Введение

Байесовская вероятность – интерпретация понятия вероятности, в которой, вместо частоты или предрасположенности к тому или иному явлению, вероятность интерпретируется как обоснованное ожидание, представляющее собой состояние знания, или как количественная оценка личной убежденности. Байесовская интерпретация вероятности может рассматриваться как расширение логики высказываний, позволяющее рассуждать с гипотезами, то есть с утверждениями, истинность или ложность которых неизвестна. В байесовском подходе вероятность присваивается гипотезе, в то время как при частотном подходе гипотеза обычно проверяется без присвоения ей вероятности. Байесовская вероятность относится к категории доказательных вероятностей; для оценки вероятности гипотезы, байесовский вероятностник определяет априорную вероятность. Эта вероятность, в свою очередь, обновляется до апостериорной вероятности на основе новых, релевантных данных (доказательств). Байесовская интерпретация предоставляет стандартный набор процедур и формул для выполнения этого вычисления. Термин «байесовский» происходит от имени математика и теолога XVIII века Томаса Бейса, который представил первое математическое решение нетривиальной задачи статистического анализа данных, используя то, что сейчас известно как байесовский вывод. Математик Пьер-Симон Лаплас был пионером и популяризатором того, что сейчас называется байесовской вероятностью. Для субъективистов вероятность соответствует личной вере. В этом особом случае априорные и апостериорные распределения были бета-распределениями, а данные получены из испытаний Бернулли. Именно Пьер-Симон Лаплас (1749–1827) ввел обобщенную версию теоремы и использовал ее для решения задач в небесной механике, медицинской статистике, теории надежности и юриспруденции. Ранний байесовский вывод, использовавший равномерные априорные распределения в соответствии с принципом Лапласа о недостатке оснований, назывался «обратной вероятностью» (поскольку он делает вывод в обратном направлении – от наблюдений к параметрам или от следствий к причинам). После 1920-х годов «обратная вероятность» была в значительной степени вытеснена совокупностью методов, которые стали называться частотной статистикой. В объективистском направлении статистический анализ зависит только от предполагаемой модели и анализируемых данных. Субъективные решения не требуются. В отличие от этого, «субъективистские» статистики отрицают возможность полностью объективного анализа в общем случае. В 1980-х годах наблюдался значительный рост исследований и применения байесовских методов, в основном благодаря открытию методов Монте-Карло Марковских цепей и, как следствие, устранению многих вычислительных проблем, а также растущему интересу к нестандартным, сложным приложениям. Хотя частотная статистика остается сильной (что демонстрируется тем фактом, что большая часть обучения в бакалавриате основана на ней), байесовские методы широко признаны и используются, например, в области машинного обучения.

Обоснование

Использование байесовских вероятностей в основе байесовского вывода подкрепляется рядом аргументов, включая аксиомы Кокса, аргумент против «голландской книги», аргументы, основанные на теории принятия решений, и теорему де Финетти.

Аксиоматический подход

Ричард Т. Кокс показал, что байесовское обновление следует из нескольких аксиом, включая два функциональных уравнения и гипотезу о дифференцируемости. Предположение о дифференцируемости или даже непрерывности вызывает споры; Халперн нашёл контрпример, основанный на его замечании о том, что булева алгебра высказываний может быть конечной. Другие аксиоматизации были предложены различными авторами с целью повышения строгости теории.

Голландский подход к книге

Бруно де Финетти предложил аргумент о "голландской книге", основанный на ставках. Умелый букмекер составляет "голландскую книгу", устанавливая коэффициенты и размеры ставок таким образом, чтобы гарантированно получать прибыль за счет игроков, независимо от исхода события (например, скачек), на которое игроки делают ставки. Это связано с тем, что вероятности, подразумеваемые коэффициентами, некорректны. Однако, Йен Хаккинг отметил, что традиционные аргументы о "голландской книге" не специфицируют байесовское обновление: они оставляют возможность того, что небайесовские правила обновления могут избежать "голландской книги". Например, Хаккинг пишет: "Ни аргумент о "голландской книге", ни какое-либо другое доказательство аксиом вероятности в арсенале персоналистов не подразумевает динамическое предположение. Ни одно из них не подразумевает байесовский подход. Следовательно, персоналисту необходимо динамическое предположение, чтобы быть байесовцем. В принципе, персоналист может отказаться от байесовской модели обучения на опыте. Соль может потерять свой вкус". На самом деле существуют небайесовские правила обновления, которые также позволяют избежать "голландской книги" (как обсуждается в литературе по "кинематике вероятностей", появившейся после публикации правила Ричарда К. Джеффри, которое само по себе считается байесовским). Дополнительные гипотезы, необходимые для однозначного определения байесовского обновления, значительны и не общепризнанно считаются удовлетворительными.

Теория решений

Теоретическое обоснование использования байесовского вывода (и, следовательно, байесовских вероятностей) было дано Авраамом Уолдом, который доказал, что любая допустимая статистическая процедура является либо байесовской процедурой, либо пределом байесовских процедур. Обратно, любая байесовская процедура допустима.