Справедлива ли теорема Байеса для ожиданий?


18

Правда ли, что для двух случайных величин и ,AB

E(A∣B)=E(B∣A)E(A)E(B)?

3
Хм ... я не думаю, что эти две стороны эквивалентны
— Jon

6
Как указано в ответах, вопрос является вероятностно бессмысленным из-за интеграции случайных величин на одной стороне, которые являются кондиционирующими переменными на другой стороне.
— Сиань

Ответы:


25

(1)E[A∣B]=?E[B∣A]E[A]E[B]
Предполагаемый результат тривиально верен для независимых случайных величин и с ненулевым средним.(1)AB

Если , то правая часть включает в себя деление на поэтому имеет смысла. Обратите внимание, что независимо от того, являются ли и независимыми, не имеет значенияE[B]=0(1)0(1)AB

В целом , не выполняются для зависимых случайных величин , но конкретных примеров зависимых и , удовлетворяющих может быть найдено. Обратите внимание, что мы должны продолжать настаивать на том, что , иначе правая часть имеет смысла. Имейте в виду , что является случайной величиной , что происходит , чтобы быть функцией от случайной величины , скажем , а является случайной величиной , которая является функцией из случайная величина , скажемA B ( 1 ) E [ B ] ≠ 0 ( 1 ) E [ A ∣ B ](1)AB(1)E[B]≠0(1)E[A∣B]g ( B ) E [ B ∣ A ]Bg(B)E[B∣A]h ( A )Ah(A) . Итак, похоже на вопрос(1)

(2)g(B)=?h(A)E[A]E[B]
может быть истинным утверждением, и, очевидно, ответ таков: не может быть кратный в целом.ч ( а )g(B)h(A)

Насколько мне известно, есть только два особых случая, когда может иметь место.(1)

  • Как было отмечено выше, для независимых случайных величин и , и являются вырожденными случайными величинами ( так называемый постоянной статистически-неграмотными людьми) , что равные и , соответственно, и поэтому , если , мы имеем равенство в .B g ( B ) h ( A ) E [ A ] E [ B ] E [ B ] ≠ 0 ( 1 )ABg(B)h(A)E[A]E[B]E[B]≠0(1)

  • На другом конце спектра от независимости предположим, что где - обратимая функция и, следовательно, и полностью зависимые случайные величины. В этом случае и поэтому становится который в точности выполняется, когда где может быть любым ненулевое действительное число. Таким образом, выполняется всякий раз, когда является скалярным кратным , и, конечно,g ( ⋅ ) A = g ( B ) B = g - 1 ( A ) E [ A ∣ B ] = g ( B ) ,A=g(B)g(⋅)A=g(B)B=g−1(A)( 1 ) g ( B ) ? = B E [ A ]

    E[A∣B]=g(B),E[B∣A]=g−1(A)=g−1(g(B))=B
    (1) g(x)=αxα(1)ABE[B]g(x)(1)g(x)=αx+ββ≠0Bαβ≠0A=αB+βB(1)
    g(B)=?BE[A]E[B]
    g(x)=αxα(1)ABE[B]должно быть ненулевым (см . ответ Майкла Харди ). Вышеуказанное развитие показывает, что должна быть линейной функцией и что не может выполняться для аффинных функций с . Однако обратите внимание, что Алекос Пападополус в своем ответе и своих комментариях после этого утверждает, что если - нормальная случайная величина с ненулевым средним, то для конкретных значений и которые он предоставляет, и удовлетворяютg(x)(1)g(x)=αx+ββ≠0Bαβ≠0A=αB+βB(1) . На мой взгляд, его пример неверен.

