Теория вероятностей и распределения

Markov Chains

Марковские цепи

актуальноТекущий рабочий стандарт

Процесс, в котором будущее зависит только от текущего состояния. База для MDP, MCMC и моделей поведения пользователя.

Что означает каждый компонент
  • вся история процесса
  • только текущее состояние. Марковское свойство: история не добавляет информации сверх настоящего

Ключевые тезисы

  • Матрица переходов полностью описывает динамику; стационарное распределение — её собственный вектор.
  • Эргодичность гарантирует существование и единственность стационарного распределения.
  • MCMC использует цепь, стационарное распределение которой равно искомому апостериорному.
Тема также относится к главам:Обучение с подкреплениемОсновы

Подробный разбор

2 подтем — раскройте любую, чтобы увидеть объяснение, формулы, примеры и интерактивные графики.

1

Стационарное распределение

Куда сходится цепь и когда.

Обозначения
  • суммирование по всем перечисленным элементам
  • число π ≈ 3.14159
Стационарное распределение — левый собственный вектор матрицы переходов
  • Неразложимость и апериодичность гарантируют единственность и сходимость.
  • PageRank — стационарное распределение блуждания по веб-графу с телепортацией.
  • Скорость сходимости определяется вторым по величине собственным значением.
2

MCMC

Как сэмплировать из сложного распределения.

Идея: построить цепь, стационарное распределение которой совпадает с искомым апостериорным. Алгоритм Метрополиса — Гастингса делает это, принимая или отклоняя предложенные переходы.

Обозначения
  • значение случайной величины
  • вероятность события
  • распределение, предсказанное моделью
На практике

Диагностика обязательна: несколько цепей, показатель близкий к 1, достаточный эффективный размер выборки. Современный стандарт — NUTS в Stan, PyMC или NumPyro.

Связанные темы

Байесовский подход

Bayesian Inference75%

Байесовский вывод · Теория вероятностей и распределения

Параметры модели рассматриваются как случайные величины; данные обновляют априорное распределение в апостериорное.

Beta Distribution75%

Бета-распределение · Теория вероятностей и распределения

Распределение вероятности на отрезке [0,1] — естественный априор для конверсии и для многоруких бандитов.

Conditional Independence75%

Условная независимость · Теория вероятностей и распределения

Две величины независимы при известной третьей. Понятие, на котором стоят байесовские сети и наивный классификатор.

Probability Axioms75%

Аксиомы вероятности · Теория вероятностей и распределения

Три аксиомы Колмогорова, из которых выводится вся теория: неотрицательность, нормировка и аддитивность.

Random Variables75%

Случайные величины · Теория вероятностей и распределения

Отображение исходов в числа. Дискретные описываются функцией вероятности, непрерывные — плотностью.

Bayes Theorem75%

Теорема Байеса · Математический справочник

Правило пересчёта вероятности гипотезы после получения новых данных.

Naive Bayes75%

Наивный байесовский классификатор · Классическое машинное обучение

Применяет теорему Байеса при «наивном» предположении о независимости признаков — и работает лучше, чем должно.

Bayesian Optimization75%

Байесовская оптимизация · Практика ML

Строит модель зависимости метрики от гиперпараметров и выбирает следующую точку осознанно.

Probability75%

Теория вероятностей · Основы

Язык неопределённости: распределения, условные вероятности и теорема Байеса описывают, как данные порождаются и как обновлять убеждения.