ベイズ統計学

予測分布

モデル分布がベルヌーイ分布であるとする.

m(yπ)=πy(1π)1y
独立な n 回の試行によって観測値 {y1,y2,,yn} を得たものとする. このとき,π についての事前分布が Be(a0,b0) であるとすれば, 事後分布は Be(a0+ny¯,b0+nny¯) である.

そこで,既に入手した観測値 {y1,y2,,yn} の下で, 次の試行によって得られるであろう観測値 Yn+1 ({0,1}) の値を確率的に予測してみる. Yn+1 の予測分布は,

p(yn+1y)=01m(yn+1π)p(πy)dπ=01πyn+1(1π)1yn+11B(a0+ny¯,b0+nny¯)πa0+ny¯1(1π)b0+nny¯1dπ=1B(a0+ny¯,b0+nny¯)01πa0+ny¯+yn+11(1π)b0+nny¯+1yn+11dπ=B(a0+ny¯+yn+1, b0+nny¯+1yn+1)B(a0+ny¯, b0+nny¯)=Γ(a0+ny¯+yn+1)Γ(b0+nny¯+1yn+1)Γ(a0+ny¯+yn+1+b0+nny¯+1yn+1)Γ(a0+ny¯)Γ(b0+nny¯)Γ(a0+ny¯+b0+nny¯)=Γ(a0+ny¯+yn+1)Γ(b0+nny¯+1yn+1)Γ(a0+b0+n+1)Γ(a0+ny¯)Γ(b0+nny¯)Γ(a0+b0+n)=Γ(a0+ny¯+yn+1)Γ(a0+ny¯)Γ(b0+nny¯+1yn+1)Γ(b0+nny¯)Γ(a0+b0+n+1)Γ(a0+b0+n)=(a0+ny¯)yn+1(b0+nny¯)1yn+1a0+b0+n=(a0+ny¯a0+b0+n)yn+1(b0+nny¯a0+b0+n)1yn+1=(a0+ny¯a0+b0+n)yn+1(a0+b0+na0ny¯a0+b0+n)1yn+1=(a0+ny¯a0+b0+n)yn+1(1a0+ny¯a0+b0+n)1yn+1
ここで,
π^=a0+ny¯a0+b0+n
とおくと,π^π の事後平均であり,
p(yn+1y)=π^yn+1(1π^)1yn+1
となる.新たな試行で成功する予測確率と期待値は,
P(Yn+1=1y)=π^
E[Yn+1y]=π^