+P(X|θ=0.8)，计算时分别将 θ=0.5 和 θ=0.8 代入到前面的二项分布公式中。而如果我们采用 Beta 分布，θ的概率分布在[0,1]之间是连续的，所以要用积分，即
下面的证明就告诉我们：P(θ) 是个 Beta 分布，那么在观测到“X=抛5次硬币中出现3个head”的事件后，P(θ|X)依旧是个 Beta 分布！只是这个概率分布的形状因为观测的事件而发生了变化。