LDA模型分析(一):数学基础

一个函数:

  • gamma函数


    image.png

四个分布:

  • 二项分布、多项分布、beta分布、Dirichlet分布
    image.png

    伯努利分布,n重伯努利试验得到二项分布
    二项分布,增加试验结果,推广到多维度,得到多项分布
    Gamma变形导出Beta分布
    Beta分布是二项分布的共轭先验分布
    Dirichlet分布是Beta分布在高维度上的推广
    最后得到Dirirchlet-Multinomial结构
  • 二项分布
    二项分布是从伯努利分布推进的。伯努利分布,又称两点分布或0-1分布,是一个离散型的随机分布,其中的随机变量只有两类取值,非正即负{+,-}。而二项分布即重复n次的伯努利试验。


    image.png
  • 多项分布
    多项分布是指单次试验中的随机变量的取值不再是0-1的,而是有多种离散值可能(1,2,3...,k)。比如投掷6个面的骰子实验,N次实验结果服从K=6的多项分布。其中


    image.png

    多项分布的概率密度函数为:


    image.png
  • Beta分布
    给定参数 𝛼和 𝛽 ,取值范围为[0,1]的随机变量 x 的概率密度函数


    image.png

    其中


    image.png
  • Dirichlet分布
    Beta分布在高维度上的推广
    Dirichlet分布密度函数:


    image.png

    其中


    image.png
  • Dirichlet分布 VS Beta分布:
    对于Beta分布而言,服从该分布的随机变量,期望可以用


    image.png

    来估计。类似的,若


    image.png

    image.png

两个派别:

  • 频率派
    把需要推断的参数θ看做是固定的未知常数,即概率 θ虽然是未知的,但最起码是确定的一个值,同时,样本X是随机的,所以频率派重点研究样本空间,大部分的概率计算都是针对样本X 的分布;
  • 贝叶斯派
    而贝叶斯派的观点则截然相反,他们认为待估计的参数θ是随机变量,服从一定的分布,而样本X是固定的,由于样本是固定的,所以他们重点研究的是参数θ的分布。

两个结构:

  • 贝叶斯框架


    image.png
  • 共轭先验分布:
    在贝叶斯概率理论中,如果后验概率P(θ|x)和先验概率p(θ)满足同样的分布律,那么,先验分布和后验分布被叫做共轭分布,同时,先验分布叫做似然函数的共轭先验分布。
  • Beta-Binomial 共轭:


    image.png

    其中 (m1,m2)对应的是二项分布 B(m1+m2,p)的计数。针对于这种观测到的数据符合二项分布,参数的先验分布和后验分布都是Beta分布的情况,就是Beta-Binomial 共轭。

  • Dirichlet-Multinomial 共轭:


    image.png

    针对于这种观测到的数据符合多项分布,参数的先验分布和后验分布都是Dirichlet 分布的情况,就是Dirichlet-Multinomial 共轭。意味着,如果我们为多项分布的参数p选取的先验分布是Dirichlet分布,那么以p为参数的多项分布用贝叶斯估计得到的后验分布仍然服从Dirichlet分布。

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Gamma 函数 - CSDN博客
利用Gamma函数求积分的几种形式_百度文库
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