MLE最大似然估计Maximum Likelihood Estimation

Posted TopCoderのZeze

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了MLE最大似然估计Maximum Likelihood Estimation相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

模型已定,参数未知

  已知某个随机样本满足某种概率分布,但是其中具体的参数不清楚,参数估计就是通过若干次试验,观察其结果,利用结果推出参数的大概值。最大似然估计是建立在这样的思想上:已知某个参数能使这个样本出现的概率最大,我们当然不会再去选择其他小概率的样本,所以干脆就把这个参数作为估计的真实值。

     假设模型满足某种总体分布,但是不知道模型的参数,通过样本去估计参数。

      最大似然估计提供了一种给定观察数据来评估模型参数的方法,假设我们要统计全国人口的身高,首先假设这个身高服从服从正态分布,但是该分布的均值与方差未知。我们没有人力与物力去统计全国每个人的身高,但是可以通过采样,获取部分人的身高,然后通过最大似然估计来获取上述假设中的正态分布的均值与方差。

    最大似然估计中采样需满足一个很重要的假设,就是所有的采样都是独立同分布的。下面我们具体描述一下最大似然估计:

    首先,假设为独立同分布的采样,θ为模型参数,f为我们所使用的模型,遵循我们上述的独立同分布假设。参数为θ的模型f产生上述采样可表示为

       

回到上面的“模型已定,参数未知”的说法,此时,我们已知的为,未知为θ,故似然定义为:

  

  在实际应用中常用的是两边取对数,得到公式如下:

     

  其中称为对数似然,而称为平均对数似然。而我们平时所称的最大似然为最大的对数平均似然,即:

  

     假如有一个罐子,里面有黑白两种颜色的球,数目多少不知,两种颜色的比例也不知。我 们想知道罐中白球和黑球的比例,但我们不能把罐中的球全部拿出来数。现在我们可以每次任意从已经摇匀的罐中拿一个球出来,记录球的颜色,然后把拿出来的球 再放回罐中。这个过程可以重复,我们可以用记录的球的颜色来估计罐中黑白球的比例。假如在前面的一百次重复记录中,有七十次是白球,请问罐中白球所占的比例最有可能是多少?很多人马上就有答案了:70%。而其后的理论支撑是什么呢?

    我们假设罐中白球的比例是p,那么黑球的比例就是1-p。因为每抽一个球出来,在记录颜色之后,我们把抽出的球放回了罐中并摇匀,所以每次抽出来的球的颜 色服从同一独立分布。这里我们把一次抽出来球的颜色称为一次抽样。题目中在一百次抽样中,七十次是白球的概率是P(Data | M),这里Data是所有的数据,M是所给出的模型,表示每次抽出来的球是白色的概率为p。如果第一抽样的结果记为x1,第二抽样的结果记为x2... 那么Data = (x1,x2,…,x100)。这样,

    P(Data | M)

     = P(x1,x2,…,x100|M)

     = P(x1|M)P(x2|M)…P(x100|M)

     = p^70(1-p)^30.

那么p在取什么值的时候,P(Data |M)的值最大呢?将p^70(1-p)^30对p求导,并其等于零。

    70p^69(1-p)^30-p^70*30(1-p)^29=0。

    解方程可以得到p=0.7。

在边界点p=0,1,P(Data|M)=0。所以当p=0.7时,P(Data|M)的值最大。这和我们常识中按抽样中的比例来计算的结果是一样的。

假如我们有一组连续变量的采样值(x1,x2,…,xn),我们知道这组数据服从正态分布,标准差已知。请问这个正态分布的期望值为多少时,产生这个已有数据的概率最大?

    P(Data | M) = ?

根据公式

   

  可得:

 

  对μ求导可得 ,则最大似然估计的结果为μ=(x1+x2+…+xn)/n

 

      由上可知最大似然估计的一般求解过程:

  (1) 写出似然函数;

  (2) 对似然函数取对数,并整理;

  (3) 求导数 ;

  (4) 解似然方程

 

注意:最大似然估计只考虑某个模型能产生某个给定观察序列的概率。而未考虑该模型本身的概率。这点与贝叶斯估计区别。

以上是关于MLE最大似然估计Maximum Likelihood Estimation的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

最大似然估计 (MLE) 最大后验概率(MAP)

贝叶斯分类器(2)极大似然估计、MLE与MAP

机器学习基本理论详解最大似然估计(MLE)最大后验概率估计(MAP),以及贝叶斯公式的理解

详解最大似然估计(MLE)最大后验概率估计(MAP),以及贝叶斯公式的理解(转)

最大似然估计 (MLE) 最大后验概率(MAP)

最大似然估计和最大后验概率估计(MLE&MAP)