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1 . 無情報事前分布

2 前回 前回の復習 データの分布 ( 統計モデル を設定 ( θ モデルごとに相性のよい事前分布 ( 共役事前分布 を紹介 事後分布の計算 π (θ π ( θ, π ( θ dθ, 昔 共役事前分布を利用して 解析的に事後分布を導出簡単な形で書けない場合は ラプラス近似を利用 現在 パラメータの次元が高い, もしくは複雑な入り方をする統計モデル 数値的な方法 ( 第六回 で近似するため共役事前分布にこだわらない

3 無情報事前分布 無情報事前分布 (oninforative rior モデルのパラメータが不明な場合 無情報な事前分布を使う事前の情報がない場合に使う デフォルトの事前分布 程度の意味客観ベイズ解析 (Objective Bayesian Analysis などともいう 難点 そもそも 無情報 は一意的に定義できない 理論的には古くから未解決の問題 ( 研究としては面白い! 例外的なケース : コンパクト群が作用するモデル 群上の不変測度 (Haar easure を使えば OK

4 理論的な提案 無情報事前分布の理論研究. 一様分布をパラメータの非線形変換で不変な形に一般化 Jeffreys rior. 統計モデルを多様体とみて 幾何学的な定義 3. 非ベイズで求めた結果と整合性があえばよい cf Matching rior 4.rior, osterior の変化が大きい方がよい cf Reference rior arg a D( π ( θ π ( θ π (rior, osterior がほとんど同じということは, 事前の 信念 が強すぎてデータを無視するようなモデルを作っていることになる 5.Reference rior (4 に Conditional Princile を導入 (Latent inforation rior

5 統計モデル 例 : 二項モデル < < ~ ( パラメータの非線形変換 ( θ e + e θ < θ < 統計モデル ~ ( θ e θψ ( θ < θ < パラメータの動く範囲で 一様分布 だと, どのパラメータを使うかに依存して 無情報事前分布 が決まる π ( θ det g ( θ Jeffreys rior g ( θ : E[ log ( θ log ( θ ] J ij ij i j Jeffreys rior はモデル モデル どちらで計算しても一致! Reference rior は端点に半分ずつの重み (Minia gae の Prior なので

6 実用上 パラメータの次元が高い and/or 複雑 実際の使用方法 理論的に提案された無情報事前分布は簡単な形にかけない 数値計算で扱いやすいものを使うことも多い ( 一様分布や分散大のガウス分布 共役事前分布 いくつかrior を試してみて解析結果があまり変わらないことが重要 理論からの Suggest そもそも データ数が増えるほど rior の影響は小さくなる データ数有限ではベストな解析方法は存在せず ベターなクラスが存在 & 非ベイズ的な方法はベターなクラスに入っていないこともある ( 完備類定理, 許容性の話

7 3. ベイズファクター

8 ネイマン ピアソン流の仮説検定の問題点 Practical Issues 理論的にベストな検定方法は一般には存在しない 統計ユーザにはわかりにくい 3 異なる統計モデルでは仮説検定ができない 原理的な問題 理論的な観点からの問題もいくつかある * 学部 年で習う仮説検定 ( 級レベル はネイマン ピアソン流の仮説検定 ( ただし, この後の説明は知らなくても理解できる Jeffreys によるベイズファクターを用いた検定を紹介

9 ベイズファクター Jeffreys (96 P 流の仮説検定についてベイズ統計的なアプローチ Kass and Raftery (995 ベイズファクターに関するレビュー論文 ( 適用事例も豊富 Practical Advantages. どんなモデルでも使える.( 平均 尤度の比なので理解しやすい 3. 複数仮説でも比較可能 ( モデル選択のBICと同等

10 ベイズファクターの数学的な定義 仮説 統計モデル π ( j, j { M j} j,, k 仮説に対する事前分布 ( 通常は一様分布 π ( j 各統計モデルがさらにパラメータを含む場合は積分で消す j ( j ( j ( : ( θ ξ (dθ j j 番目のモデルのパラメータに関する事前分布 ベイズファクター つのモデルの周辺尤度の比 B jk ( : j k ( (

11 ベイズファクターによる仮説検定 一般の帰無仮説 vs 一般の対立仮説 M ( θ θ Θ { } : M { ( θ Θ } θ : B ( : ( ( j ( j ( j ( : ( θ ξ (dθ j B ( > データは対立仮説より帰無仮説を支持 支持の強さ ( 正確な値でなくオーダーで判断 to 3. ot worth ore than a bare ention 3. to Substantial / 3. to Strong > Decisive Jeffreys (96, Aendi B

