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概率密度估计

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指数函数的概率密度函最大似然估计

指数函数的概率密度函最大似然估计

指数函数的概率密度函最大似然估计
指数函数的概率密度函数是指数分布，其概率密度函数为：
f(x|λ) = λe^(-λx)，其中λ>0，x≥0。

最大似然估计是一种常用的参数估计方法，通过寻找使得观测样本出现的概率最大的参数值来估计参数。

假设我们有n个独立同分布的样本x1, x2, ..., xn，我们希望通过最大似然估计求得λ的值。

我们可以写出n个样本出现的联合概率密度函数：
L(λ|x1, x2, ..., xn) = ∏[i=1 to n] λe^(-λxi)
为了方便计算，我们通常取对数似然函数：
lnL(λ|x1, x2, ..., xn) = ∑[i=1 to n] ln(λe^(-λxi))
接下来，我们需要找到使得lnL(λ|x1, x2, ..., xn)最大的λ值。

为了简化计算，我们可以对lnL(λ|x1, x2, ..., xn)求导，令导数等于0，并解得λ的值。

首先对lnL(λ|x1, x2, ..., xn)求导：
d[lnL(λ|x1, x2, ..., xn)]/dλ = ∑[i=1 to n] (1/λ - xi) = n/λ - ∑[i=1 to n] xi 令导数等于0，我们有：
n/λ - ∑[i=1 to n] xi = 0
整理得：
λ = n / (∑[i=1 to n] xi)
因此，我们可以通过计算样本的总和与样本数量的比值来得到λ的最大似然估计值。

需要注意的是，最大似然估计是在给定样本的情况下，对参数进行估计。

在实际应用中，我们需要确保样本满足指数分布的假设，否则最大似然估计可能不适用。

概率密度函数的估计.

概率密度函数的估计.

∵ P(Xk| μ )=N(μ ,σ2),P(u)=N(μ 0,σ02)
P ( | X i ) a
k 1
1 1 Xk exp{ 2 2
1 N Xk 2 0 2 a' exp{ [ ]} 2 k 1 0
1 N 1 2 1 N 0 a' ' exp{ [( 2 2 ) 2( 2 Xk 2 ) ]} 2 0 k 1 0
三. 参数估计的基本概念
1. 统计量：样本中包含着总体的信息，总希望通过样本 集把有关信息抽取出来。也就是说，针对不同要求构 造出样本的某种函数，该函数称为统计量。 2. 参数空间：在参数估计中，总假设总体概率密度函数 的形式已知，而未知的仅是分布中的参数，将未知参 数记为 ，于是将总体分布未知参数 的全部可容许 值组成的集合称为参数空间，记为 。 3. 点估计、估计量和估计值：点估计问题就是构造一个 统计量d x1, , xN 作为参数 θ 的估计ˆ ，在统计学中 i i 是属于类别 的几个 称 ˆ 为 θ 的估计量。若 x1 , , xN i 样本观察值，代入统计量d就得到对于第i类的ˆ 的具体 数值，该数值就称为 θ 的估计值。



Xk

T
结论：①μ 的估计即为学习样本的算术平均

②估计的协方差矩阵是矩阵 X k X k 的算术 平均（nⅹn阵列， nⅹn个值）

T
二. 贝叶斯估计
极大似然估计是把待估的参数看作固定的未知量， 而贝叶斯估计则是把待估的参数作为具有某种先验 分布的随机变量，通过对第i类学习样本Xi的观察， 通过贝叶斯准则将概率密度分布P(Xi/θ)转化为后 验概率P(θ/Xi) ，进而求使得后验概率分布最大的 参数估计，也称最大后验估计。 估计步骤：

概率密度函数公式连续型随机变量的概率密度函数计算

概率密度函数公式连续型随机变量的概率密度函数计算

概率密度函数公式连续型随机变量的概率密度函数计算概率密度函数（Probability Density Function，简称PDF）是用来描述连续型随机变量的概率分布规律的数学函数。

它可以帮助我们计算出在某个区间内随机变量出现的概率。

在本文中，我们将介绍如何计算连续型随机变量的概率密度函数。

为了方便理解，我们先从一个具体的例子开始。

假设有一个连续型随机变量X，其取值范围为[a, b]，我们希望计算X落在区间[c, d]内的概率。

首先，我们需要知道X的概率密度函数f(x)。

在计算概率密度函数之前，我们需要了解一下连续型随机变量的概率密度函数必须满足的两个条件：1. f(x) ≥ 0，即概率密度函数的取值必须大于等于0。

2. ∫f(x)dx = 1，即概率密度函数在整个取值范围内的积分等于1。

现在，我们来计算连续型随机变量的概率密度函数。

1. 首先，我们需要确定概率密度函数的形式。

对于某些连续型随机变量，我们可以直接通过观察其分布规律来确定概率密度函数的形式，并计算出具体的参数值。

例如，正态分布、指数分布等。

2. 如果我们无法直接确定概率密度函数的形式，我们可以通过观察数据来估计概率密度函数。

常用的方法有直方图法、核密度估计法等。

3. 通过确定了概率密度函数的形式或通过估计得到概率密度函数后，我们就可以计算出连续型随机变量在某个区间内出现的概率。

计算概率密度函数的过程可以通过积分来实现。

具体来说，我们需要计算概率密度函数在给定区间内的积分值。

假设我们已经得到了连续型随机变量X的概率密度函数f(x)，我们希望计算X落在区间[c, d]内的概率。

计算概率的过程可以通过计算概率密度函数在该区间内的积分值来实现：P(c ≤ X ≤ d) = ∫[c, d]f(x)dx其中，∫[c, d]表示对概率密度函数f(x)在区间[c, d]上的积分。

