人工智能 贝叶斯网络.ppt
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人工智能 贝叶斯网络
– Roots (sources) of the DAG that have no parents are given prior probabilities.
P(B) .001
Burglary
Earthquake
B E P(A)
P(E) .002
T
T
F T F
.95
.94 .29 .001 A P(M) .70 .01 4
11
Bayes Net Inference
• Given known values for some evidence variables, determine the posterior probability of some query variables. • Example: Given that John calls, what is the probability that there is a Burglary?
Alarm
A T F P(J) .90 .05
T F F
JohnCalls
MaryCalls
T F
CPT Comments
• Probability of false not given since rows must add to 1. • Example requires 10 parameters rather than 25–1 = 31 for specifying the full joint distribution. • Number of parameters in the CPT for a node is exponential in the number of parents (fan-in).
– For example, Burglary and Earthquake should be considered independent since they both cause Alarm.
P(B) .001
Burglary
Earthquake
B E P(A)
P(E) .002
T
T
F T F
.95
.94 .29 .001 A P(M) .70 .01 4
11
Bayes Net Inference
• Given known values for some evidence variables, determine the posterior probability of some query variables. • Example: Given that John calls, what is the probability that there is a Burglary?
Alarm
A T F P(J) .90 .05
T F F
JohnCalls
MaryCalls
T F
CPT Comments
• Probability of false not given since rows must add to 1. • Example requires 10 parameters rather than 25–1 = 31 for specifying the full joint distribution. • Number of parameters in the CPT for a node is exponential in the number of parents (fan-in).
– For example, Burglary and Earthquake should be considered independent since they both cause Alarm.
贝叶斯网络
(40-9)
贝叶斯网络中的独立关系
•利用变量间的条件独立关系可以将联合概率分布分解成多个复杂度较低的 概率分布,从而降低模型复杂度,提高推理效率。 •例如:由链规则可以把联合概率分布P(A, B, E, J, M)改写为: 独立参数:1+2+4+8+16=31
– E与B相互独立, 即P(E|B)=P(E) – 给定A时,J与B和E相互独立, 即P(J|B, E, A)=P(J|A) – 给定A时,M与J、B和E都相互独立,即P(M|J, A, B, E)=P(M|A)
– 条件独立 – 因果影响独立 – 环境独立
(40-11)
贝叶斯网络中的独立关系
(一)条件独立
•贝叶斯网络的网络结构表达节点间的条件独立关系。 •三种局部结构
– 顺连 (serial connection) – 分连(diverging connection) – 汇连(converging connection)
(40-15)
贝叶斯网络中的独立关系
(四)环境独立(context independence)
•环境独立是指在特定环境下才成立的条件独立关系。 •一个环境是一组变量及其取值的组合。设环境中涉及变量的集合用 C表示, C的一种取值用c表示,则C=c表示一个环境。 •定义5.8 设X,Y,Z,C是4个两两交空的变量集合,如果 P(X, Y, Z, C=c)>0 且 P(X|Y, Z, C=c)= P(X| Z, C=c) 则称X, Y在环境C=c下关于Z条件独立。若Z为空,则称X, Y在环境C=c下 环境独立。
得到联合概率边缘化分布:
再按照条件概率定义,得到
(40-8)
不确定性推理与联合概率分布
贝叶斯网络全解 共64页
意结点到B中任意结点的路径,若要求A,B条件独 立,则需要所有的路径都被阻断(blocked),即满足 下列两个前提之一:
A和B的“head-to-tail型”和“tail-to-tail型”路径都通过C; A和B的“head-to-head型”路径不通过C以及C的子孙;
32
有向分离的举例
每个结点在给定其直接前驱时,条件独立于其非后继。
稍后详细解释此结论
18
一个简单的贝叶斯网络
19
全连接贝叶斯网络
每一对结点之间都有边连接
20
一个“正常”的贝叶斯网络
有些边缺失 直观上:
x1和x2独立 x6和x7在x4给定的条件下独立
