贝叶斯网络 (2)

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第8章 贝叶斯网络

第8章 贝叶斯网络
23
例4:计算已知X光检查呈阳性(+PX)的情况下,患脑瘤(+BT)概率。
P(HO|PT) PT=TRUE PT=FALSE TRUE 0.7 0 FALSE 0.3 1
宴会(PT)
P(PT) P(BT) TRUE 0.2 0.001 FALSE 0.8 0.999
喝醉(HO)
P(SA|HO) HO=TRUE HO=FALSE TRUE 0.8 0.1 FALSE 0.2 0.9
4.2叶斯网络的诊断算法
25
例5:计算已知头疼(+HA)的情况下,患脑瘤(+BT)概率。
P(HO|PT) PT=TRUE PT=FALSE TRUE 0.7 0 FALSE 0.3 1
宴会(PT)
P(PT) P(BT) TRUE 0.2 0.001 FALSE 0.8 0.999
喝醉(HO)
P(SA|HO) HO=TRUE HO=FALSE TRUE 0.8 0.1 FALSE 0.2 0.9
脑瘤(BT)
P(PX|BT) BT=TRUE BT=FALSE TRUE 0.98 0.01 FALSE 0.02 0.99
头疼(HA)
酒精味(SA)
P(HA|HO,PT) TRUE FALSE
X射线(PX)
HO=FALSE BT=TRUE BT=FALSE 0.9 0.02 0.1 0.98
HO=TURE BT=TRUE BT=FALSE 0.99 0.7 0.01 0.3
管理建模
杜元伟 博士/副教授
duyuanwei@
贝叶斯网络
2
贝叶斯……这个生性孤僻,哲学气味重于数 学气味的学术怪杰,以其一篇遗作的思想重 大地影响了两个世纪以后的统计学术界,顶 住了统计学的半边天。 ——陈希孺 院士