12 事後分布と BF の関係 モデルの候補は J 値 {,,..., J} ( モデル j を選ぶ 事後分布 π ( k J π ( k j k π ( j ( j ( j ( j ( j ( : ( θ ξ (dθ j 一般には事後分布で確率が一番大きいモデルを選ぶ ( 事前情報がない場合は一様分布を設定する モデル事後分布とベイズファクターの関係 事前分布が一様分布 ( どのモデルも等確率 事後分布の比はベイズファクターに一致 π ( π ( J J

13 5 年 5 月 9 統計モデリング 4. 解決編

14 モデル ( 女神のいないモデル Data Distribution ( ( 万博記念公園とそれ以外で勝率は一定 ( 女神なんて妄想です!! 試合の勝敗のモデル構築試合の勝ち負けは独立に一定の確率で決まるガンバ大阪の選手 サポーターの皆さま ごめんなさい モデル ( 女神のいる? モデル ( ( ( ( <

15 独立 集団の母比率の比較 独立 集団の母比率の比較 ( 学部 年 ; 検定 級レベル 検定統計量 T ˆ ˆ ( / n + / ˆ ( ˆ X Y ˆ, ˆ, ˆ n X + Y n + ( サンプルサイズが大の時 T ~ (, ガンバの試合結果に適用すると T.94 ( 値.7 ( 上の結果だけだとわかりにくいので 数値的に帰無分布を求めてみる

16 帰無分布のシミュレーション (/ 帰無仮説が正しい下, 二項分布を数値的にシミュレーション やりかた ˆ として二項分布から 36 試合分のデータを発生 (^4 回, 試合と 6 試合に分けて勝率の差をみる Hist of Phat-Qhat X ~ Bin (, ˆ, ~ (6, ˆ Y Bin X Y ˆ, ˆ 6 勝率の差 ˆ ˆ の分布をみると Frequency ˆ ˆ PHAT.si - QHAT.si 勝率の差が % % 違うことも普通にある!!

17 検定統計量の確率分布も数値的にシミュレーション ( 正規近似のチェックにもなる 検定統計量 T 帰無分布のシミュレーション (/ ˆ ˆ ( / n + / ˆ ( ˆ X Y ˆ, ˆ, ˆ n X + Y n + Test statistics of ull Distribu P( T.94.6 ~.7 ( 正規近似での 値.7 ともよくあう Frequency T BP.test.si 次にベイズファクターで調べてみる

18 モデル Data Distribution & Prior Distribution 勝率の事前分布モデル ( ( ~ ( ( ~ ( ( ~, ( ~ b a Be ~, ( U 計算の簡単のため一様分布で表現 ab ( 一様分布 と ab/(jeffreys でやってみる

19 計算例 (/ 周辺尤度の値と BF モデル ( ( π ( d B( + a, + b / B( a, b ガンバ大阪のデータでは.7,( a b (.9,( a b / ab ( 一様分布 と ab/(jeffreys でやってみる > A <- ; > B <- ; > _tot <- 36; _win <- 9; > M <- choose(_tot, _win*beta(_win +A, _tot - _win + B/beta(A,B; >

20 モデル BF.calc <- function(,, y, y{ bf <- ; for( k in :y{ bf <- bf + choose(k, y -k* beta(k+, - y +*beta( y + y -k+, + - y -y + ; } bf <- bf * choose(y,-y* choose(y, -y; bf <- bf*; return(bf; } ガンバ大阪のデータでは ( (, ( d d , (, ( k k B k B k.67, ( BF は 6 3., ( / ( B 計算例 (/

21 まとめ ここまでの結論. P 流の仮説検定では % の勝率の差も有意とはいえない 実際, 勝率が変わらないモデル ( 帰無仮説 でも, ˆ, ˆ にある程度の差が生じる確率がそこそこある つまり たまたま異なるように見えるだけ. ベイズファクターでみても帰無仮説が 3 倍支持されている (Substantial さらなる検討のためには データ数を増やす必要がある ( 勝率の差が % でもサンプルサイズが増えると有意になる 統計モデルの精緻化 ( 単純な二項分布はひどい さすがに選手に失礼 共変量を加える ( 試合メンバーや天候, 勝率に影響を与える要素を増やす 統計手法でいえるのはここまで

22 しかし 本当に何もいえないのだろうか?

23 * 写真はイメージです

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