需要注意的是，计算概率时必须将概率密度函数带入积分计算，而不是将区间内的端点值代入。

第三章 概率密度函数的估计

第三章 概率密度函数的估计

当 0 ≤ x ≤ θ 时 ， p (x | θ ) = 的最大似然估计是
解： 定义似然函数 l (θ ) =
k
1
θ
， 否则为0。证明θ
max x k 。
∏ p (x
k =1
N
k
|θ )
1 dH = 0， 即 − N ⋅ = 0 H (θ ) = ln l (θ ) = − N ln θ ，令 dθ θ 方程的解 θ ＝ ∝ ，但实际问题中，θ ≠∝ 。 1 已知有N个随机样本， 且 0 ≤ x ≤ θ 时 ， p (x | θ ) =



参数估计中的基本概念 统计量 参数空间 点估计、估计量和估计值 区间估计 参数估计判断标准 无偏性 有效性 一致性

3.2最大似然估计
（1）前提假设

参数θ（待估计）是确定（非随机）而未知的量 样本集分成c类，为A1，A2，…，Ac，Aj的样本是 从概率密度为 p x | ω j 的总体中独立抽取出来的。
i =1 i =1 i =1 i =1
N
(
)
N
N

例3.2：设x服从正态分N(μ,σ2)，其中参数μ、 σ2未知，求它们的最大似然估计量。
N
解： 设样本集 A = {x1 , x2 ,..., xN }， 定义似然函数 l (θ ) = ∏ p(xi | θ )
i =1 2 ⎧ ⎡ ( xi − μ ) ⎤ ⎫ ⎪ ⎪ 1 exp⎢− H (θ ) = ln l (θ ) = ∑ ln p (xi | θ ) = ∑ ln ⎨ ⎥⎬ 2 2σ ⎪ i =1 i =1 ⎣ ⎦⎪ ⎭ ⎩ 2π σ 2 N ⎧ ⎫ ( ) x − 1 1 μ 2 i = ∑ ⎨− ln 2π − ln σ − ⎬ 2 2 2σ i =1 ⎩ 2 ⎭ N N 2

概率密度函数的估计与应用

概率密度函数的估计与应用

概率密度函数的估计与应用概率密度函数（probability density function，简称PDF）是概率论和数理统计中常用的概念，广泛应用于可变量的分布描述、数据拟合以及随机变量的概率计算中。