贝叶斯网络与因果推理

贝叶斯网络与因果推理

贝叶斯网络与因果推理贝叶斯网络是一种常用的概率图模型,被广泛应用于因果推理领域。

它以概率分布和有向无环图为基础,能够帮助我们理解和分析变量之间的因果关系。

本文将详细介绍贝叶斯网络的原理与应用,以及它在因果推理中的重要作用。

一、贝叶斯网络的原理贝叶斯网络基于贝叶斯定理和条件独立性假设,通过节点、边和概率表达式构成有向无环图,从而建立变量之间的因果关系模型。

在贝叶斯网络中,节点代表随机变量,边表示变量之间的依赖关系,而概率表达式则描述了变量之间的条件概率分布。

贝叶斯网络的核心是贝叶斯定理,其形式为P(A|B) = (P(B|A) * P(A)) / P(B)。

其中,P(A|B)表示在已知B发生的条件下,A发生的概率;P(B|A)表示在已知A发生的条件下,B发生的概率;P(A)和P(B)分别表示A和B独立发生的概率。

二、贝叶斯网络的应用1. 分类和预测:贝叶斯网络可以通过学习已知数据的概率关系,进行分类和预测任务。

通过给定一些观测变量,可以计算出其他未观测变量的概率分布,从而进行分类或预测。

2. 诊断和故障检测:贝叶斯网络可以用于诊断系统故障或进行故障检测。

通过观测系统中的一些变量,可以推断其他未观测变量的概率分布,从而确定系统的故障原因。

3. 原因分析和决策支持:贝叶斯网络可以用于原因分析和决策支持。

通过构建概率模型,可以确定某个事件发生的原因,从而辅助决策制定。

三、贝叶斯网络与因果推理1. 因果关系建模:贝叶斯网络可以帮助我们理解和建模变量之间的因果关系。

通过有向无环图,我们可以确定变量之间的依赖关系和因果关系。

贝叶斯网络的条件概率表达式则描述了变量之间的因果关系。

2. 因果推理:贝叶斯网络可以用于因果推理,即通过观测到的一些变量,来推断其他未观测变量的概率分布。

这种推理方式能够帮助我们分析和预测因果关系,并进行有效的决策。

3. 因果关系判定:贝叶斯网络可以用于判定变量之间的因果关系。

通过条件独立性和概率计算,我们可以判断出某个变量对另一个变量的影响程度,从而确定因果关系。

贝叶斯网络及其应用

贝叶斯网络及其应用

贝叶斯网络及其应用贝叶斯网络是一种基于概率数学的图形模型,可以表示多个变量之间的关系,包括因果关系和依赖关系。

贝叶斯网络常用于分类、预测和诊断等领域,具有广泛的应用价值。

一、贝叶斯网络的原理贝叶斯网络的核心思想是贝叶斯定理,即在观测变量的前提下,推断未观测变量的概率分布。

具体而言,贝叶斯网络由节点(变量)和边(关系)构成,其中节点表示变量,边表示变量之间的关系。

例如,一个人的身高和体重之间存在一定的关系。

如果用贝叶斯网络表示,身高和体重分别是两个节点,它们之间存在一条边。

因为身高可以影响体重,但是体重不能影响身高。

贝叶斯网络可以表示更为复杂的关系,例如,多个变量之间的依赖关系或因果关系。

应用贝叶斯网络可以对复杂的现象进行建模,并进行推理和预测。

二、贝叶斯网络的应用1. 分类贝叶斯网络在分类问题中有广泛的应用。

例如,在医学诊断中,病人的症状和疾病之间存在复杂的关系,使用贝叶斯网络可以对病情进行分类。

另外,在垃圾邮件分类中,使用贝叶斯网络可以对邮件进行分类,以便过滤垃圾邮件。

2. 预测贝叶斯网络在预测问题中也有广泛的应用。

例如,在金融领域,使用贝叶斯网络可以对股票价格进行预测。

另外,在环境研究中,使用贝叶斯网络可以对气候变化等问题进行预测。

3. 诊断贝叶斯网络在诊断领域中也有广泛的应用。

例如,在医学诊断中,使用贝叶斯网络可以根据病人的症状和疾病之间的关系,进行病情诊断。

另外,在工业控制中,使用贝叶斯网络可以对机器故障进行诊断。

三、贝叶斯网络的局限性贝叶斯网络虽然具有广泛的应用价值,但也存在一些局限性。

其中最主要的局限性是数据要求较高。

因为贝叶斯网络需要大量的数据来进行建模和训练,如果数据量太少,可能会影响预测的准确性。

另外,贝叶斯网络对于较为复杂的现象建模能力有限,可能无法完全反映真实的现象。

四、结论贝叶斯网络是一种基于概率数学的图形模型,可以表示多个变量之间的关系。

它具有广泛的应用价值,包括分类、预测和诊断等领域。

贝叶斯网络和主观贝叶斯方法课件

贝叶斯网络和主观贝叶斯方法课件

CHAPTER 06
总结与展望
总结
01
贝叶斯网络是一种基于概率的图形化模型,用于表示随机变量之间的 依赖关系。
02
主观贝叶斯方法是一种基于主观概率的推理方法,它允许人们在缺乏 完整信息的情况下进行推理。
03
贝叶斯网络和主观贝叶斯方法在许多领域都有广泛的应用,如机器学 习、数据挖掘、自然语言处理等。
01
03
随着机器学习和人工智能技术的不断发展,贝叶斯网 络和主观贝叶斯方法在与其他技术的结合方面也将有
更多的创新和应用。
04
未来,贝叶斯网络和主观贝叶斯方法的研究将更加注 重模型的解释性和可解释性,以更好地理解模型的工 作原理和应用效果。
THANKS
[ 感谢观看 ]
主观贝叶斯方法优缺点
优点
主观贝叶斯方法能够结合专家知识和不确定性推理,提供更准确的概率估计。 它还具有灵活性和可解释性,能够清晰地表达和解释不确定性。
缺点
主观贝叶斯方法的准确性取决于专家的判断能力和经验,因此可能存在主观偏 差。此外,构建和验证主观贝叶斯模型需要大量时间和资源,也可能限制其应 用范围。
贝叶斯网络和主观贝叶 斯方法课件
• 贝叶斯网络与主观贝叶斯方法的比较 • 贝叶斯网络和主观贝叶斯方法案例分
CHAPTER 01
贝叶斯网络概述
贝叶斯网络定义
贝叶斯网络是一种概 率图模型,用于表示 随机变量之间的概率 依赖关系。
贝叶斯网络提供了一 种可视化和推理随机 变量之间复杂关系的 方法。
它由一个有向无环图 (DAG)和每个节点 上的概率分布表组成。
法能够更好地处理主观先验知识。
局限性
03
贝叶斯网络在处理大规模数据时可能面临计算瓶颈,而主观贝

