多変量正規後部


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これは非常に単純な質問ですが、インターネットまたは本のどこにも派生物が見つかりません。1つのベイジアンが多変量正規分布を更新する方法の導出を確認したいと思います。例:想像してみてください

P(x|μ,Σ)=N(μ,Σ)P(μ)=N(μ0,Σ0).

{\ bf x_1 ... x_n}のセットを観察した後、\ mathbb {P}({\ bf \ mu | x_1 ... x_n})x1...xnを計算したいと思います。答えは\ mathbb {P}({\ bf \ mu | x_1 ... x_n})= N({\ bf \ mu_n}、{\ bf \ Sigma_n})であることがわかっています。P(μ|x1...xn)P(μ|x1...xn)=N(μn,Σn)

μn=Σ0(Σ0+1nΣ)−1(1n∑i=1nxi)+1nΣ(Σ0+1nΣ)−1μ0Σn=Σ0(Σ0+1nΣ)−11nΣ

私は、すべての中間行列代数でこの結果の導出を探しています。

どんな助けも大歓迎です。


2
これは、Bayesian Core、Chapの本でも解決されています。3、セクション3.2、54〜57ページ、詳細な行列代数だと思います!
— 西安

1
OPは、それは宿題の問題ではないと述べ、彼がそれを尋ねた理由と彼が答えをどのように使いたいかについてさえ説明した。他の人に投稿してみませんか?なぜ宿題の問題解決サービスを提供したくないのか理解していますが、これは少し行き過ぎです。
— マイケルR.チャーニック

3
@アレックス:申し訳ありませんが、間違ったリンク、私はベイジアンコアを意味しました。arXivのすべての問題に対する解決策も投稿していることに注意してください。したがって、完全なソリューションをここに投稿しても問題はありません。
— 西安

1
私は、質問に対する個人的な回答を共有するための取り決めとともに、個人間の個人的な交換に相当するコメントの部分を削除しました。この種のことはこのサイトを悪用しています。これはすべて公開の質問と公開の回答に関するものです。
— whuber

1
参考までに、派生はDuda、Hart、およびStorkによるパターン分類にあります。しかし、私にとって重要な彼らのステップのいくつかを追うのは困難でした。これが単に宿題だった場合、自分の持っているものを正確に書き留めることができます。
— アレックス

回答:


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ランダムベクトルの分布を使用して:

xi|μ∼N(μ,Σ)

μ∼N(μ0,Σ0)

ベイズの規則により、事後分布は次のようになります。

p(μ|{xi})∝p(μ)∏i=1Np(xi|μ)

そう:

ln⁡p(μ|{xi})=−12∑i=1N(xi−μ)′Σ−1(xi−μ)−12(μ−μ0)′Σ0−1(μ−μ0)+const

=−12Nμ′Σ−1μ+∑i=1Nμ′Σ−1xi−12μ′Σ0−1μ+μ′Σ0−1μ0+const

=−12μ′(NΣ−1+Σ0−1)μ+μ′(Σ0−1μ0+Σ−1∑i=1Nxi)+const

=−12(μ−(NΣ−1+Σ0−1)−1(Σ0−1μ0+Σ−1∑i=1Nxi))′(NΣ−1+Σ0−1)(μ−(NΣ−1+Σ0−1)−1(Σ0−1μ0+Σ−1∑i=1Nxi))+const

ガウスの対数密度は次のとおりです。

μ|{xi}∼N((NΣ−1+Σ0−1)−1(Σ0−1μ0+Σ−1∑i=1Nxi),(NΣ−1+Σ0−1)−1)

共分散行列の式でWoodburyアイデンティティを使用する:

(NΣ−1+Σ0−1)−1=Σ(1NΣ+Σ0)−11NΣ0

OPが必要とする形式で共分散行列を提供します。この式(およびその対称性)をさらに平均の式で使用すると、次のようになります。

Σ(1NΣ+Σ0)−11NΣ0Σ0−1μ0+1NΣ0(1NΣ+Σ0)−1ΣΣ−1∑i=1Nxi

=Σ(1NΣ+Σ0)−11Nμ0+Σ0(1NΣ+Σ0)−1∑i=1N(1Nxi)

これはOPが平均のために必要とする形式です。

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