全概率公式与贝叶斯公式

🏠 第16章概念导航 · 随机事件题库

方法模板

一、两条公式,一个动作

(全概率:由因求果) (贝叶斯:由果溯因)

其中 必须是完备事件组(互斥且并为 )。

贝叶斯的分母就是全概率的结果,所以做题永远是同一个动作:

画一棵两层的树每条路径乘出来要果就全加,要因就用一条比总和

二、划分怎么找:题面里的”第一步随机性”

题面信号完备组
先掷硬币再取球 / 先选盒子再取球硬币正反、选中哪个盒子
甲乙丙三条生产线,次品率各不同产品来自哪条线
两批零件,合格率不同取自哪一批
患病与否,检测有误差是否患病

口诀:谁的概率是”先天给定”的,谁就是划分。 后天观测到的那件事是 。

三、先验 → 后验:贝叶斯到底在干什么

先验观测到后验

右边这个比值是似然比: 在 下比在平均意义下更容易发生, 的可信度就上调。

看比例,不看绝对值——考场上求”哪个原因最可能”时,只需比较 的大小,分母公用,不必算出来。

四、贝叶斯更新后的”再预测”(本节最难的一步)

题目问”前两次都是红球,第三次也是红球的概率”时,流程是三段:

  1. 更新:用前两次的观测求后验 ;
  2. 预测:在每个 下算第三次的条件概率;
  3. 再全概率:用后验权重加权。
后验权重

关键在于第 3 步用的是后验而不是先验。若仍用先验,就等于假装前两次的观测没发生过。

五、“射击命中”型的逆概率

甲、乙独立射击,已知目标被命中,求”是乙射中的”概率:乙中命中乙中甲不中乙不中,注意分子是 乙中 整块(因为 乙中命中),不需要排除甲也中的情形——除非题目明说”只由乙射中”。

必考

880 第十六章基础填空 3

原题

设 ,,,则 ____.

解析

划分就是 。两条路径:

全概率:,贝叶斯:

这道题是"贝叶斯反直觉"的最小样本

在 下的发生率高达 ,在 下只有 ——似然比 倍。可观测到 之后, 的可信度只从 升到 ,仍然不到一半。

原因是先验太低: 的基数是 的 9 倍,即使每单位基数贡献少,总量仍然更大()。

这正是”检测准确率 90% 的罕见病阳性者仍多半没病”的原型。先验低时,一次观测撬不动结论。

880 第十六章综合填空 1

原题

设甲、乙两人独立地对同一目标射击一次,其命中率分别为 0.5 和 0.4,已知目标被命中,则它是乙射中的概率为 ____.

解析

记 甲中,乙中,独立,,。目标被命中即 。,因为 ,分子直接是 :

"是乙射中的"与" 只有乙射中"是两道题

  • 是乙射中的(本题): 整块,含”甲乙都中”,答案 。
  • 只由乙射中:,,答案 。

中文里”它是乙射中的”默认不排他,取 。若题目出现”恰好""仅""只”这三个字,才切到第二种。

一个自查:。两个答案加起来超过 1 是正常的,因为两个事件有重叠;若按”只由某人”算,三块(只甲、只乙、都中)才加到 1。

880 第十六章综合解答 1

原题

设甲盒中有 4 个红球和 2 个白球,乙盒中有 2 个红球和 4 个白球,掷一枚均匀的硬币,若正面出现,则从甲盒中任取一球,若反面出现,则从乙盒中任取一球,设每次取出的球观看颜色后放回原盒中.

(Ⅰ) 若前两次都取得红球,求第三次也取得红球的概率;

(Ⅱ) 若前两次都取得红球,求红球都来自甲盒的概率.