贝叶斯网络

贝叶斯网络

贝叶斯网络2007-12-27 15:13贝叶斯网络贝叶斯网络亦称信念网络(Belief Network),于1985 年由Judea Pearl 首先提出。

它是一种模拟人类推理过程中因果关系的不确定性处理模型,其网络拓朴结构是一个有向无环图(DAG)。

它的节点用随机变量或命题来标识,认为有直接关系的命题或变量则用弧来连接。

例如,假设结点E 直接影响到结点H,即E→H,则建立结点E 到结点H 的有向弧(E,H),权值(即连接强度)用条件概率P(H/E)来表示,如图所示:一般来说,有 n 个命题 x1,x2,,xn 之间相互关系的一般知识可用联合概率分布来描述。

但是,这样处理使得问题过于复杂。

Pearl 认为人类在推理过程中,知识并不是以联合概率分布形表现的,而是以变量之间的相关性和条件相关性表现的,即可以用条件概率表示。

如例如,对如图所示的 6 个节点的贝叶斯网络,有一旦命题之间的相关性由有向弧表示,条件概率由弧的权值来表示,则命题之间静态结构关系的有关知识就表示出来了。

当获取某个新的证据事实时,要对每个命题的可能取值加以综合考查,进而对每个结点定义一个信任度,记作 Bel(x)。

可规定 Bel(x) = P(x=xi / D) 来表示当前所具有的所有事实和证据 D 条件下,命题 x 取值为 xi 的可信任程度,然后再基于 Bel 计算的证据和事实下各命题的可信任程度。

团队作战目标选择在 Robocode 中,特别在团队作战中。

战场上同时存在很多机器人,在你附近的机器人有可能是队友,也有可能是敌人。

如何从这些复杂的信息中选择目标机器人,是团队作战的一大问题,当然我们可以人工做一些简单的判断,但是战场的信息是变化的,人工假定的条件并不是都能成立,所以让机器人能自我选择,自我推理出最优目标才是可行之首。

而贝叶斯网络在处理概率问题上面有很大的优势。

首先,贝叶斯网络在联合概率方面有一个紧凑的表示法,这样比较容易根据一些事例搜索到可能的目标。

医用数据挖掘案例与实践 第22章 贝叶斯网络分析

医用数据挖掘案例与实践 第22章 贝叶斯网络分析

下面开始构建贝叶斯网络,在R窗口中输入如下语句:
fit.prior <- jointprior(fit)
(计算变量联合分布参数的先验信息)
fit.nw<-learn(fit,bn,fit.prior)
(学习贝叶斯初始网络)
fit.search<- autosearch (fit.nw,bn,fit.prior,trace=TRUE) (贪婪搜索算法,其中trace是逻辑值,
第二十二章 贝叶斯网络分析
随着医学研究的深入开展,越来越多的研究将贝叶斯网络运用于手术 结果预测,治疗效果评价,医疗诊断及医院信息管理等方面。贝叶斯网络 用有向无环图和条件概率分布描述了变量之间的依赖和独立关系。通过贝 叶斯网络图形化的特点建立起变量之间的因果关系,可以帮助医学研究人 员应用于临床诊断和临床决策。与其他决策模型不同,贝叶斯网络是基于 概率的表达与推理模型,具有强大的不确定性问题处理能力。贝叶斯网络 应用条件概率表达各个信息要素之间的相关关系,能在有限的、不完整的、 不确定的信息条件下进行学习和推理,因此更为贴切地蕴含了网络节点变 量之间的因果关系及条件相关关系。此外,贝叶斯网络将多元知识图解可 视化,便于直观的理解,因此在医学研究领域中将发挥越来越重要的作用。
慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)是死亡率较高的一种慢性肺疾病。目前,尽管已发现吸烟是疾病的 风险因素,但据报道仅有10%的吸烟人群能进展成为有症状的COPD患者, 说明该疾病和遗传、环境等因素有很大的关系。其中单个核苷酸变异 (Single Nucleotide Polymorphism,SNP)作为人类可遗传变异中最常 见的一种,占所有已知多态性的90%以上,不仅可以作为遗传标记,还可 以通过连锁分析定位疾病基因。

