Bayesin teoreema

Bayesin teoreema (myös Bayesin sääntö tai Bayesin laki) on ehdolliseen todennäköisyyteen liittyvä matemaattinen teoreema. Teoreeman voidaan tulkita kuvaavan käsitysten päivittämistä uuden todisteaineiston valossa a posteriori. Teoreema on nimetty sen kehittäneen 1700-luvulla eläneen brittiläisen pastorin ja matemaatikon Thomas Bayesin mukaan.

Kaavan soveltamiseen perustuu bayesilainen tilastotiede.

Teoreeman esittely

Tapahtuman A todennäköisyys ehdolla B (merkitään P(A|B)) on yleisessä tapauksessa eri asia kuin todennäköisyys tapahtumalle B ehdolla A (merkitään P(B|A)). Näiden kahden ehdollisen todennäköisyyden välillä on kuitenkin suhde, jota Bayesin teoreema kuvaa. Teoreema kuuluu seuraavasti:

missä

  • on A:n priori-todennäköisyys. Se ei riipu B:stä (jota joskus kutsutaan havainnoksi).
  • on A:n todennäköisyys ehdolla B. Tätä kutsutaan myös posterioritodennäköisyydeksi.
  • on B:n todennäköisyys ehdolla A.
  • on B:n priori-todennäköisyys.

Esimerkki teoreeman käytöstä

Oletetaan, että meillä on kaksi purkillista keksejä. Purkissa A on 10 suklaakeksiä sekä 30 kookoskeksiä, kun taas purkissa B on molempia laatuja 20 kappaletta. Matti valitsee ensin sattumanvaraisesti toisen purkeista ja sitten nostaa valitsemastaan purkista sattumanvaraisesti yhden keksin. Havaitaan, että Matin valitsema keksi on kookoskeksi. Millä todennäköisyydellä se on peräisin purkista A?

Intuitiivisesti on tietenkin helppo nähdä, että koska kookoskeksejä on purkissa A enemmän kuin purkissa B, on todennäköisyyden oltava suurempi kuin 0,5. Tarkka todennäköisyys voidaan laskea Bayesin teoreeman avulla. Nyt

on todennäköisyys sille, että Matin valitsema purkki on purkki A siinä tapauksessa, että hän on valinnut purkista kookoskeksin. Tälle todennäköisyydelle etsimme ratkaisua.

on todennäköisyys sille, että Matin valitsema keksi on kookoskeksi. Tätä todennäköisyyttä kuvaa luonnollisesti kookoskeksien osuus kaikista mahdollisista kekseistä. Kookoskeksejä on ensimmäisessä purkissa 30 kappaletta ja toisessa purkissa 20 kappaletta eli yhteensä 50 kappaletta. Koska molemmissa purkeissa on 40 keksiä, on keksien kokonaismäärä 80 kappaletta. Näin saadaan

Vastaavasti on todennäköisyys sille, että Matin valitsema purkki on nimenomaan purkki A. Kahdesta purkista yhden tietyn valitsemisen todennäköisyys on luonnollisesti 0,5.

on todennäköisyys sille, että Matin valitsema keksi on kookoskeksi siinä tapauksessa, että hän on valinnut purkin A. Koska purkissa A on yhteensä 40 keksiä, joista 30 on kookoskeksejä, saadaan todennäköisyydeksi

Tämän informaation avulla voimme nyt laskea todennäköisyyden sille, että Matin valitsema kookoskeksi on peräisin juuri purkista A:

On siis 60% todennäköisyys, että Matin kookoskeksi on purkista A.

Muilla kielillä
العربية: مبرهنة بايز
aragonés: Teorema de Bayes
asturianu: Teorema de Bayes
Bahasa Indonesia: Teorema Bayes
Basa Sunda: Téoréma Bayes
беларуская: Тэарэма Баеса
беларуская (тарашкевіца)‎: Тэарэма Баеса
български: Теорема на Бейс
čeština: Bayesova věta
Cymraeg: Theorem Bayes
Ελληνικά: Θεώρημα Μπέυζ
فارسی: قضیه بیز
Gaeilge: Teoirim Bayes
한국어: 베이즈 정리
íslenska: Formúla Bayes
עברית: חוק בייס
lietuvių: Bajeso teorema
magyar: Bayes-tétel
Nederlands: Theorema van Bayes
Piemontèis: Fórmola ëd Bayes
português: Teorema de Bayes
Simple English: Bayes' theorem
српски / srpski: Бајесова теорема
svenska: Bayes sats
Tiếng Việt: Định lý Bayes
Türkçe: Bayes teoremi
українська: Теорема Баєса