在实际应用中，我们经常用到概率密度函数的估计，以求得随机变量的分布特征和统计学参数，从而为数据分析和建模提供有力支撑。

一、概率密度函数的基本概念及分布函数概率密度函数是描述随机变量取值的概率分布的一种数学模型。

简单来说，概率密度函数是一个连续函数，其在某个点的导数表示该点处的概率密度，对于某个区间上的积分则表示该区间内的概率和。

当随机变量服从某一分布时，我们可以通过该分布的概率密度函数来描述其分布特征。

分布函数是概率密度函数的一个相关概念，其所描述的是随机变量取值在某一范围内的累积概率。

与概率密度函数不同的是，分布函数是一个非降的右连续函数，其在某一点的最左极限为该点处的概率。

二、概率密度函数的估计方法根据大数定律和中心极限定理，我们可以利用样本数据来对总体的概率密度函数进行估计。

这里介绍两种常用的概率密度函数估计方法，分别是核密度估计和最大似然估计。

1. 核密度估计核密度估计将样本数据和一个给定的核函数结合起来，通过计算核函数在每个观测值处的值和分布范围，得到在该点处的概率密度函数估计值。

核密度估计的优点在于其所得到的概率密度函数是一个连续函数，并且无需对数据做出具体的分布假设。

2. 最大似然估计最大似然估计是一种常用的参数估计方法，其原理是选择某个分布参数（如均值、方差、形状参数等），使得样本数据在该分布下的概率最大。

对于正态分布、指数分布等常见分布，最大似然估计具有较好的稳健性和准确性。

三、概率密度函数的应用概率密度函数的应用十分广泛，下面将简单介绍几个常见的应用场景。

1. 数据拟合在数据分析和建模中，常常需要使用概率密度函数来对数据进行拟合。

通过使用不同的概率密度函数，可以描述不同类型的随机变量，如正态分布、指数分布、泊松分布等。

概率密度函数的估计

概率密度函数的估计
概率密度函数是描述随机变量取值概率分布的函数，是概率论中的核心概念。在实际问题中，类条件概率密度常常是未知的，因此需要通过样本集进行估计。估计方法主要分为参数估计和非参数估计两种。参数估计是在概率密度函数形式已知但参数未知的情况下，通过训练数据来估计参数，常用方法ห้องสมุดไป่ตู้最大似然估计和Bayes估计。最大似然估计是通过最大化似然函数来求解参数，使得估计出的概率密度函数最符合样本数据的分布。而Bayes估计则考虑了参数的先验分布，通过贝叶斯公式求出参数的后验分布，进而得到估计量。非参数估计是在总体概率密度函数形式未知的情况下，直接利用训练数据对概率密度进行推断，主要方法有Parzen窗法和kN-近邻法。Parzen窗法是通过某种函数表示某一样本对待估计的密度函数的贡献，所有样本所作贡献的线性组合视作对某点概率密度的估计。而kN-近邻法则是把窗扩大到刚好覆盖kN个点，落在窗内的样本点的数目固定，但窗宽是变化的，从而提高了分辨率。这些方法在模式识别、机器学习等领域有广泛应用，特别是在设计贝叶斯分类器时，需要利用样本集来估计类条件概率密度，进而完成分类器的设计。

概率密度函数的估计参数估计

概率密度函数的估计参数估计

概率密度函数的估计参数估计概率密度函数（Probability Density Function，简称PDF）是概率统计学中一个非常重要的概念，用于描述连续随机变量的概率分布情况。

参数估计是统计学中一个关键的问题，它指的是通过样本数据来估计总体分布的参数。

本文将对概率密度函数的参数估计方法进行详细介绍。

一、参数估计的目标参数估计的目标是找到一组最合适的参数值，使得概率密度函数能够较好地拟合样本数据分布。

一般来说，参数估计可以分为两种类型：点估计和区间估计。

点估计是指利用样本数据直接估计出概率密度函数的参数值，而区间估计则是对参数进行区间估计，给出一个参数取值的范围。

二、点估计的方法1. 最大似然估计（Maximum Likelihood Estimation，简称MLE）最大似然估计是一种常用的参数估计方法，其基本思想是寻找一组参数值，使得样本观测值出现的概率最大。

对于给定的样本数据，若假设一个概率分布模型，并通过极大化似然函数来求解参数值，就得到了最大似然估计。

2. 矩估计（Moment Estimation）矩估计是通过样本矩直接估计总体矩的方法。

对于连续型分布而言，可以通过样本矩来估计分布的矩，从而得到参数的估计值。

3. 最大后验概率估计（Maximum A Posteriori Estimation，简称MAP）最大后验概率估计是贝叶斯估计的一种特殊情况，其基本思想是在最大化后验概率与似然函数的乘积，从而得到参数的估计值。

相对于最大似然估计，最大后验概率估计将先验分布考虑在内，可以有效地克服样本容量小引起的估计不准的问题。

三、区间估计的方法1. 置信区间估计（Confidence Interval Estimation）置信区间估计是通过样本数据计算出一个参数的区间估计范围，其置信水平表征了参数估计值位于置信区间内的可能性大小。

常用的置信区间估计方法有：正态分布置信区间估计、大样本置信区间估计、Bootstrap置信区间估计等。

概率密度函数估计.

概率密度函数估计.
ˆ d ( x , x ,, x ) d (X )。称作最大似然估计量。 样本集的函数，记作 1 2 N
为了便于分析，还可以定义对数似然函数 H ( ) ln l ( )。
3.2
最大似然估计(Maximum
Likelihood Estimation)
求解： 若似然函数满足连续、可微的条件，则最大似然估计量就是方程
i
P(Xi/θi)
利用上式求出 的估值 ，即为 ＝
i


上图有5个解,只有一个解最大即.
3.2
最大似然估计(Maximum
Likelihood Estimation)
正态分布下的最大似然估计示例 以单变量正态分布为例
[1， , 2 ]T
p( x | ) 1
1，
2 2
1 x 2 exp 2 2
样本集
X x1 , x2 ,, x N
l ( x ) p ( X | ) p ( xk | )
k 1 N
似然函数
3.2
最大似然估计(Maximum
dl( ) / d 0 或 dH ( ) / d 0
的解（必要条件）。 若未知参数不止一个，即 [1 , 2 ,, s ]T ，记梯度算子
, , , s 1 2
T
则最大似然估计量的必要条件由S个方程组成：
似然函数（likelihood function）
l ( ) p( X | ) p( x1 , x2 ,, x N | ) p( xi | )
i 1 N
—— 在参数 下观测到样本集 X 的概率（联合分布）密度