x1,x2,…x7的联合分布:
21
BN(G, Θ) G:有向无环图 G的结点:随机变量 G的边:结点间的有向依赖 Θ:所有条件概率分布的参数集合 结点X的条件概率:P(X|parent(X))
思考:需要多少参数才能确定上述网络呢? 每个结点所需参数的个数:结点的parent数目是M,结点和 parent的可取值数目都是K:KM*(K-1) 为什么? 考察结点的parent对该结点形成了多少种情况(条件分布)
贝叶斯网络(Bayesian Network),又称有向无环图模 型(directed acyclic graphical model),是一种概率图 模型,借由有向无环图(Directed Acyclic Graphs, DAG)中得知一组随机变量{X1,X2...Xn}及其n组条 件概率分布(Conditional Probability Distributions, CPD)的性质。
Gas和Radio是独立的吗?给定Battery呢? Ignition呢?Starts呢?Moves呢?(答:IIIDD)
A和B的“head-to-tail型”和“tail-to-tail型”路径都通过C; A和B的“head-to-head型”路径不通过C以及C的子孙;
32
有向分离的举例
每个结点在给定其直接前驱时,条件独立于其非后继。
稍后详细解释此结论
18
一个简单的贝叶斯网络
19
全连接贝叶斯网络
每一对结点之间都有边连接
20
一个“正常”的贝叶斯网络
有些边缺失 直观上:
x1和x2独立 x6和x7在x4给定的条件下独立
x1,x2,…x7的联合分布:
21
BN(G, Θ) G:有向无环图 G的结点:随机变量 G的边:结点间的有向依赖 Θ:所有条件概率分布的参数集合 结点X的条件概率:P(X|parent(X))
思考:需要多少参数才能确定上述网络呢? 每个结点所需参数的个数:结点的parent数目是M,结点和 parent的可取值数目都是K:KM*(K-1) 为什么? 考察结点的parent对该结点形成了多少种情况(条件分布)
贝叶斯网络(Bayesian Network),又称有向无环图模 型(directed acyclic graphical model),是一种概率图 模型,借由有向无环图(Directed Acyclic Graphs, DAG)中得知一组随机变量{X1,X2...Xn}及其n组条 件概率分布(Conditional Probability Distributions, CPD)的性质。
Gas和Radio是独立的吗?给定Battery呢? Ignition呢?Starts呢?Moves呢?(答:IIIDD)
第7章贝叶斯网络.ppt
计算已知参加晚会的情况下,第二天早晨呼吸有 酒精味的概率。
P(+SA)=P(+HO)P(+SA|+HO)+P(-HO)P(+SA|-HO)
计算已知参加晚会的情况下,头疼发生的概率。
2019/10/19
数据仓库与数据挖掘
15
7.4.2 贝叶斯网络的预测算法
输入:给定贝叶斯网络B(包括网络结构m个节点以及某些节点间的连线、原因 节点到中间节点的条件概率或联合条件概率),给定若干个原因节点发生与 否的事实向量F(或者称为证据向量);给定待预测的某个节点t。
2019/10/19
数据仓库与数据挖掘
11
7.3.3 贝叶斯网络的3个主要议题
贝叶斯网络预测:从起因推测一个结果的理论, 也称为由顶向下的推理。目的是由原因推导出结 果。
贝叶斯网络诊断:从结果推测一个起因的推理, 也称为由底至上的推理。目的是在已知结果时, 找出产生该结果的原因。
贝叶斯网络学习:由先验的贝叶斯网络得到后验 贝叶斯网络的过程。
13
7.4.1 概率和条件概率数据
P(PT)
P(BT)
P(HO|PT)
PT=True
True False
0.200 0.800
0.001 0.999
True False
0.700 0.300
PT=False 0
1.000
左表给出了事件发生的概率:PT发生 的概率是0.2,不发生的概率是0.8
右表给出了事件发生的条件概率:PT 发生时,HO发生的概率是0.7
概率分布,并把节点n标记为已处理; (5)重复步骤(2)-(4)共m次。此时,节点t的概率分布就是它的发生/不发
AI-05-15-贝叶斯网络-----人工智能课程--浙江大学研究生PPT课件
(C) 0.50
工作压力 大(W)
U P(W)
t 0.90 f 0.05
学校政策 (U)
C P(U) t 0.95 f 0.01
身体状况 差(B)
U P(B) t 0.30 f 0.01
W B P(A)
过劳死 (D)
t t 0.335 t f 0.30
f t 0.05
-
f f 0.00
26
已知:一个事件e = {学校政策U = true, and 工作压力大 = true},
-
28
多连通网络及其CPT: P(C) 0.50 Cloudy
C P(S) t 0.10 f 0.50
Sprinkler
Rain
C P(R) t 0.80 f 0.20
Wet Grass
S R P(W) t t 0.99 t f 0.90 f t 0.90 f f 0.00
-
29
等价的联合树及其CPT:
A. 贝叶斯网络的由来 B. 贝叶斯网络的定义 C. 贝叶斯网络的别名 D. 独立和条件独立 E. 贝叶斯网络示例
-
3
A. 贝叶斯网络的由来
全联合概率计算复杂性十分巨大
朴素贝叶斯太过简单
现实需要一种自然、有效的方式来捕捉 和推理——不确定性知识
变量之间的独立性和条件独立性可大大 减少为了定义全联合概率分布所需的概 率数目
“因果模型”比“诊断模型”需要更少的数 据,且这些数据也更容易得到
-
12
贝叶斯网络中的条件独立关系:
给定父节点,一个节点与它的非后代节点是 条件独立的
给定一个节点的父节点、子节点以及子节点 的父节点——马尔可夫覆盖(Markov blanket), 这个节点和网络中的所有其它节点是条件独 立的
工作压力 大(W)
U P(W)
t 0.90 f 0.05
学校政策 (U)
C P(U) t 0.95 f 0.01