В комментарии к этому ответу Хубер предложил рассмотреть симметричное предполагаемое равенство какой из Конечно , всегда имеет место для независимых случайных величин , независимо от значений и и для скалярных кратных также. Конечно, более тривиально, выполняется для любых случайных величин и нулевым средним (независимых или зависимых, скалярных кратных или нет; это не имеет значения!): достаточно для равенства в . Таким образом, может быть не так интересно, как E[A]E[B]A=αB(3)ABE[A]=E[B]=0(3)(3)(1)

(3)E[A∣B]E[B]=?E[B∣A]E[A]
E[A]E[B]A=αB(3) ABE[A]=E[B]=0 (3)(3)(1) как тема для обсуждения.

9
+1. Чтобы быть щедрым, вопрос может быть истолкован как вопрос, является ли , где вопрос о делении на ноль исчезает. E(A|B)E(B)=E(B|A)E(A)
— whuber

1
@whuber Спасибо. Мое редактирование обращается к более общему вопросу о том, возможно ли иметь . E[A∣B]E[B]=E[B∣A]E[A]
— Дилип

11

Результат не соответствует действительности, давайте посмотрим на это на простом примере. Пусть имеет биномиальное распределение с параметрами и имеют бета-распределение с параметрами , то есть байесовскую модель с сопряженным априором. Теперь просто вычислите две стороны вашей формулы, левая часть - это , а правая часть - и те, конечно, не равны.n , p P ( α , β ) E X ∣ P = n P E ( P ∣ X ) E XX∣P=pn,pP(α,β)E⁡X∣P=nP

E⁡(P∣X)E⁡XE⁡P=α+Xn+α+βα/(α+β)nα/(α+β)

2

Условное ожидаемое значение случайной величины для события, когда является числом, которое зависит от того, какое число . Назовите этоТогда условное ожидаемое значение является случайная величина, значение которой полностью определяется значением случайной величины . Таким образом является функцией и является функцией .B = b b h ( b ) . E ( A ∣ B ) h ( B ) , B E ( A ∣ B ) B E ( B ∣ A ) AAB=bbh(b).E⁡(A∣B)h(B),BE⁡(A∣B)BE⁡(B∣A)A

Частное является просто числом.E⁡(A)/E⁡(B)

Таким образом, одна сторона предложенного вами равенства определяется а другая - , поэтому они обычно не могут быть равны.BAB

(Возможно, я должен добавить, что они могут быть равны в тривиальном случае, когда значения и определяют друг друга, как, например, когда и , когда Но функции, равные друг другу только в нескольких точках, не равны.)B A = α B , α ≠ 0 E [ B ] ≠ 0 E [ A ∣ B ] = α B = E [ B ∣ A ] ⋅ α = E [ B ∣ A ] α E [ B ]ABA=αB,α≠0E[B]≠0

E[A∣B]=αB=E[B∣A]⋅α=E[B∣A]αE[B]E[B]=E[B∣A]E[A]E[B].

Вы имеете в виду, что они не обязательно равны? Я имею в виду, они могут быть равны?
— BCLC

1
@BCLC: они равны только в тривиальных случаях. И две функции, равные друг другу в одних точках, а не в других, не равны.
— Майкл Харди

2
«Но только в этом тривиальном случае они могут быть равны» (выделение добавлено) не совсем правильно. Рассмотрим независимые и с . Тогда а и т. Д.B E [ B ] ≠ 0 E [ A ∣ B ] = E [ A ] E [ B ∣ A ] = E [ B ] E [ B ∣ A ] E [ A ]ABE[B]≠0E[A∣B]=E[A]E[B∣A]=E[B]
E[B∣A]E[A]E[B]=E[B]E[A]E[B]=E[A]=E[A∣B].
— Дилип Сарвате

@DilipSarwate Я собирался сказать это, ха-ха!
— BCLC

Я отредактировал ваш ответ, добавив несколько деталей для указанного вами случая. Пожалуйста, откат, если вам не нравятся изменения.
— Дилип Сарвате

-1

Выражение, конечно, не имеет места вообще. Для забавы ниже я покажу, что если и совместно следуют двумерному нормальному распределению и имеют ненулевое среднее значение, результат будет иметь место, если две переменные являются линейными функциями друг от друга и имеют одинаковый коэффициент вариации ( отношение стандартного отклонения к среднему) в абсолютном выражении.BAB