第三章 概率密度函数的参数估计

第三章 概率密度函数的参数估计

均值的后验概率
均值的后验概率仍满足正态分布，其中：
1 n n = ∑ xi n i =1
2 nσ 0 σ2 n = 2 + 2 0 2 n 2 nσ 0 + σ nσ 0 + σ
σ σ σ = nσ + σ 2
2 n 2 0 2 0 2
均值分布的变化
类条件概率密度的计算
p ( x D) = ∫ p ( x ) p ( D) d
模型在时刻t处于状态wj的概率完全由t-1时刻 的状态wi决定，而且与时刻t无关，即：
P w(t ) W
(
T
) = P ( w ( t ) w ( t 1))
P w ( t ) = ω j w ( t 1) = ωi = aij
(
)
Markov模型的初始状态概率 模型的初始状态概率
模型初始于状态wi的概率用 π i 表示。 完整的一阶Markov模型可以用参数 θ = ( π, A ) 表示，其中：
3.0 引言
贝叶斯分类器中最主要的问题是类条件概 率密度函数的估计。 问题可以表示为：已有c个类别的训练样 本集合D1，D2，…，Dc，求取每个类别的 类条件概率密度 p ( x ωi ) 。
概率密度函数的估计方法
参数估计方法：预先假设每一个类别的概 率密度函数的形式已知，而具体的参数未 知；
最大似然估计(MLE, Maximum Likelihood Estimation)； 贝叶斯估计(Bayesian Estimation)。
p ( x θ ) = ∑ ai pi ( x θi ),
i =1 M
∑a
i =1
M
i
=1
最常用的是高斯混合模型(GMM，Gauss Mixture Model)：

概率密度函数的估计

概率密度函数的估计

21
3.3.1 一元正态分布例解
最大似 然估计
p( xk | 1 ,2 2 )
1 exp( ( xk 1)2 )
22
22
ln
p( xk
| 1,2 )


1 2
ln(
2
2
)

1
22
( xk
1)2
第三章 概率密度密度的估计
22
一元正态分布均值的估计
p(K )

N k 1
p( xk
| ) p() ~
N
(

N
,

2 N
)
N

N
2 0
N
2 0

2
mN

2
N
2 0

2
0

2 N

02 2
N
2 0

2
第三章 概率密度密度的估计
28
3.4 非参数估计
非参数估计：密度函数的形式未知，也不作 假设，利用训练数据直接对概率密度进行估 计。又称作模型无关方法。
最大似 然估计
N
θH (θ) |ˆML θ ln p( xk | θ) |ˆML 0 k 1

1
ln
p( xk
| 1,2 )

1
2
( xk
1)
代入前式,得
ˆ ML

1 N
N
xk
k 1
第三章 概率密度密度的估计
23
一元正态分布方差的估计
最大似 然估计

2
R R(ˆ | x)p(x)dx Ed

概率密度估计

概率密度估计

1、概率密度函数在分类器设计过程中（尤其是贝叶斯分类器），需要在类的先验概率和类条件概率密度均已知的情况下，按照一定的决策规则确定判别函数和决策面。

但是，在实际应用中，类条件概率密度通常是未知的。

那么，当先验概率和类条件概率密度都未知或者其中之一未知的情况下，该如何来进行类别判断呢？其实，只要我们能收集到一定数量的样本，根据统计学的知识，可以从样本集来推断总体概率分布。

这种估计方法，通常称之为概率密度估计。

它是机器学习的基本问题之一，其目的是根据训练样本来确定x（随机变量总体）的概率分布。

密度估计分为参数估计和非参数估计两种。

2、参数估计参数估计：根据对问题的一般性认识，假设随机变量服从某种分布（例如，正态分布），分布函数的参数可以通过训练数据来估计。

参数估计可以分为监督参数估计和非监督参数估计两种。

参数估计当中最常用的两种方法是最大似然估计法和贝叶斯估计法。

监督参数估计：样本所属类别及条件总体概率密度的形式已知，表征概率密度的某些参数是未知的。

非监督参数估计：已知样本所属的类别，但未知总体概率密度函数的形式，要求推断出概率密度本身。

3、非参数估计非参数估计：已知样本所属的类别，但未知总体概率密度函数的形式，要求我们直接推断概率密度函数本身。

即，不用模型，只利用训练数据本身来对概率密度做估计。

非参数估计常用的有直方图法和核方法两种；其中，核方法又分为Pazen窗法和KN近领法两种。

概率密度估计--参数估计与非参数估计我们观测世界，得到了一些数据，我们要从这些数据里面去找出规律来认识世界，一般来说，在概率上我们有一个一般性的操作步骤1. 观测样本的存在2. 每个样本之间是独立的3. 所有样本符合一个概率模型我们最终想要得到的是一个概率密度的模型，有了概率密度模型以后，我们就可以统计预测等非常有用的地方，因此，首要任务是找出一些概率分布的概率密度模型。

我们来分析一下上面的三个步骤，第一第二都很好解决，关于第三点，我们可以有不同的处理方式如果我们已经对观测的对象有了一些认识，对观测的现象属于那种类型的概率密度分布已经了解了，只是需要确定其中的参数而已，这种情况就是属于参数估计问题。