身体状况 差(B)
U P(B) t 0.30 f 0.01
W B P(A)
过劳死 (D)
t t 0.335 t f 0.30
f t 0.05
-
f f 0.00
26
已知:一个事件e = {学校政策U = true, and 工作压力大 = true},
-
28
多连通网络及其CPT: P(C) 0.50 Cloudy
C P(S) t 0.10 f 0.50
Sprinkler
Rain
C P(R) t 0.80 f 0.20
Wet Grass
S R P(W) t t 0.99 t f 0.90 f t 0.90 f f 0.00
-
29
等价的联合树及其CPT:
A. 贝叶斯网络的由来 B. 贝叶斯网络的定义 C. 贝叶斯网络的别名 D. 独立和条件独立 E. 贝叶斯网络示例
-
3
A. 贝叶斯网络的由来
全联合概率计算复杂性十分巨大
朴素贝叶斯太过简单
现实需要一种自然、有效的方式来捕捉 和推理——不确定性知识
变量之间的独立性和条件独立性可大大 减少为了定义全联合概率分布所需的概 率数目
“因果模型”比“诊断模型”需要更少的数 据,且这些数据也更容易得到
-
12
贝叶斯网络中的条件独立关系:
给定父节点,一个节点与它的非后代节点是 条件独立的
给定一个节点的父节点、子节点以及子节点 的父节点——马尔可夫覆盖(Markov blanket), 这个节点和网络中的所有其它节点是条件独 立的
第8章贝叶斯网导论【本科研究生通用机器学习课程精品PPT系列】
Burglary 独立假设2
独立假设2 Earthquake
Alarm
Alarm
JohnCalls
MaryCalls
1.5解决方案
•合并独立假设1和独立假设2,可得:P(John| Burglary, Earthquake, Alarm)=P(John| Alarm)
合并独立假设1和2
Burglary
P(E e) P( X ) 是 X 的先验分布, P(X | E e) 是 X 的后验分布, P(E e | X ) 称为 X 的似然函数。 P(E e) 是一个归一化常数
后验分布正比于先验分布和似然函数的乘积。
1.3几个重要原理
链规则(chain rule)
利用变量间条件独立性
1.3不确定性推理与联合概率分布
n n 9.1E-1
1.3不确定性推理与联合概率分布
从联合概率分布 P(Burglary,Earthquake, Alarm,John,Mary)出发,先计算边缘分布
P(Burglary, Mary)
P(Burglary, Earthquake, Alarm, John, Mary)
Earthquake, Alarm,John
0.000115
0.61
P(Burglary y, Mary y) P(Burglary n, Mary y) 0.000115 0.000075
1.4存在的问题
直接使用联合分布进行不确定性推理的困难很明显,即它的复杂度
极高。上图中有 5 个二值随机变量,整个联合分布包含25 1 31 个独
n n 2.8E-4 n
n
y
n n 2.9E-5
y
n
人工智能贝叶斯网络.ppt
• Directed Acyclic Graph (DAG)
– Nodes are random variables – Edges indicate causal influences
Burglary
Earthquake
Alarm
JohnCalls
MaryCalls
3
Conditional Probability Tables
– Bayesian Networks: Directed acyclic graphs that indicate causal structure.
– Markov Networks: Undirected graphs that capture general dependencies.
2
Bayesian Networks
JohnCalls
MaryCalls
However, this ignores the prior probability of John calling.
12
Bayes Net Inference
• Example: Given that John calls, what is the probability that there is a Burglary?
7
Independencies in Bayes Nets
• If removing a subset of nodes S from the network renders nodes Xi and Xj disconnected, then Xi and Xj are independent given S, i.e. P(Xi | Xj, S) = P(Xi | S)
贝叶斯网络简介PPT课件
而在贝叶斯网络中,由于存在前述性质,任意随 机变量组合的联合条件概率分布被化简成
其中Parents表示xi的直接前驱节点的联合,概率 值可以从相应条件概率表中查到。
.
6
例子
P(C, S,R,W) = P(C)P(S|C)P(R|S,C)P(W|S,R,C) chain rule
= P(C)P(S|C)P(R|C)P(W|S,R,C) since
= P(C)P(S|C)P(R|C)P.(W|S,R) since
7
贝叶斯网络的构造及训练
1、确定随机变量间的拓扑关系,形成DAG 。这一步通常需要领域专家完成,而想要 建立一个好的拓扑结构,通常需要不断迭 代和改进才可以。
2、训练贝叶斯网络。这一步也就是要完成 条件概率表的构造,如果每个随机变量的 值都是可以直接观察的,方法类似于朴素 贝叶斯分类。但是通常贝叶斯网络的中存 在隐藏变量节点,那么训练方法就是比较 复杂。
4、将收敛结果作为推. 断值。
9
贝叶斯网络应用
医疗诊断,
工业,
金融分析,
计算机(微软Windows,Office),
模式识别:分类,语义理解
军事(目标识别,多目标跟踪,战争身份识别
等),
生态学,
生物信息学(贝叶斯网络在基因连锁分析中应
用),
编码学,
分类聚类,
时序数据和动态模型 .
