一、概念厘清

概念定义 / 公式关键用途
先验概率 P(ωi​)无样本观测时,类ωi​出现的概率(如 “学校 60% 是男生”)贝叶斯公式的初始输入
后验概率 P(ωi​∣x)已知样本 x 时,x 来自类ωi​的概率决策的直接依据(后验概率最大化)
类概密 p(x∣ωi​)类ωi​条件下,样本 x 的概率密度(连续型)描述类内样本分布规律
似然函数 p(x∣ωi​)固定 x 时,随ωi​变化的函数(与类概密数学形式相同,视角不同)似然比决策的核心组件
证据因子 p(x)全概率公式计算的 “样本 x 出现的总概率”,p(x)=∑j​P(ωj​)p(x∣ωj​)贝叶斯公式的分母(归一化项)
条件风险 R(αi​∣x)决策αi​(判 x 为ωi​)的期望损失,R(αi​∣x)=∑j​λ(αi​,ωj​)P(ωj​∣x)最小风险决策的依据

贝叶斯公式:已知先验概率和全概率,求后验概率(用于决策)
全概率公式:当x可能来自多个类时,计算x的总出现概率

二、三大核心决策方法

(一)最小错误率贝叶斯决策:整体平均错误率最小

P(ωi​∣x)=maxj​P(ωj​∣x)P(ω_i​∣x)=max_j​P(ω_j​∣x)P(ωix)=maxjP(ωjx),则x∈ωix∈ω_ixωi
等价形式(两分类)
①似然比:p(x∣ω1​)/p(x∣ω2​)​>P(ω2​)/P(ω1​)​p(x∣ω_1​)/p(x∣ω_2​)​>P(ω_2​)/P(ω_1​)​p(xω1)/p(xω2)>P(ω2)/P(ω1)(判ω1ω_1ω1​)
②对数似然比:化简计算,避免小数乘法

(二)最小风险贝叶斯决策:考虑损失

引入损失函数λ(αi​,ωj​)λ(α_i​,ω_j​)λ(αi,ωj),条件风险R(αi​∣x)=∑R(α_i​∣x)=∑R(αix)=jjj​λ(αi​,ωj​)P(ωj​∣x)​λ(α_i​,ω_j​)P(ω_j​∣x)λ(αi,ωj)P(ωjx),x归类于R(αi​∣x)最小
与最小错误率的关系:最小错误率是最小风险的特例:当采用 “0-1 损失函数”时等价。

(三)Neyman-Pearson决策:限制关键错误

步骤:

  1. 指定需限制的错误率
  2. 通过拉格朗日乘数法,推导似然比阈值λ
  3. 通过数值方法调整λ,使限制的错误率恰好等于ε0​(因为一般无法得到解析解)

ROC曲线:比较不同分类器性能 横轴:假阳性率 纵轴:真阳性率
关键指标:AUC——ROC曲线下面积 AUC越大,分类器性能越好

三、正态分布的统计决策

1)单变量正态分布

概率密度函数:p(x)∼N(μ,σ2)p(x)∼N(μ,σ^2)p(x)N(μ,σ2),p(x)=12πσ​exp[−12​(x−μσ)2]\frac{1}{\sqrt{2\pi}σ}​exp[−\frac{1}{2}​(\frac{x-\mu}{\sigma})^2]2πσ1exp[21(σxμ)2]

2)多元正态分布

概率密度函数:p(x)∼N​(μ,Σ)p(x)∼N​(μ,Σ)p(x)N(μ,Σ) p(x)=1(2π)d/2∣Σ∣1/2​exp[−12​(x−μ)TΣ−1​(x−μ)]\frac{1}{(2π)^{d/2}|Σ|^{1/2}​}exp[−\frac{1}{2}​(x-\mu)^T\Sigma^{-1}​(x-\mu)](2π)d/2∣Σ1/21exp[21(xμ)TΣ1(xμ)]
其中,μ:d 维均值向量;Σ:d×d 协方差矩阵(对称正定)

性质:

  1. 等概率密度轨迹:​(x−μ)TΣ−1​(x−μ)(x-\mu)^T\Sigma^{-1}​(x-\mu)(xμ)TΣ1(xμ)=常数,对应超椭球面(中心为μ,形状由Σ决定)。
  2. 不相关性 = 独立性:若两个分量xi​x_i​xi,xjx_jxj​不相关(协方差σijσ_{ij}σij​=0),则它们独立(仅正态分布满足)。
  3. 边缘 / 条件分布正态性:多元正态分布的边缘分布(单个分量)和条件分布(给定部分分量)仍为正态分布。
3)正态分布下的决策面分布
协方差矩阵情况决策面类型核心判别依据适用场景
1. Σ1​Σ_1​Σ1=Σ2Σ_2Σ2​=σ2σ^2σ2I(对角阵,方差相同)线性超平面欧氏距离:∥x−μi​∥2∥x−μ_i​∥^2xμi2样本各特征独立,分散程度相同
2. Σ1​=Σ2​=ΣΣ_1​=Σ_2​=ΣΣ1=Σ2=Σ(非对角阵,协方差相同)线性超平面马氏距离平方:(x−μi​)TΣ−1(x−μi​)(x−μ_i​)^TΣ^{−1}(x−μ_i​)(xμi)TΣ1(xμi)样本特征相关,分散形状 / 大小相同
3. Σ1​≠Σ2​Σ_1​≠Σ_2​Σ1=Σ2(协方差不同)二次超曲面(超椭圆、双曲线等)二次判别函数:含xTWxx^TWxxTWx样本分散形状 / 大小不同

分类器的错误率

仅当类概密为正态分布协方差矩阵相等时,可通过马氏距离计算错误率:
在这里插入图片描述

(通过标准正态分布函数Φ查表或近似计算)

写在结尾:最后公式懒得打就放图了哈哈哈 另外,这个专栏马上就到尾声了,大家后面想看什么内容?欢迎留言~

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