概率密度函数的估计

概率密度函数的估计

⒋区间估计
除点估计外，还有另一类估计，它要求用区间 (d1，d2)作为 θ 可能取值范围的一种估计。这个 区间称为置信区间，这类估计问题称为区间估 计。 要求估计总体分布的具体参数是点估计问题。 介绍两种主要的点估计方法 最大似然估计和贝叶斯估计。 它们都能得到相应的估计值，当然评价一个 估计的“好坏”，不能按一次抽样结果得到的 估计值与参数真值的偏差大小来确定，而必须 从平均的和方差的角度出发进行分析
θˆ2 = x( N )
二、贝叶斯估计和贝叶斯学习
㈠贝叶斯估计 前面从决策论的角度论述了最小风险贝 叶斯决策，实际上贝叶斯决策和贝叶斯 估计是统一的。 贝叶斯决策的论述 设状态空间 ={ω1，ω2，…ωc} 识别对象 x = [x1，x2，…，xd]T ， 决策空间 A ={ α1 ,α 2 ,… ,α i }
l (θ ) = p ( X | θ ) = p( x1 , x 2 ,…，x N | θ ) 这个密度可以看成是θ 的函数，具体地说，
l (θ ) = p ( x1 , x2 , …，x N | θ ) = p ( x1 | θ ) p ( x2 | θ ) … p ( x N | θ ) 似然函数 l (θ )给出了从总体中抽出x1，
k =1
θ 例如随机变量x服从均匀分布，但参数 θ1 、 2 未知， 1
p ( x | θ ) = θ 2 − θ 1 0
θ1 < x < θ 2
其它
设从总体中独立地抽取出N个样本x1， x2，…，xN。则其似然函数为
1 p( x1 , x 2 , …, x N | θ 1 ,θ 2 ) = (θ 2 − θ 1 ) N l (θ ) = p( X | θ ) = 0

概率密度函数的估计

概率密度函数的估计
ˆ H ) ( ˆ ) p( H ) d R ( H x1 , x2 ,…， x N R ( i x ) ( i , j ) P( j x )
j 1 c

i 1, 2,, c
ˆ H) R ( 考虑到 H 的各种取值，我们应求 在空间 中的 期望 ， N E d E d E d 。
p ( x H ) p ( x , H )d

在 已知的条件下， H 对 x 已不具有什么信息
p ( x , H ) p ( H )d p ( x ) p ( H )d
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第3章 概率密度函数的估计
p ( x H ) p ( x ) p ( H )d
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第3章 概率密度函数的估计
参数估计——包括监督参数估计和非监督参数估计 监督参数估计——样本所属的类别及类条件总体概率密 度函数的形式为已知，而表征概率密度函数的某些参数 是未知的 非监督参数估计——已知总体概率密度函数的形式但未 知样本所属类别，要求推断出概率密度函数的某些参数 参数估计的方法——最大似然估计和Bayes估计
第3章 概率密度函数的估计
第3章
概率密度函数的估计
3.1 最大似然估计 3.2 Bayes估计和Bayes学习 3.3 正态分布的监督参数估计 3.4 非监督参数估计 3.5 总体分布的非参数估计
第3章 概率密度函数的估计
在上一章，我们介绍了先验概率和类条件概率密 度函数已知时，怎么去设计一个最优分类器，但 是在一般的模式识别问题中，要知道所讨论问题 的全部概率结构是不大可能的。通常对于研究的 问题只有一些一般性的、模糊的知识。可能有的 就是一些样本了。现在的问题就转变为如何利用 上述信息去对概率总体作出估计，从而进一步设 计出分类器。在模式识别问题中，先验概率的估 计并不困难，困难的是类条件概率密度函数的估 计，包括形式和参数两方面的问题。形式已知的 称为参数估计，未知的称为非参数估计。

第3章概率密度函数的估计new

第3章概率密度函数的估计new
ˆ 一般来讲, 使似然函数的值最大的 是样本 ˆ x , x , , x 的函数，记为： d ( x , x , , x )
1 2 N 1 2 N
ˆ 将 d ( x1 , x2 , , xN )称为 的最大似然估计量。 最大似然估计量：令( )为样本集D的似然函数， ˆ D {x , x , , x }，如果 d ( D) d ( x , x , , x )
[1 , 2 , ,S ]T
用 表示梯度算子:
(3-6)
求解似然函数最大值就需要对的每一维分别求导， ,..., (3-7) S 1 对似然函数求导并令梯度等于零： l ( ) 0 H( )为对数似然函数： H( ) ln[( )] lnp(D| ) lnp(x1 ,x2 , ,xN |1 , 2 , ,S ) (3-8)
13
第3章 概率密度函数估计
3.2 参数估计的基本概念
（3）点估计、估计量和估计值： 点估计问题是要构造一个统计量d ( x1 ,..., xN )作为参数的 ˆ 估计, 在统计学中称 为 的估计量。如果x ( i ) , , x (i )是属于
1 N
类别i的几个样本观察值，代入统计量d 就得到对于第i类 ˆ 的 的具体数值，这个数值在统计学中称为 的估计值. （4）区间估计： 除点估计外，还有另一类估计，它要求用区间(d1 , d 2 )作为
k 1
N
从： H ( ) 0
(3 -11)
的S 个方程能够获得 的最大似然估计量的必要条件。 ˆ ˆ 如果式(3 -11)的解 能够使得似然函数值最大，则 就是 的最大似然估计。
29
3.2.1 最大似然估计
需要注意的是： 1，有时式(3 -11)无唯一解。如图3.1中有5个解。虽然这 5个都是解，但有的解可能是真正的全局最大值点， 也可能是局部极值点，或者还可能是函数的拐点。 2，此外，我们必须注意检查所得到的解是否位于函数 H ( )定义域的边界上。如果所有的极值解都已经求得了 ，我们就能确定其中必有一个是全局的最大值。然后 检查确定真正的全局最优点。