• 用概率论处理不确定性的主要优点是保 证推理结果的正确性。
.
2
几个重要原理
• 链规则(chain rule)
P ( X 1 , X 2 ,X . n ) . P ( . X 1 ) , P ( X 2 |X 1 ) P ( X .n | . X 1 , . X 2 ,X . n ) ..,
贝叶斯信念网络汇总课件
参数学习的常用算法
常用的参数学习方法包括最大似然估计、贝叶斯估计和期望最大化算法等。这些算法可以帮助我们从数据中学习 到最佳的参数设置,使得贝叶斯网络能够最好地拟合概率推理是贝叶斯信念网络的核心,它基于概率理论来描述不 确定性。
02
概率推理的目标是计算给定证据下某个假设的概率,或者计算
06
贝叶斯网络的发展趋势与 未来展望
深度学习与贝叶斯网络的结合
深度学习在特征提取上的 优势
贝叶斯网络在处理复杂、高维数据时,可以 借助深度学习强大的特征提取能力,提高模 型对数据的理解和表达能力。
贝叶斯网络的概率解释能力
贝叶斯网络具有清晰的概率解释,可以为深度学习 模型提供可解释性强的推理框架,帮助理解模型预 测结果。
参数可解释性
通过可视化技术、解释性算法等方法,可以进一步解释贝叶斯网络 中参数的意义和影响,提高模型的可信度和用户接受度。
感谢您的观看
THANKS
联合优化与模型融合
未来研究可以探索深度学习与贝叶斯网络在 结构、参数和优化方法上的联合优化,实现 两者的优势互补。
大数据处理与贝叶斯网络
大数据处理的需求
随着大数据时代的到来,如何高 效处理、分析和挖掘大规模数据 成为关键问题。贝叶斯网络在大 数据处理中具有广阔的应用前景 。
并行计算与分布式
实现
针对大规模数据,可以采用分布 式计算框架,如Hadoop、Spark 等,对贝叶斯网络进行并行化处 理,提高推理和学习的效率。
在贝叶斯网络中,变量间的关系通过 条件独立性来表达。确定条件独立性 有助于简化网络结构,提高推理效率 。
构建有向无环图
根据条件独立性评估结果,可以构建 一个有向无环图来表示贝叶斯网络的 结构。这个图将各个变量连接起来, 反映了它们之间的依赖关系。
常用的参数学习方法包括最大似然估计、贝叶斯估计和期望最大化算法等。这些算法可以帮助我们从数据中学习 到最佳的参数设置,使得贝叶斯网络能够最好地拟合概率推理是贝叶斯信念网络的核心,它基于概率理论来描述不 确定性。
02
概率推理的目标是计算给定证据下某个假设的概率,或者计算
06
贝叶斯网络的发展趋势与 未来展望
深度学习与贝叶斯网络的结合
深度学习在特征提取上的 优势
贝叶斯网络在处理复杂、高维数据时,可以 借助深度学习强大的特征提取能力,提高模 型对数据的理解和表达能力。
贝叶斯网络的概率解释能力
贝叶斯网络具有清晰的概率解释,可以为深度学习 模型提供可解释性强的推理框架,帮助理解模型预 测结果。
参数可解释性
通过可视化技术、解释性算法等方法,可以进一步解释贝叶斯网络 中参数的意义和影响,提高模型的可信度和用户接受度。
感谢您的观看
THANKS
联合优化与模型融合
未来研究可以探索深度学习与贝叶斯网络在 结构、参数和优化方法上的联合优化,实现 两者的优势互补。
大数据处理与贝叶斯网络
大数据处理的需求
随着大数据时代的到来,如何高 效处理、分析和挖掘大规模数据 成为关键问题。贝叶斯网络在大 数据处理中具有广阔的应用前景 。
并行计算与分布式
实现
针对大规模数据,可以采用分布 式计算框架,如Hadoop、Spark 等,对贝叶斯网络进行并行化处 理,提高推理和学习的效率。
在贝叶斯网络中,变量间的关系通过 条件独立性来表达。确定条件独立性 有助于简化网络结构,提高推理效率 。
构建有向无环图
根据条件独立性评估结果,可以构建 一个有向无环图来表示贝叶斯网络的 结构。这个图将各个变量连接起来, 反映了它们之间的依赖关系。
贝叶斯网络培训课件
05
贝叶斯网络的应用案例
Chapter
分类问题
总结词
贝叶斯网络在分类问题中具有广泛的应用,能够有 效地处理各种数据类型,包括连续和离散数据。
详细描述
通过构建分类模型,贝叶斯网络可以用于解决诸如 垃圾邮件过滤、疾病诊断、信用评分等问题。这些 问题的共同特点是,需要根据已知的特征对未知的 目标进行分类或标签。贝叶斯网络通过概率推理和 概率更新来优化分类效果,提高分类准确性和鲁棒 性。
特点
03
04
05
表达直观:贝叶斯网络 以图形化的方式表达概 率模型,易于理解。
概率完整:贝叶斯网络 包含了所有需要的概率 信息,可以用于推断和 决策。
灵活性强:可以添加、 删除节点和边,适应不 同的应用场景。
贝叶斯网络的应用场景
01
02
03
分类问题
贝叶斯网络可以用于分类 问题,如垃圾邮件识别、 疾病诊断等。
对于大规模的数据集,贝叶斯网络的推理可能变得非常复杂和计算量大。
