最大似然估計(jì)與最大后驗(yàn)估計(jì)

前言

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MLE VS MAP

最大似然函數(shù)(MLE)和最大后驗(yàn)概率估計(jì)(MAP)是兩種完全不同的估計(jì)方法零蓉,最大似然函數(shù)屬于頻率派統(tǒng)計(jì)(認(rèn)為存在唯一真值 θ),最大后驗(yàn)估計(jì)屬于貝葉斯統(tǒng)計(jì)(認(rèn)為 θ 是一個(gè)隨機(jī)變量大刊,符合一定的概率分布)为迈,這是兩種認(rèn)識(shí)方法的差異。模型不變缺菌,概率是參數(shù)推數(shù)據(jù)葫辐,統(tǒng)計(jì)是數(shù)據(jù)推參數(shù)。

最大似然估計(jì)

似然函數(shù)是一種關(guān)于模型中參數(shù)的函數(shù)伴郁,是根據(jù)模型的觀測值耿战,估計(jì)模型中參數(shù)的值。給定輸出 x 焊傅,關(guān)于 θ 的似然函數(shù) L(θ|x) 數(shù)值上等于給定參數(shù) θ 后變量 X 的概率昆箕。其數(shù)學(xué)定義為:

L(θ|x)=f_θ(x)=P_θ(X=x)

最大似然估計(jì)是其中的一種好的估計(jì)鸦列,在樣本趨近于無窮時(shí),最大似然是收斂率最好的漸進(jìn)估計(jì)鹏倘,且由于它的一致性和統(tǒng)計(jì)效率薯嗤,在機(jī)器學(xué)習(xí)中也是首選的估計(jì)方法。在獨(dú)立同分布情況下:

\hatθ_{MLE}=argmaxP(X;θ)=argmaxP(x_1;θ)P(x_2;θ)...P(x_n;θ) =argmax\log\prod_{i=1}^nP(x_i;θ)\\\\=argmax\sum_{i=1}^n\log P(x_i;θ) =argmin-\sum_{i=1}^n\log P(x_i;θ)//負(fù)對數(shù)似然

由于對數(shù)函數(shù)單調(diào)增纤泵,因此想要求 L 的最大值骆姐,可以求其對數(shù)作為求其最大值的函數(shù),這樣求出的結(jié)果是相同的捏题。深度學(xué)習(xí)所做分類任務(wù)中用到的交叉熵本質(zhì)是求最大似然函數(shù)玻褪。

條件最大似然估計(jì)

\hatθ_{MLE}=argmaxP(Y|X;θ)=argmax\sum_{i=1}^{m}\log{P(y^{(i)}|x^{(i)}|θ)}

最大后驗(yàn)估計(jì)

貝葉斯公式:

P(θ|x)=\frac{P(x|θ)P(θ)}{P(x)}

其中 P(x|θ) 是似然函數(shù),P(θ) 是先驗(yàn)概率公荧。

則最大后驗(yàn)估計(jì)的數(shù)學(xué)定義為:

\hat \theta_{MAP}(x)=\arg \max_\theta f(\theta|x)=\arg \max_\theta \frac{f(x|\theta)g(\theta)}{\int_\vartheta f(x|\vartheta)g(\vartheta)d\vartheta}=\arg\max_\theta f(x|\theta)g(\theta)

theta 為需要估計(jì)的參數(shù)带射,f 為概率,g 為先驗(yàn)估計(jì)循狰,最大化后驗(yàn)估計(jì)通過 f·g 求得窟社。當(dāng)先驗(yàn)分布為常數(shù)時(shí),最大后驗(yàn)估計(jì)與最大似然估計(jì)重合绪钥。

總結(jié)

最大似然估計(jì)與最大后驗(yàn)估計(jì)對比分析灿里。

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