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假如用贝叶斯定理解读《狼来了》……

中科院物理所 8420

前言:

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伊索寓言《狼来了》讲述了这样一个故事:

在一个村子里,有一位放羊的少年。他为了打发无聊,向村民们撒谎喊道“狼来了!”。村民们听到后,纷纷拿着武器出来准备驱赶狼,少年却说这只是恶作剧,然后自己大笑着回家了。少年这样撒谎了好几次,村民们每次都被骗。

有一天,当狼真的出现在少年面前时,他又大喊“狼来了!”。但是村民们互相提醒道“再也别上当了”,因此都没有去帮助他。少年因此失去了所有的羊。

这是一个告诫人们不要撒谎的故事。但是,如果真的遇到喊”狼来了“的少年,大家到底要不要相信他呢?

让我们使用贝叶斯定理来分析一下这个故事。

我们先假设村民们最开始是非常信任少年的。此时,少年撒谎的概率设为0.1,说真话的概率设为0.9(先验概率)。

在少年说真话的情况下,我们再假设,在听到少年喊“狼来了”之后,狼真的被发现的概率为0.8。剩下0.2的概率是狼来了后又逃跑了,没有被村民们看见的情况。

另一方面,在少年撒谎的情况下,我们假设发现狼的概率为0.3。即在少年撒谎时,狼没有被村民看见的概率为0.7。

有一天,少年大喊“狼来了”。但是村民们并没有发现狼。造成这个结果的原因有两种。一是少年说的是真话,但是狼逃跑了;二是少年在撒谎,而且狼实际上并没有出现。

这时,用贝叶斯定理去计算少年撒谎的概率(后验概率),得到的结果为0.28。也就是说,少年撒谎的概率从最开始10%的先验概率,上升到了28%。

因为没有发现狼,村民们前往救援,却扑了一场空。对于村民们来说,少年撒谎的概率由最开始的10%上升到了28%。那么,这样的扑空(去救援却没有发现狼)如果重复第2次、第3次,少年撒谎的概率又会如何变化呢?

经过5次扑空后,村民们会确信“少年在撒谎”

下图显示了少年撒谎的概率变化。最开始只有10%的概率,经过第1次扑空后变为28%,第2次扑空后上升到57.6%,第3次后变为82.7%,第4次后变为94.3%,第5次后会上升到98.3%。到了这个阶段,村民们几乎已经确信“少年在撒谎”了。如果再听到少年喊“狼来了”,估计就不会再去援助了。

像这样,在某件事反复发生时,其后验概率会不断地被更新(update)。这被称为贝叶斯更新”。即使最初的先验概率缺乏客观性,通过贝叶斯更新不停地迭代,得到的后验概率的可信度会逐渐升高。

在第6次,如果狼真的来了会怎么样?

假设前面5次村民们都扑了空,在第6次听到“狼来了”时,狼真的来了。这时,少年撒谎的后验概率由98.3%下降到95.6%。如果第7次狼又真的来了,少年撒谎的后验概率虽然下降到89.1%,但仍然是很高的数值。在少年撒谎的概率逐渐升高后,就算狼真的出现一两次,村民们认为少年说真话的概率也不会马上升到很高。

美国政治学家阿尔伯特·沃尔斯泰特(Albert Wohlstetter,1913~1997)把听到反复警告后反应变得迟钝的倾向称为“狼来了综合征”,并把它作为二战时美军没能成功预测日军突袭珍珠港的原因。

本文摘编自《科学世界》2021年第6期《贝叶斯统计》,阅读全文可进入“科学世界微店”购买本期杂志。

新媒体编辑 | 张丽君

审核 | 周辉




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来源:科学世界

编辑:草莓熊



标签: #贝叶斯公式应用案例