02
贝叶斯网络的基本概念
Chapter
条件概率
条件概率是指在一个事件B发生的条件下,另一个事件A发生的概率。通 常表示为P(A|B)。
条件概率是贝叶斯网络中的一个基本概念,用于描述事件之间的条件关 系。
在贝叶斯网络中,条件概率被用于计算给定一组证据下,某个变量取某 个值的概率。
06
贝叶斯网络的未来发展与挑战
Chapter
理论完善与拓展
理论完善
随着贝叶斯网络在各个领域的广泛应用,针对其理论的深入 研究和完善显得尤为重要。这包括对贝叶斯网络结构的优化 、推断算法的改进以及概率图模型的深入研究等。
拓展应用领域
贝叶斯网络在各个领域都有广泛的应用,如医疗、金融、推 荐系统等。未来可以进一步拓展其应用范围,探索其在更多 领域的应用潜力。
chap20用贝叶斯网学习和动作人工智能课程上海交大精品PPT课件
Computation of Ex[U2] (1/2)
The environment is Markovian by this network structure. Ex[U2|E0 = 0, A0 = R, S1 = 1, A1 = R] Ex[U2|E0 = 0, A0 = R, S1 = 1, A1 = L]
p(E 2|E 00,A 0R ,S11,A 1R )
E U1 p s(E in2|gE 0t h0e,A 0poR l,yS1 t re1,eA 1 aR lg,E o1)rp i(tE h1m|E 00,A 0R ,S11,A 1R )
p(E 2|A 1R ,E 1)p(E 1|E 00,A 0R ,S11)
20.2 概率推理与动作
20.2.2 一个扩展的例子
– E: a state variable {-2, -1, 0, 1, 2} – Each location has a utility U. – E0 = 0 – Ai: the action at the i-th time step {L, R}
E1
•With this probability, the Ex[U2] given A1=R can be calculated. • Similarly, Ex[U2] given A1=L can be calculated. •Then the action that yields the larger value is selected.
E 1
Computation of Ex[U2] (2/2)
p(E1|E00,A0R,S11)kp (S11|E00,A0R,E1)p(E1|E00,A0R) kp (S11|E1)p(E1|E00,A0R)
贝叶斯网络培训课件
最大的参数值。
3. 预测和诊断
03
利用已训练好的贝叶斯网络模型,进行预测和诊断。如预测未
观测变量的取值,或诊断某一变量出现异常的原因。
贝叶斯网络中的参数学习
1. 最大似然估计(MLE )
2. 贝叶斯方法
3. 结构学习和参数学习的 结合
4. 在线学习
通过最大化似然函数,估计网络中的参数 值。这种方法适用于数据量较大的情况。
扩展应用场景
挖掘贝叶斯网络在更多领域 的应用潜力,如自然语言处 理、计算机视觉等。
06
实验操作和实战演练
使用Python等语言进行贝叶斯网络的搭建和训练
环境搭建
介绍如何在Python环境中安 装和使用贝叶斯网络相关库 ,如pgmpy、NetworkX等 。
网络构建
详细演示如何使用代码构建 贝叶斯网络结构,包括节点 和边的定义、概率表的设置 等。
其他领域
贝叶斯网络可用于基因调控网络建模、疾 病诊断与治疗策略制定等领域,提升生物 医学研究的效率与准确性。
此外,贝叶斯网络还可应用于自然语言处 理、图像处理、社会科学研究等多个领域 。
02
贝叶斯网络的基础概念
节点与边
节点
贝叶斯网络中的节点代表随机变量,用图形表示为一个圆圈 。每个节点都代表一个特定的属性或事件,例如天气、疾病 等。
04
贝叶斯网络的实践应用与案例 解析
故障诊断
设备故障预测
利用贝叶斯网络建立设备 的故障模型,通过监测设 备的状态参数进行故障预 测。
可靠性分析
结合贝叶斯网络,对复杂 系统的可靠性进行分析, 找出可能的故障链和薄弱 环节。
故障诊断策略
采用贝叶斯推理,结合先 验知识和实时数据,对故 障进行快速准确的诊断。
人工智能09贝叶斯网络(PPT57页)
k
18
Global semantics(全局语义)
The full joint distribution is defined as the product of the local conditional distributions: 全联合概率分布可以表示为贝叶斯网络中 的条件概率分布的乘积
19
– Is X independent of Z given Y?
