考虑贝叶斯线性模型,假设x=theta+w,theta是一个2x1的随机矢量,theta的协方差矩阵为[s1 0;0 s2],w的协方差矩阵为sI,求观测到的theta矩阵
时间: 2024-06-11 10:08:11 浏览: 116
协方差矩阵
首先,根据贝叶斯线性模型的定义,我们有:
P(theta|w,x) = P(x|theta,w)P(theta|w)/P(x|w)
其中,P(theta|w)是theta在给定w的先验分布,P(x|theta,w)是给定theta和w时x的条件分布,P(x|w)是在给定w的情况下的边缘分布。假设观测到的x为x0,则有:
P(theta|w,x0) = P(x0|theta,w)P(theta|w)/P(x0|w)
接下来,我们需要求出P(x0|theta,w)和P(theta|w)。
首先,根据x=theta w,我们可以得到:
x0 = theta w + epsilon
其中,epsilon是一个误差项,它的分布为N(0,sI)。因此,我们有:
P(x0|theta,w) = N(theta w, sI)
其次,我们需要确定P(theta|w)。由于theta的协方差矩阵为[s1 0;0 s2],因此,我们可以将theta拆分为两个独立的随机变量theta1和theta2,它们的分布分别为N(0,s1)和N(0,s2)。因此,我们有:
P(theta|w) = P(theta1|w)P(theta2|w) = N(0,s1)N(0,s2)
最后,我们需要求出P(x0|w)。由于x0 = theta w + epsilon,且theta1和theta2是独立的,因此,我们可以得到:
P(x0|w) = N(0, w^T[s1 0;0 s2]w + sI)
现在,我们有所有需要的分布,可以利用贝叶斯定理求解P(theta|w,x0)。根据贝叶斯定理,我们有:
P(theta|w,x0) = P(x0|theta,w)P(theta|w)/P(x0|w)
将上面的结果代入,我们可以得到:
P(theta|w,x0) = N(theta w, sI)N(0,s1)N(0,s2)/N(0, w^T[s1 0;0 s2]w + sI)
接下来,我们需要求解最大后验概率估计(MAP),即找到最可能的theta。由于P(theta|w,x0)是一个高斯分布,我们可以直接求解其均值和协方差矩阵,即:
theta_MAP = argmax_theta P(theta|w,x0)
= argmax_theta (theta w)^T sI (theta w) - 2x0^T theta w + constant
= argmax_theta (theta^T sI w^T w theta - 2x0^T w theta)
= argmax_theta (theta^T sI w^T w theta - 2theta^T sI w^T x0)
我们可以通过求导数解这个方程,得到theta_MAP的解:
theta_MAP = (sI w^T w)^-1 sI w^T x0
这就是我们所求的观测到的theta矩阵。
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