概率密度函数的估计非参数估计

概率密度函数的估计非参数估计
模式识别
第3章 概率密度函数的估计
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1
总体分布的非参数估计
前面的方法
密度函数的形式已知
存在问题
密度函数的形式常常未知 一些函数形式很难拟合实际的概率密度
经典的密度函数都是单峰的，而在许多实际情况 中却是多峰的
因此用非参数估计
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2
总体分布的非参数估计
非参数估计
处理问题
直接用已知类别样本去估计总体密度分布p(x|ωi)
需要计算^p(x|ωi)的每个点的值 方法
① 用样本直接去估计类概率密度p(x|ωi)以此来设 计分类器, 如窗口估计
② 用学习样本直接估计后验概率p(ωi|x)作为分类 准则来设计分类器如k近邻法.
本章只考虑第一种方法
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3
总体分布的非参数估计
k
pˆ(x) N
V
所以如果样本有限，则估计值一定有方差。
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11
总体分布的非参数估计
p(x)估计值的收敛性讨论
考虑无限多样本情况
构造一串包括x的区域序列R1,R2,…RN. 对R1采用1个样本进行估计， 对R2采用2个样本进行估计， ……
VN是RN的体积，KN是N个样本落入VN的样本数则
7
总体分布的非参数估计
估计概率p(x)
密度p(x)的估计:
k pˆ ( x) N
V
(V足够小)
上式就是对x点概率密度p(x)的估计值
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8
真实概率是 0.7 横坐标是k/N 纵坐标是概率分布
可编辑ppt
9
总体分布的非参数估计
p(x)估计值的收敛性讨论
当V固定的时候

概率密度估计置信区间 -回复

概率密度估计置信区间 -回复

概率密度估计置信区间-回复【概率密度估计置信区间】是一个统计学中常用的方法，用于对一个随机变量的概率密度函数进行估计，并确定其估计的准确性。

在实际应用中，我们往往只能通过样本来推断总体的概率密度函数，而无法直接获得总体的概率密度函数，因此需要借助概率密度估计方法来进行估计。

一、概率密度估计方法常用的概率密度估计方法包括核密度估计和最大似然估计。

1. 核密度估计核密度估计是一种非参数估计方法，它使用一组核函数（通常是正态分布函数）对每个样本点周围的区域进行加权，并将这些核函数进行求和，最终得到概率密度函数的估计值。