贝叶斯网络全解课件

贝叶斯网络全解课件

通过计算两个事件之间的条件概 率来判断它们是否独立。如果 P(A|B)=P(A),则事件A和B独立。
图模型基础
图模型的基本概念
图模型的参数学习
图模型是一种用图形表示变量之间关 系的方法,其中节点表示变量,边表 示变量之间的关系。
通过训练数据学习图模型中的参数, 如节点之间的连接关系和权重等。
有向图与无向图
灵活性
贝叶斯网络适用于各种 领域,如机器学习、人 工智能、医疗诊断等。
贝叶斯网络应用场景
分类和回归
贝叶斯网络可以用于分类和回归任务,通过 概率推理进行预测。
故障诊断
贝叶斯网络在故障诊断中应用广泛,能够基 于症状推断故障原因。
决策支持
贝叶斯网络可以为决策提供支持,基于现有 信息和概率推理进行决策。
自然语言处理
有向图中的边有方向,表示一种有方 向的依赖关系;无向图中的边没有方 向,表示一种对称的依赖关系。03贝叶斯网络构建
确定网络结构
节点确定 边确定
参数学 习
条件概率表
参数估 计
利用训练数据估计条件概率表中的参 数值,常用的方法有最大似然估计和 贝叶斯估计。
推理算法
朴素贝叶斯
01
信念传播
02
基于采样的推理
的概率分布表组成。
节点表示随机变量,可以是可观 测的或潜在的,边表示概率依赖 关系,箭头指向表示因果关系。
贝叶斯网络特点
概率性
贝叶斯网络是基于概率 的模型,能够处理不确
定性问题。
图形性
贝叶斯网络使用图形化 的方式表示变量之间的 概率依赖关系,易于理
解和解释。
因果性
贝叶斯网络中的边具有 明确的因果指向,有助 于推断潜在的因果关系。

