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  • 概率图模型(PGM)学习笔记(四)-贝叶斯网络-伯努利贝叶斯-多项式贝叶斯

    之前忘记强调了一个重要差别:条件概率链式法则和贝叶斯网络链式法则的差别

    条件概率链式法则


     

    贝叶斯网络链式法则,如图1


    图1



     

    乍一看非常easy认为贝叶斯网络链式法则不就是大家曾经学的链式法则么,事实上不然,后面详述。

     

    上一讲谈到了概率分布的因式分解


    能够看到条件概率的独立性能够直接从概率分布表达式看出来

     

    我们已经用概率图模型把概率关系用图形化G表示了,独立性能从图上直接看出来吗?

    当然。上一讲已经详解过了概率图中概率的流动关系.

    当G已知时。S和D之间的概率才干相互影响。

    以下定义一个依赖隔离的概念。

     

    依赖隔离(D-separation)

    在Z已知的情况下,X与Y之间没有通路。

    则称之为X与Y依赖隔离。记作


     

    介绍个定理:“图不通就独立定理”(当然是为了好理解)

    这个定理是说,若概率图满足依赖隔离


    则有X与Y条件独立


     

    来证明一下。如今用的是贝叶斯网络链式法则。如图2


    图2


    利用的还是之前那个把求和拆分的Trick。这里要注意一開始求和的脚标是G、I、L

    如今分给了3部分L和G部分求和后当然就等于了1,可是I部分则不然,被求和的部分是S。而求和脚标是I,这样就没法继续合并了。只是我们回忆之前的独立等价条件最后一条是说:


    这样就搞定了,发现D与S还是独立的。

    这样就证明了“图不通就独立定理”。

     

    那么不禁要问,图什么情况下不通呢?

    先说结论:在已知父节点时,该节点与后代节点以外的节点不通。

    姑且叫做“不通原则”

    说的好啰嗦,直接看图,如图3


    图3


    我们以Letter节点作为样例。他的父节点时Grade,他的子孙是Job和Happy,所以他和剩下来的SAT、Intelligence、Difficulty、Coherence不通了。粗略分析下。这个环上面走不通是由于Grade已知了;以下走不通是由于Job不知道。分析原理上一讲已经详述了。

     

     

    定义一个Imap

    既然图不通就独立,假设这个不通的图G相应的概率分布是P,我们就称G是P的I-map(independencymap)

     

    假设独立的概率分布P能够依照某个图G分解,那么G就是P的Imap。

    反过来。假设G是概率分布P的Imap,那么P能够依照G来进行分解。

     

    因此概率图的就有了2种等价的观点

    1.概率图G是用来表示概率分布P的。

    2.P是用来表达概率图G所展示的独立关系的。

     

    证明一下概率图和概率分布为啥是一回事

    先写出图1中的条件,如图4所看到的,用条件概率的链式法则写出P,由G中连接关系能够化简成为贝叶斯网络的链式法则


    图4


    尤其注意为什么有


    这里要用到之前说明的“不通原则”,L在已知D、G、I、S的前提下。他的非后代节点(他也没有后代节点)是D、I、S。所以直接去掉。

    这就说明了概率独立关系与概率图的连接关系事实上是一回事。


    以下介绍朴素贝叶斯模型

    这个朴素贝叶斯叫做(Naïve Bayes)又叫(IdiotBayes…)

    主要的朴素贝叶斯模型如图5。


    图5


    全部的X都是条件独立的,即


    由贝叶斯网络的链式法则easy得到


     

    有2类经常使用的朴素贝叶斯模型

    举个样例说明两种贝叶斯模型各自是怎么起作用的。

    如今有一篇文档,由非常多单词组成。如今有2个类别可供选择各自是“有关財务”和“有关宠物”。如今要把这篇文章归档。

     

    其一:伯努利朴素贝叶斯(Bernoulli Naive Bayes)

    伯努利朴素贝叶斯如图6。


    图6


    这样的方式实质上是“查字典”,它把cat、dog、buy这些当做字典里的词目。

    之所以伯努利是由于,这样的方式仅仅管分析文章里面有没有出现词典里的词目,而无论出现了多少次。

    词典的条目都是仅仅有0-1的二项分布随机变量。

    文档属于这两类的概率分别为


    每个小乘积项代表了“假设这是一篇財务文档。能出现cat字眼的概率是0.001”这种意义。


    为啥这个朴素了。由于它如果了每一个词的条目出现是相互不影响的。

     

    其二:多项式朴素贝叶斯(Multinomial Naïve Bayes)

    这样的方式与伯努利有本质不同。如图7


    图7


    W这些单元再也不是词典的条目了,而是待分类文章中的真实单词。

    假如这篇文章写了1991个词,那么就有1991个W

    文档属于这两类的概率依旧分别为


    每个小乘积项代表了“假设这是一篇財务文档。在文章里随意一个位置出现cat的概率是0.001”这种意思。你看表还是那张表,可是如今全然不一样了!

    由于如今要求cat+dog+buy+sell这些概率加起来要等于1。而伯努利没这个限制,随意等于多少。这个差别非常重要。

    为什么这个贝叶斯也是朴素的呢?由于它假定了在文章全部位置出现cat的概率是满足相同的分布的,实际明显不可能好不好。就像“敬爱的”必定一般都会出如今开头。谁会在文章写到一半来句这个。。。

     

     

    总之朴素贝叶斯确实朴素,它仅仅能用于随机变量相关性较弱的情况,但非常多情况实际确实挺弱的。。

    。所以朴素贝叶斯的效果Surprisingly effective

     

    朴素贝叶斯被广泛使用于各种领域。

    这里就不展开了。

    长处还蛮多的。


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