核密度估计的优点在于不对概率密度函数做过多的假设，适用于各种分布情况。

2. 最大似然估计最大似然估计是一种参数估计方法，它寻求使得样本观测值出现的概率最大化的参数估计值。

对于概率密度函数的估计，最大似然估计将概率密度函数的形式确定为某个已知分布函数，并通过最大化似然函数来确定该分布函数的参数。

二、置信区间的概念在概率密度估计中，置信区间是用来衡量估计结果的精确性的统计指标。

它提供了一个区间范围，表示估计值的真实值可能位于这个区间内的概率大小。

1. 置信水平置信水平是指我们对估计结果的信心程度，一般用1-α来表示，其中α是我们容忍的错误发生的概率。

例如，我们常用的置信水平有95和99。

2. 置信区间置信区间是一个包含真实参数估计值的区间，它的估计结果具有一定的置信水平。

一般来说，置信区间的构建方法有两种：一种是通过抽样分布来构建，另一种是通过基于估计的标准误差来构建。

三、构建置信区间的方法在概率密度估计中，构建置信区间的方法依赖于估计方法的具体形式。

下面以核密度估计和最大似然估计为例，介绍两种常用的置信区间构建方法。

1. 核密度估计的置信区间对于核密度估计，采用抽样分布的方法来构建置信区间。

一般可以通过自助法或者交叉验证法来获得估计值的抽样分布。

然后根据置信水平和抽样分布的分位数，确定置信上下限。

指数函数的概率密度函最大似然估计

指数函数的概率密度函最大似然估计

指数函数的概率密度函最大似然估计概率密度函数是描述随机变量取值的概率分布的函数。

对于指数函数来说，它是一种特殊的概率密度函数，广泛应用于统计学和概率论中。

指数函数具有以下的形式：f(x) = λ * exp(-λx)其中，λ是一个正数，表示指数函数的比例参数。

指数函数的概率密度函数在x大于等于0时有定义。

最大似然估计是一种常用的参数估计方法，它通过最大化观测到的数据的概率来估计参数的值。

在指数函数的概率密度函数中，最大似然估计的目标是找到最优的参数λ，使得观测到的数据的概率达到最大。

为了进行最大似然估计，我们首先需要明确估计的目标。

在这里，我们的目标是找到最优的参数λ值，使得观测到的数据的概率最大化。

让我们考虑具体的步骤：1.收集数据：首先，我们需要收集一组观测到的数据，这些数据是从指数分布中抽取得到的。

2.构建似然函数：我们可以根据观测到的数据构建似然函数。

对于一组独立的随机变量X1, X2,...,Xn，其概率密度函数为f(x) = λ * exp(-λx)，那么这组观测到的数据的似然函数可以表示为：L(λ) = ∏(λ * exp(-λxi))其中i=1到n，xi是观测到的数据点。

3.对数似然函数：为了方便计算和求导，我们通常取似然函数的对数，即：ln(L(λ)) = ∑(ln(λ) - λxi)4.极大化对数似然函数：使用偏导数，我们可以找到对数似然函数的极大值点。

我们求解ln(L(λ))对λ的偏导数，令其等于0，可以得到极大值点。

5.求解参数：解方程ln(L(λ))' = 0，我们可以求解出参数λ的值，这将是对观测到的数据最大化概率的最优参数估计。

通过上述步骤，我们可以使用最大似然估计方法估计指数函数的比例参数λ。

需要注意的是，最大似然估计方法可以提供一种统计上的最优参数估计，但并不一定能确保得到真实参数的准确估计。

因此，在应用最大似然估计时，还需要对估计结果进行合理性检验，比如进行假设检验或者计算置信区间。

概率密度估计分类

概率密度估计分类

概率密度估计分类让我们了解一下概率密度函数（PDF）。

概率密度函数描述了随机变量在各个取值点上的概率密度，即在某个取值点附近的概率。

对于连续型随机变量，概率密度函数可以用来描述其分布情况。

而在分类问题中，我们希望根据给定的特征，对样本进行分类，即将其分到不同的类别中。

概率密度估计可以帮助我们对样本的分布进行建模，从而为分类任务提供基础。

在概率密度估计分类中，最常用的方法之一是高斯混合模型（Gaussian Mixture Model，简称GMM）。

高斯混合模型假设样本的分布可以由多个高斯分布组合而成，每个高斯分布对应一个类别。

通过对样本进行学习，可以估计出每个类别的概率密度函数，从而根据概率密度进行分类。

除了高斯混合模型，还有其他一些常用的概率密度估计方法，如核密度估计（Kernel Density Estimation，简称KDE）。

核密度估计通过在每个样本点周围放置一个核函数，来估计样本的概率密度函数。

核密度估计不对样本的分布做任何假设，因此适用于各种类型的数据。

在实际应用中，概率密度估计分类可以用于很多领域，如图像分类、文本分类等。

例如，在图像分类中，我们可以通过提取图像的特征，并使用概率密度估计方法来建模不同类别的特征分布，从而实现对图像的分类。

在文本分类中，我们可以将文本表示为词向量，然后使用概率密度估计方法来对不同类别的词向量进行建模，从而实现对文本的分类。

概率密度估计分类方法的优点是可以对样本的分布进行建模，从而提供更加准确的分类结果。

而且，概率密度估计方法可以灵活地适应不同类型的数据，因此在各种应用场景中都有广泛的应用。

然而，概率密度估计分类方法也存在一些局限性。

首先，概率密度估计方法对数据的分布有一定的假设，如果数据的分布与假设不符，可能会导致分类结果不准确。

其次，概率密度估计方法在处理高维数据时可能会遇到维度灾难的问题，导致计算复杂度增加。

概率密度估计分类是一种常用的分类方法，在各种应用场景中都有广泛的应用。

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1、概率密度函数
在分类器设计过程中（尤其是贝叶斯分类器），需要在类的先验概率和类条件概率密度均已知的情况下，按照一定的决策规则确定判别函数和决策面。

但是，在实际应用中，类条件概率密度通常是未知的。

那么，当先验概率和类条件概率密度都未知或者其中之一未知的情况下，该如何来进行类别判断呢？其实，只要我们能收集到一定数量的样本，根据统计学的知识，可以从样本集来推断总体概率分布。