第7章贝叶斯网络.ppt

第7章贝叶斯网络.ppt

计算已知参加晚会的情况下,第二天早晨呼吸有 酒精味的概率。
P(+SA)=P(+HO)P(+SA|+HO)+P(-HO)P(+SA|-HO)
计算已知参加晚会的情况下,头疼发生的概率。
2019/10/19
数据仓库与数据挖掘
15
7.4.2 贝叶斯网络的预测算法
输入:给定贝叶斯网络B(包括网络结构m个节点以及某些节点间的连线、原因 节点到中间节点的条件概率或联合条件概率),给定若干个原因节点发生与 否的事实向量F(或者称为证据向量);给定待预测的某个节点t。
2019/10/19
数据仓库与数据挖掘
11
7.3.3 贝叶斯网络的3个主要议题
贝叶斯网络预测:从起因推测一个结果的理论, 也称为由顶向下的推理。目的是由原因推导出结 果。
贝叶斯网络诊断:从结果推测一个起因的推理, 也称为由底至上的推理。目的是在已知结果时, 找出产生该结果的原因。
贝叶斯网络学习:由先验的贝叶斯网络得到后验 贝叶斯网络的过程。
13
7.4.1 概率和条件概率数据
P(PT)
P(BT)
P(HO|PT)
PT=True
True False
0.200 0.800
0.001 0.999
True False
0.700 0.300
PT=False 0
1.000
左表给出了事件发生的概率:PT发生 的概率是0.2,不发生的概率是0.8
右表给出了事件发生的条件概率:PT 发生时,HO发生的概率是0.7
概率分布,并把节点n标记为已处理; (5)重复步骤(2)-(4)共m次。此时,节点t的概率分布就是它的发生/不发
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Also, since independence is symmetric, P(Z|Y, X) = P(Z|Y).
Quick proof that independence is symmetric
• Assume: P(X|Y, Z) = P(X|Y) • Then:
P(Z | X ,Y ) = P(X ,Y | Z)P(Z) P(X ,Y )
6
A path is “blocked” when...
• There exists a variable V on the path such that
• it is in the evidence set E • the arcs putting V in the path are “tail-to-tail”
Each variable is conditionally independent of all its nondescendants in the graph given the value of all its parents.
• This implies
n
∏ P( X1 K X n ) = P( X i | parents( X i )) i =1
d-separation to the rescue
• Fortunately, there is a relatively simple algorithm for determining whether two variables in a Bayesian network are conditionally independent: d-separation.
• Definition: X and Z are d-separated by a set of evidence variables E iff every undirected path from X to Z is “blocked”, where a path is “blocked” iff one or more of the following conditions is true: ...
Phone Call
• Your house has a twitchy burglar alarm that is also sometimes triggered by earthquakes.
• Earth arguably doesn’t care whether your house is currently being burgled
V
• Or, there exists a variable V on the path such that
• it is in the evidence set E • the arcs putting V in the path are “tail-to-head”
V
• Or, ...
A path is “blocked” when… (the funky case)
• While you are on vacation, one of your neighbors calls and tells you your home’s burglar alarm is ringing. Uh oh!
5
Things get a lot more confusing
Burglar
= P(Y | Z )P( X | Y , Z )P(Z ) P( X | Y )P(Y )
= P(Y | Z )P( X | Y )P(Z ) P( X | Y )P(Y )
= P(Y | Z )P(Z ) = P(Z | Y ) P(Y )
(Bayes’s Rule) (Chain Rule) (By Assumption) (Bayes’s Rule)
4
Things get a little more confusing
X
Z
Y
• X has no parents, so we’re know all its parents’ values trivially
• Z is not a descendant of X • So, I<X,{},Z>, even though there’s a undirected path
• Earthquake “explains away” the hypothetical burglar. • But then it must not be the case that
I<Burglar,{Phone Call}, Earthquake>, even though I<Burglar,{}, Earthquake>!
What Independencies does a Bayes Net Model?
Z
U
V
X
• I<X,{U},Z>? No. • I<X,{U,V},Z>? Yes. • Maybe I<X, S, Z> iff S acts a cutset between X and Z
in an undirected version of the graph…?
Earthquake Alarm
Phone Call
• But now suppose you learn that there was a medium-sized earthquake in your neighborhood. Oh, whew! Probably not a burglar after all.
• Inference in Bayesian networks is #P-hard!
Inputs: prior probabilities of .5
Reduces to
I1 I2 I3 I4 I5
How many satisfying assignments?
O P(O) must be (#sat. assign.)*(.5^#inputs)
I.e., is P(X|Y, Z) equal to P(X | Y)?
Yes. Since we know the value of all of X’s parents (namely, Y), and Z is not a descendant of X, X is conditionally independent of Z.
• “Might”: Variables may actually be independent when they’re not dseparated, depending on the actual probabilities involved
d-separation example
A
B
C
D
Eபைடு நூலகம்
F
• … Or, there exists a variable V on the path such that
• it is NOT in the evidence set E • neither are any of its descendants • the arcs putting V on the path are “head-to-head”
Bayesian Networks: Independencies and Inference
Scott Davies and Andrew Moore
Note to other teachers and users of these slides. Andrew and Scott would be delighted if you found this source material useful in giving your own lectures. Feel free to use these slides verbatim, or to modify them to fit your own needs. PowerPoint originals are available. If you make use of a significant portion of these slides in your own lecture, please include this message, or the following link to the source repository of Andrew’s tutorials: /~awm/tutorials . Comments and corrections gratefully received.
Bayesian Network Inference
• But…inference is still tractable in some cases. • Let’s look a special class of networks: trees / forests
• d-separation can be computed in linear time using a depth-first-search-like algorithm.
• Great! We now have a fast algorithm for automatically inferring whether learning the value of one variable might give us any additional hints about some other variable, given what we already know.
V
7
d-separation to the rescue, cont’d
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