22
Common Cause共同原因
• 另一个基础的形态: two effects of the same cause – Are X and Z independent? – Are X and Z independent given Y?
opportunities.
“某事发生的概率是0.1” 意味着0.1是在无穷 多样本的极限
条件下能够被观察到的比例
但是,在许多情景下不可能进行重复试
验
2
Probability概率
Probability is a rigorous formalism for uncertain knowledge
概率是对不确定知识一种严密的形式化方法
6
什么是图模型?
概率分布的图表示 – 概率论和图论的结合
• Also called 概率图模型 • They augment analysis instead of using pure
algebra(代数)
7
What is a Graph?
• Consists of nodes (also called vertices) and links (also called edges or arcs)
32Βιβλιοθήκη 因果关系?• 当贝叶斯网络反映真正的因果模式时: – Often simpler (nodes have fewer parents) – Often easier to think about – Often easier to elicit from experts(专家)
浙江大学研究生《人工智能引论》课件-文档资料
t t f f
t f t f
0.95 0.94 0.29 0.001JohnCalls NhomakorabeaA
P(J)
t f
0.90 0.05
MaryCalls
A
P(M)
t f
0.70 0.01
7.2 贝叶斯网络的语义
贝叶斯网络的两种含义
对联合概率分布的表示
— 构造网络 对条件依赖性语句集合的编码 — 设计推理过程
贝叶斯网络的语义
P(x1,..., xn) = P(x1|parent(x1)) ... P(xn|parent(xn))
贝叶斯网络的语义公式计算示例:
试计算:报警器响了,但既没有盗贼闯入,也 没有发生地震,同时John和Mary都给你打电话 的概率。 解:
P(j,m,a,~b,~e) = P(j|a)P(m|a)P(a|~b,~e) P(~b) P(~e)
已知:P(~fever | cold, ~flu, ~malaria) = 0.6 P(~fever | ~cold, flu, ~malaria) = 0.2 P(~fever | ~cold, ~flu, malaria) = 0.1, 可利用“噪声或”(Noisy-OR)关系得到下表:
Cold F F F F T T T T Flu F F T T F F T T Malaria F T F T F T F T P(Fever) 0.0 0.9 0.8 0.98 0.4 0.94 0.88 0.988 P(~Fever) 1.0 0.1 0.2 0.02 = 0.2 X 0.1 0.6 0.06 = 0.6 X 0.1 0.12 = 0.6 X 0.2 0.012 = 0.6 X 0.2 X 0.1
贝叶斯网络PPT课件
15
2019/8/21
3.贝叶斯网络学习 贝叶斯网络学习是指由先验的贝叶斯网络得到后验的贝叶斯网络的过程。
先验贝叶斯网络是根据用户的先验知识构造的贝叶斯网络,后验贝叶斯网络 是把先验贝叶斯网络和数据相结合而得到的贝叶斯网络。
贝叶斯网络学习的实质是用现有数据对先验知识的修正。贝叶斯网络能 够持续学习.上次学习得到的后验贝叶斯网络变成下一次学习的先验贝叶斯 网络,每一次学习前用户都可以对先验贝叶斯网络进行调整,使得新的贝叶 斯网络更能体现数据中蕴涵的知识。贝叶斯网络的学习关系如图7.2所示。
(2)具有良好的可理解性和逻辑性,这是神经元网络无法比拟的,神经 元网络从输入层输入影响因素信息,经隐含层处理后传人输出层,是黑匣子 似的预测和评估,而贝叶斯网络是白匣子。
(3)专家知识和试验数据的有效结合相辅相成,忽略次要联系而突出主 要矛盾,可以有效避免过学习。
(4)贝叶斯网络以概率推理为基础,推理结果说服力强,而且相对贝叶 斯方法来说,贝叶斯网络对先验概率的要求大大降低。贝叶斯网络通过实践 积累可以随时进行学习来改进网络结构和参数,提高预测诊断能力,并且基 于网络的概率推理算法,贝叶斯网络接受了新信息后立即更新网络中的概率 信息。
图7.1 基于结点间概率关系的推理
3
2019/8/21
通过长期的观察,或者从别人那里了解,这个中学生的父母知道他 们的女儿参加晚会的概率。通过长时间的数据积累,他们也知道他们的 女儿参加晚会后宿醉的概率。因此,结点party和结点hangover之间有 一条连线。同样,有明显的因果关系或相关关系的结点之间都有一条连 线,并且连线从原因结点出发,指向结果结点。
12
2019/8/21
7.l 引例