这种估计方法，通常称之为概率密度估计。

它是机器学习的基本问题之一，其目的是根据训练样本来确定x（随机变量总体）的概率分布。

密度估计分为参数估计和非参数估计两种。

2、参数估计
参数估计：根据对问题的一般性认识，假设随机变量服从某种分布（例如，正态分布），分布函数的参数可以通过训练数据来估计。

参数估计可以分为监督参数估计和非监督参数估计两种。

参数估计当中最常用的两种方法是最大似然估计法和贝叶斯估计法。

监督参数估计：样本所属类别及条件总体概率密度的形式已知，表征概率密度的某些参数是未知的。

非监督参数估计：已知样本所属的类别，但未知总体概率密度函数的形式，要求推断出概率密度本身。

3、非参数估计
非参数估计：已知样本所属的类别，但未知总体概率密度函数的形式，要求我们直接推断概率密度函数本身。

即，不用模型，只利用训练数据本身来对概率密度做估计。

非参数估计常用的有直方图法和核方法两种；其中，核方法又分为Pazen窗法和KN近领法两种。

概率密度估计--参数估计与非参数估计
我们观测世界，得到了一些数据，我们要从这些数据里面去找出规律来认识世界，一般来说，在概率上我们有一个一般性的操作步骤
1. 观测样本的存在
2. 每个样本之间是独立的
3. 所有样本符合一个概率模型
我们最终想要得到的是一个概率密度的模型，有了概率密度模型以后，我们就可以统计预测等非常有用的地方，因此，首要任务是找出一些概率分布的概率密度模型。

我们来分析一下上面的三个步骤，第一第二都很好解决，关于第三点，我们可以有不同的处理方式
如果我们已经对观测的对象有了一些认识，对观测的现象属于那种类型的概率密度分布已经了解了，只是需要确定其中的参数而已，这种情况就是属于参数估计问题。

如果我们研究观测的对象，也很难说这些观测的数据符合什么模型，参数估计的方法就失效了，我们只有用非参数估计的办法去估计真实数据符合的概率密度模型了。

因此，本文主要讨论参数估计和非参数估计问题
1. 参数估计
对我们已经知道观测数据符合某些模型的情况下，我们可以利用参数估计的方法来确定这些参数值，然后得出概率密度模型。

这个过程中用到了一个条件，就是概率分布符合某些模型这个事实。

在这个事实上进行加工。

一般来说，参数估计中，最大似然方法是最重要和最常用的，我们重点介绍参数估计方法我们在《无基础理解贝叶斯》中已经讲过似然性，那么我们就可以先写出似然函数。

假设有N个观测数据，并且概率模型是一个一维的高斯模型，用f(x)表示高斯模型，参数待定，因此我们可以写出似然函数
L(x1,x2,...xn) = f(x1,x2,...xn) = f(x1)*f(x2)*......*f(xn),第二个等式用到了样本之间是独立性这个假设（上面提到的一般步骤的第二条）
然后把对似然函数取对数
logL(x1,x2,...xn) = log(f(x1)*f(x2)*......*f(xn)) = log(f(x1)) +
log(f(x2))+......+log(f(xn))
我们既然提到了极大释然方法，那就是要求出使得logL(x1,x2,...xn) 取最大值得参数。

因此对logL(x1,x2,...xn) 求导等于0的参数就是符合要求的参数。

注意，如果似然函数求导有困难，通常我们会用迭代方法去求得这些参数，后面我们讲EM 算法就是属于此类型
2. 贝叶斯方法
在我们谈到参数估计方法中，我们假定了参数是固定值，但是贝叶斯观点会人文，模型的参数值不是固定的，也是属于某种分布的状态。

因此我们做参数估计的时候其实是不准确的，因此贝叶斯方法会把参数的也作为一个概率考虑进来，然后再去观测。

我个人理解，这种方式也只能算是参数估计里面的一个变种而已
后验概率∝似然性* 先验概率
先验概率，我们可以看成是待估计模型的参数的概率分布，后验模型是在我们观测到新的数据以后，结合先验概率再得出的修正的参数的分布
注意，如果似然函数的形式和先验概率的乘积有同样的分布形式的话，得到的后验分布也会有同样的分布模型
因此，人为的规定，如果先验概率与似然函数的乘积在归一化以后，与先验分布的形式上是一致的话，似然函数与先验概率就是共轭的，注意共轭不是指先验与后验的共轭
至于满足这个条件的共轭分布有很多种，二项分布与贝塔分布，多项式分布于狄利克雷分布等
后面有时间再更新一些贝叶斯方法相关的内容
3. 非参数估计
看过了参数估计后，我们知道，如果有模型的知识可以利用的话，问题就会变得很简单，但是如果没有关于模型的知识，我们怎么办？
回过头来看我们的目标，求出观测数据的概率密度模型。

因此我们就会从概率密度这个定义开始分析，看有没有可以入手的地方。

概率密度，直观的理解就是在某一个区间内，事件发生的次数的多少的问题，比如N(0，1)高斯分布，就是取值在0的很小的区间的概率很高，至少比其他等宽的小区间要高。

我们把所有可能取值的范围分成间隔相等的区间，然后看每个区间内有多少个数据？这样我们就定义出了直方图，因此直方图就是概率密度估计的最原始的模型。

直方图我们用的是矩形来表示纵轴，当样本在某个小区间被观测到，纵轴就加上一个小矩形。

这样用矩形代表的模型非常粗糙，因此可以用其他的形状来表示，进一步就是核密度估计方法，这个后面会有一个翻译文章来具体讲解
基本上，参数估计和非参数估计是概率模型里面用的非常多的基本概念，希望自己在后面忘记的时候还能想起来曾经写过的东西。