Для совместно нормалей имеем

E⁡(A∣B)=μA+ρσAσB(B−μB)

и мы хотим навязать

μA+ρσAσB(B−μB)=[μB+ρσBσA(A−μA)]μAμB

⟹μA+ρσAσB(B−μB)=μA+ρσBσAμAμB(A−μA)

Упростите а затем и чтобы получить ρμAρ

B=μB+σB2σA2μAμB(A−μA)

Таким образом, это линейная зависимость, которая должна сохраняться между двумя переменными (поэтому они, безусловно, являются зависимыми, с коэффициентом корреляции, равным единице в абсолютном выражении), чтобы получить желаемое равенство. Что это значит?

Во-первых, необходимо также убедиться, что

E(B)≡μB=μB+σB2σA2μAμB(E(A)−μA)⟹μB=μB

поэтому никакое другое ограничение не накладывается на среднее значение (или ), за исключением того, что они ненулевые. Также отношение для дисперсии должно быть удовлетворено,ABA

Var⁡(B)≡σB2=(σB2σA2μAμB)2Var⁡(A)

⟹(σA2)2σB2=(σB2)2σA2(μAμB)2

⟹(σAμA)2=(σBμB)2⟹(cvA)2=(cvB)2

⟹|cvA|=|cvB|

который должен был быть показан.

Обратите внимание, что равенство коэффициента вариации в абсолютном выражении позволяет переменным иметь различную дисперсию, а также, одна из которых имеет положительное среднее, а другая отрицательная.


1
Разве это не запутанный путь к где - скаляр? A=αBα
— Мэтью Ганн

1
@MatthewGunn Ваш комментарий точно в цель. Нормальность не имеет ничего общего с вопросом. Для случайных величин и такие , что , и аналогично, . Следовательно, предполагая, что ,Нет нормальности, нети т.д., и на самом деле просто повторение комментария в ответе Майкла Харди. B A = α B E [ A ∣ B ] = α B = A E [ B ∣ AABA=αBE[A∣B]=αB=AE[B∣A]=BE[B]≠0
E[A∣B]=αB=E[B∣A]⋅α=E[B∣A]αE[B]E[B]=E[B∣A]E[A]E[B].
|cvA|=|cvB|
— Дилип Сарвате,

Если вы напишите \ text {Var} вместо \ operatorname {Var}, вы увидите и вместо иВот почему последнее стандартное использование. aVarXaVar(X)aVar⁡XaVar⁡(X).
— Майкл Харди

@ MatthewGun Мне кажется, что предоставление ответов, содержащих конкретные примеры, считается ценным содержанием на этом сайте. Так что да, когда случайная переменная является аффинной функцией другого, и они совместно нормальны с ненулевыми средними, тогда нужно иметь равные коэффициенты вариации, в то время как также нет ограничений на средства этих rv. С другой стороны, когда случайная переменная является просто линейной функцией другой, отношение выполняется всегда. Так что нет, мой ответ не является запутанным способом сказать . (cc: @DilipSarwate)A=aB
— Алекос Пападопулос

2
Если является ненормальной случайной величиной с и (и так ), тоТеперь, если мы хотим, чтобы равнялось , должно быть, что и поэтому . Таким образом, для ненормального предполагаемый результат OP имеет место, если но не еслиBE[B]=μB≠0A=cB+dB=A−dc
E[A∣B]=cB+d=A,E[B∣A]=A−dc=B.
E[A∣B]=cB+dE[B∣A]⋅μAμB=B⋅μAμB
cB+d=B⋅μAμB⟹d=0,c=μAμB
B=CB=CB+д,д≠0=CB+d,d≠0A=cB=μAμBB BA=cBA=cB+d,d≠0.Как конечно, как вы доказали, результат справедлив для нормальных случайных величин, если . A=cB+d,d≠0
— Дилип
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.