先看一个关于概率推理的例子。图7.1中有6个结点:参加晚 会(party,PT)、 宿醉(hangover,HO)、患脑瘤(brain tumor, BT)、头疼(headache,HA)、有酒精味(smell alcohol,SA)和X射 线检查呈阳性(posxray,PX)。可以把图7.1想象成为这样一个场 景:一个中学生回家后,其父母猜测她参加了晚会,并且喝了酒; 第二天这个学生感到头疼,她的父母带她到医院做头部的X光检查 ……
2019/8/21
3.贝叶斯网络学习 贝叶斯网络学习是指由先验的贝叶斯网络得到后验的贝叶斯网络的过程。
先验贝叶斯网络是根据用户的先验知识构造的贝叶斯网络,后验贝叶斯网络 是把先验贝叶斯网络和数据相结合而得到的贝叶斯网络。
贝叶斯网络学习的实质是用现有数据对先验知识的修正。贝叶斯网络能 够持续学习.上次学习得到的后验贝叶斯网络变成下一次学习的先验贝叶斯 网络,每一次学习前用户都可以对先验贝叶斯网络进行调整,使得新的贝叶 斯网络更能体现数据中蕴涵的知识。贝叶斯网络的学习关系如图7.2所示。
(2)具有良好的可理解性和逻辑性,这是神经元网络无法比拟的,神经 元网络从输入层输入影响因素信息,经隐含层处理后传人输出层,是黑匣子 似的预测和评估,而贝叶斯网络是白匣子。
(3)专家知识和试验数据的有效结合相辅相成,忽略次要联系而突出主 要矛盾,可以有效避免过学习。
(4)贝叶斯网络以概率推理为基础,推理结果说服力强,而且相对贝叶 斯方法来说,贝叶斯网络对先验概率的要求大大降低。贝叶斯网络通过实践 积累可以随时进行学习来改进网络结构和参数,提高预测诊断能力,并且基 于网络的概率推理算法,贝叶斯网络接受了新信息后立即更新网络中的概率 信息。
图7.1 基于结点间概率关系的推理
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2019/8/21
通过长期的观察,或者从别人那里了解,这个中学生的父母知道他 们的女儿参加晚会的概率。通过长时间的数据积累,他们也知道他们的 女儿参加晚会后宿醉的概率。因此,结点party和结点hangover之间有 一条连线。同样,有明显的因果关系或相关关系的结点之间都有一条连 线,并且连线从原因结点出发,指向结果结点。
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7.l 引例
先看一个关于概率推理的例子。图7.1中有6个结点:参加晚 会(party,PT)、 宿醉(hangover,HO)、患脑瘤(brain tumor, BT)、头疼(headache,HA)、有酒精味(smell alcohol,SA)和X射 线检查呈阳性(posxray,PX)。可以把图7.1想象成为这样一个场 景:一个中学生回家后,其父母猜测她参加了晚会,并且喝了酒; 第二天这个学生感到头疼,她的父母带她到医院做头部的X光检查 ……
贝叶斯网络培训课件
05
贝叶斯网络实践指导
如何选择合适的贝叶斯网络算法
贝叶斯网络算法类型
01
根据问题的具体情况,选择合适的贝叶斯网络算法,如朴素贝
叶斯、动态贝叶斯网络等。
数据集特征
02
根据数据集的特征,选择适合的算法,如数据集较大时,可以
选择采样算法或变分推断方法。
问题类型
03
根据问题的类型,选择合适的算法,如分类问题可以使用朴素
贝叶斯网络面临的挑战与解决方案
要点一
总结词
要点二
详细描述
贝叶斯网络在应用过程中面临着多种挑战,如结构复杂 度高、标注数据难以获取、推断计算复杂度高等。
针对不同的挑战,可以采取不同的解决方案。例如,针 对结构复杂度高的问题,可以采用结构学习方法来简化 网络结构;针对标注数据难以获取的问题,可以采用半 监督学习或无监督学习方法;针对推断计算复杂度高的 问题,可以采用高效的推断算法或并行计算技术来解决 。
贝叶斯网络的推断与预测
要点一
总结词
推断是贝叶斯网络中的重要应用之一,是指利用已经知 道的信息,推导出未知信息的可能性结果。预测则是推 断的进一步延伸,是指在已经知道一些信息的情况下, 预测未来的信息。
要点二
详细描述
贝叶斯网络的推断主要涉及到了概率图模型中的变量消 去和变量消去图两个核心概念。其中,变量消去是指利 用贝叶斯网络中各个节点的条件概率分布,计算出给定 证据条件下未知节点的后验概率分布。变量消去图则是 一种表达变量之间概率关系的方法,可以方便地进行推 断和预测
特点
具有灵活的概率表达能力和高效的推理计算能力,可应用于 分类、回归、因果分析等领域。
贝叶斯网络结构组成
节点
1
相关主题
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• However, this is too strict a criteria for conditional independence since two nodes will still be considered independent if their simply exists some variable that depends on both.
