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パターン認識と機械学習 (ベイズ理論による統計的予測) 1.2.3
Pattern Recognition and Machine Learning (PRML)
第1章 序論
1.1 多項式フィッティング
1.2 確率論
1.2.1 確率密度
1.2.2 期待値と分散
1.2.3 ベイズ確率
1.2.4 ガウス分布
1.2.5 曲線フィッティング再訪
1.2.6 ベイズ曲線フィッティング
1.3 モデル選択
1.4 次元の呪い
1.5 決定理論
1.5.1 識別率の最⼩化
1.5.2 期待値損失と最⼩化
1.5.3 棄却オプション
1.5.4 推論と決定
1.5.5 回帰のための損失関数
1.6 情報理論
1.6.1 相対エントロピーと相互情報量
⽬次
ベイズ確率
⇨ 確率の解釈は2種類ある
・頻度主義的…ランダムな事象が繰り返し発⽣する頻度を確率とする
ex) サイコロの⽬が1になる確率
𝑃 = 1の⽬が出た数/サイコロを振った数
・ベイズ主義的…事象の不確実性の度合いを確率とする
ex) ⽉が太陽を周る軌道上にある確率
南極に積もった雪が今世紀末に消える確率
不確定性を定量的に表すと,確率の加法・乗法定理に従う
1.2.3 ベイズ確率
ベイズの定理
⇨ 多項式フィッティングを例において,𝐰は重み(weight),
		𝒟は観測データ 𝒟 = {𝑡1, … , 𝑡 𝑁})
𝑝 𝐰 𝒟 =
𝑝 𝒟 𝐰 𝑝(𝐰)
𝑝(𝒟)
𝑝 𝐰 𝒟 :事後確率分布
𝑝 𝒟 𝐰 :尤度関数
𝑝(𝐰):事前確率分布
𝑝(𝒟):事後分布を積分した値を1とするための規格化定数
𝑝 𝒟 = 1 𝑝 𝒟 𝐰 𝑝(𝐰) ⅆ𝐰
1.2.3 ベイズ確率
尤度関数
𝑝 𝒟 𝐰 :尤度関数
𝐰を固定した時に観測されたデータ集合がどれくらい起こりやすいか
⇨ 確率分布ではないため, 𝐰に関する積分は1になるとは限らない
頻度主義では𝐰は最尤推定であり,尤度関数𝑝 𝒟 𝐰 を最⼤にする値である
機械学習では誤差関数
尤度の最⼤化 ⇔ 誤差関数の最⼩化
1.2.3 ベイズ確率
尤度関数
頻度主義では𝐰は推定値である
誤差範囲はデータ集合𝒟の分布を考慮して得られる
ex)ブートストラップ法
1.2.3 ベイズ確率
ベイズ主義的⼿法…事前分布がわからない時
⇨ 無情報事前分布(2.4.3節で説明)を⽤いる
しかし,
• 異なるモデルとの⽐較に応⽤できない
• 悪い事前分布を選ぶと悪い事後分布になる
といった⽋点がある
頻度主義的な考え⽅とあわせると修正できる
交差確認など
1.2.3 ベイズ確率
ベイズ主義的⼿法
1.2.3 ベイズ確率
ベイズ主義⼿法を応⽤
・マルコフ連鎖モンテカルロ法
・変分ベイズ法
・EP(期待値伝播法)
など

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