解析

题意确认

硬币只掷一次,用来决定”这一整轮从哪个盒子取”,之后每次取球都在同一个盒子里进行(取后放回,所以盒内成分不变)。

依据有两条:其一,(Ⅱ) 问”红球都来自甲盒”,在”每次重掷”的读法下这句话才有意义地区分不了盒子归属;其二,若每次重掷硬币,各次取球独立同分布,红,(Ⅰ) 会退化成常数 ,与前两次的观测无关,问题本身就失去意义。

按本读法两问答案都是漂亮的分数(、),进一步印证。

记 硬币正面,即取自甲盒,。单次取红的条件概率:,给定盒子后各次取球独立(放回,成分不变),所以

全概率:

(Ⅱ) 直接贝叶斯(“红球都来自甲盒”就是 发生):

(Ⅰ) 用后验权重再做一次全概率:

先做 (Ⅱ) 再做 (Ⅰ),顺序反着来更省事

题目把”预测”放在前面、“更新”放在后面,但计算上必须先更新再预测。答题时可以先写 (Ⅱ),(Ⅰ) 直接引用其结果。

信息量的直观:先验下 ;观测到两次红球后,甲盒的可信度从 升到 ,于是下一次取红的概率从 升到 。

这条”观测 → 更新权重 → 重新预测”的链路,就是第22章贝叶斯估计的雏形,也是机器学习里”后验预测分布”的最简形式。

另解((Ⅰ) 一步到位,不显式求后验),而

这条路更快(只算两个全概率再相除),但看不见后验的变化。考场上求值用这条,理解时用上面那条。

拓展

880 第十六章拓展解答

原题

有 3 个盒子,第一个盒子中有 3 个黑球、1 个白球,第二个盒子中有 2 个黑球、3 个白球,第三个盒子中有 3 个黑球、2 个白球.

(Ⅰ) 任取一个盒子,再从该盒子中取出一个球,求这个球是白球的概率;

(Ⅱ) 已知取出的是白球,求此球属于第三个盒子的概率.

题源说明

880 第十六章的拓展解答题在原书中没有编号(正文直接以”有 3 个盒子”开头),本章池按 28 题计。锚点相应地省略编号,记作 p-ll880-ext-answer。

解析

记 取到第 个盒子,(),取到白球。

注意三个盒子的球数不同(4、5、5),必须逐个算条件概率:,(Ⅰ) 全概率:

(第二、三个盒子的白球率恰好是 与 ,加起来正好是 1,算式因此格外干净。)

(Ⅱ) 贝叶斯:

别把三个盒子的球"倒进一个大袋子"

常见错法:把所有球混起来数,得到 ——这是错的。

因为”先等概率选盒、再从盒中等概率取球”里,每个球被取中的概率并不相等:第一个盒子只有 4 个球,其中每个球被取中的概率是 ;第二、三个盒子里每个球是 。球少的盒子里,单个球更”金贵”。

只有当各盒球数全部相同时,两种算法才一致。 命题人特意把球数设成 4、5、5,就是为了让这个错法露出破绽()。

验算:三个后验加起来必须是 1

贝叶斯题的标准自查就是这一条:所有后验之和为 1。

1000 强化第1章 5

原题

设有两批数量相同的零件,已知有一批产品全部合格,另一批产品有 不合格,从这两批产品中任取 1 只,经检验是合格品,放回原处,并从原所在批次中再取 1 只,则这只产品是不合格品的概率为 ____.

解析

这是 880 综合解答 1 的同构题:先验 → 观测 → 更新 → 再预测。

记 取自全合格批,取自含 25% 次品批,。第一次取到合格品记作 :,第一步,全概率:,第二步,更新(贝叶斯):

第三步,再预测。 注意”放回原处,并从原所在批次中再取”——第二次仍在同一批里,且成分不变:,用后验加权:

与先验对比,看清"一次观测"值多少

若不做更新,直接用先验算第二次取到次品的概率:

更新后是 ,降低了。这符合直觉:第一次取到合格品,是”全合格批”更可能给出的结果,于是全合格批的权重从 升到 ,次品风险随之下降。

一次观测把权重从 推到 ——推动幅度不大,因为两批的合格率差距( 与 )本身不大。似然比只有 。

"放回原处,并从原所在批次中再取"这句话是题眼

如果第二次是重新从两批中任取,那么第一次的观测对第二次毫无影响(重新掷一次先验),答案就是 。

正因为第二次锁定在同一批,前一次的信息才有价值。凡是贝叶斯更新题,都要先确认”后续观测与前面共享同一个隐藏状态”。

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