Artificial Intelligence: Bayesian Networks
1
Graphical Models
• If no assumption of independence is made, then an exponential number of parameters must be estimated for sound probabilistic inference.
• No realistic amount of training data is sufficient to estimate so many parameters.
• If a blanket assumption of conditional independence is made, efficient training and inference is possible, but such a strong assumption is rarely warranted.
• If removing a subset of nodes S from the network renders nodes Xi and Xj disconnected, then Xi and Xj are independent given S, i.e. P(Xi | Xj, S) = P(Xi | S)
– Bayesian Networks: Directed acyclic graphs that indicate causal structure.
– Markov Networks: Undirected graphs that capture general dependencies.
2
Bayesian Networks
A P(J) T .90 F .05
JohnCalls
MaryCalls
A P(M) T .70 F .01
4
CPT Comments
• Probability of false not given since rows must add to 1.
• Example requires 10 parameters rather than 25–1 = 31 for specifying the full joint distribution.
• Naïve Bayes is a simple Bayes Net
Y
… X1
X2
Xn
• Priors P(Y) and conditionals P(Xi|Y) for Naïve Bayes provide CPTs for the network.
7
Independencies in Bayes Nets
n
P(x1, x2 ,... xn ) P(xi | Parents( X i )) i 1
• Example
P(J M A B E)
P(J | A)P(M | A)P(A | B E)P(B)P(E)
0.90.70.0010.9990.998 0.00062
• Therefore an inefficient approach to inference is:
• Graphical models use directed or undirected graphs over a set of random variables to explicitly specify variable dependencies and allow for less restrictive independence assumptions while limiting the number of parameters that must be estimated.
• Directed Acyclic Graph (DAG)
– Nodes are random variables – Edges indicate causal influences
Burglary
EarthquaryCalls
3
Conditional Probability Tables
– 1) Compute the joint distribution using this equation. – 2) Compute any desired conditional probability using
the joint distribution.
6
Naïve Bayes as a Bayes Net
• Each node has a conditional probability table (CPT) that gives the probability of each of its values given every possible combination of values for its parents (conditioning case).
– Roots (sources) of the DAG that have no parents are given prior probabilities.
P(B)
.001
Burglary
P(E)
Earthquake .002
Alarm
B E P(A) T T .95 T F .94 F T .29 F F .001
• Number of parameters in the CPT for a node is exponential in the number of parents (fan-in).
5
Joint Distributions for Bayes Nets
• A Bayesian Network implicitly defines a joint distribution.
Artificial Intelligence: Bayesian Networks
1
Graphical Models
• If no assumption of independence is made, then an exponential number of parameters must be estimated for sound probabilistic inference.
• No realistic amount of training data is sufficient to estimate so many parameters.
• If a blanket assumption of conditional independence is made, efficient training and inference is possible, but such a strong assumption is rarely warranted.
• If removing a subset of nodes S from the network renders nodes Xi and Xj disconnected, then Xi and Xj are independent given S, i.e. P(Xi | Xj, S) = P(Xi | S)
– Bayesian Networks: Directed acyclic graphs that indicate causal structure.
– Markov Networks: Undirected graphs that capture general dependencies.
2
Bayesian Networks
A P(J) T .90 F .05
JohnCalls
MaryCalls
A P(M) T .70 F .01
4
CPT Comments
• Probability of false not given since rows must add to 1.
• Example requires 10 parameters rather than 25–1 = 31 for specifying the full joint distribution.
• Naïve Bayes is a simple Bayes Net
Y
… X1
X2
Xn
• Priors P(Y) and conditionals P(Xi|Y) for Naïve Bayes provide CPTs for the network.
7
Independencies in Bayes Nets
n
P(x1, x2 ,... xn ) P(xi | Parents( X i )) i 1
• Example
P(J M A B E)
P(J | A)P(M | A)P(A | B E)P(B)P(E)
0.90.70.0010.9990.998 0.00062
• Therefore an inefficient approach to inference is:
• Graphical models use directed or undirected graphs over a set of random variables to explicitly specify variable dependencies and allow for less restrictive independence assumptions while limiting the number of parameters that must be estimated.
• Directed Acyclic Graph (DAG)
– Nodes are random variables – Edges indicate causal influences
Burglary
EarthquaryCalls
3
Conditional Probability Tables
– 1) Compute the joint distribution using this equation. – 2) Compute any desired conditional probability using
the joint distribution.
6
Naïve Bayes as a Bayes Net
• Each node has a conditional probability table (CPT) that gives the probability of each of its values given every possible combination of values for its parents (conditioning case).
– Roots (sources) of the DAG that have no parents are given prior probabilities.
P(B)
.001
Burglary
P(E)
Earthquake .002
Alarm
B E P(A) T T .95 T F .94 F T .29 F F .001
• Number of parameters in the CPT for a node is exponential in the number of parents (fan-in).
5
Joint Distributions for Bayes Nets
• A Bayesian Network implicitly defines a joint distribution.