概率密度估计
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.
∵ 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（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
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（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.
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。