정의 1.1 확률
표본공간 의 사건 마다 수 를 정하되
- 서로소인 사건 에 대해
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쓰이는 곳: 정의 1.2, 정의 1.3, 정의 2.1, 정의 4.1, 정의 5.4, 정의 8.5, 정의 10.8, 정의 11.1, 정의 11.2, 정의 12.5
82개. "쓰는 것"은 진술이나 증명에서 부르는 정의·정리이고, "쓰이는 곳"은 거꾸로 이 항목을 부르는 곳입니다. 용어로 이어진 관계는 흐리게 표시합니다.
표본공간 의 사건 마다 수 를 정하되
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쓰이는 곳: 정의 1.2, 정의 1.3, 정의 2.1, 정의 4.1, 정의 5.4, 정의 8.5, 정의 10.8, 정의 11.1, 정의 11.2, 정의 12.5
표본공간의 각 결과에 실수를 대응시키는 함수 를 확률변수(random variable)라 합니다.
값이 셀 수 있는(유한하거나 자연수처럼 늘어놓을 수 있는) 에 대해 를 확률질량함수(probability mass function, pmf)라 합니다. 이고 입니다.
이고 이며
를 누적분포함수(cumulative distribution function, cdf)라 합니다.
는 증가함수이고, , 이며, 입니다. 가 연속이면 이고 입니다.
에 대해 인 를 -분위수(quantile)라 합니다. 이면 중앙값(median)입니다.
성공(1) 확률이 , 실패(0) 확률이 인 분포를 베르누이 분포(Bernoulli distribution) 라 합니다.
독립인 베르누이 시행 번에서 성공 횟수의 분포를 이항분포(binomial distribution) 라 합니다.
첫 성공까지 시행한 횟수 : ().
평균 번 일어나는 드문 사건이 실제로 일어난 횟수:
이 크고 가 작아 가 적당하면 입니다.
에서 밀도가 로 일정한 분포 .
밀도 ()인 분포 . 입니다.
지수분포에서 .
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쓰는 것: 정의 2.8 지수분포
밀도
이면 입니다. 따라서 .
또는 .
. , 가 독립이 아니어도 성립합니다.
를 분산(variance), 를 표준편차(standard deviation)라 합니다.
, . , 가 독립이면 .
를 차 적률(moment)이라 합니다. 평균은 1차 적률, 분산은 2차 중심적률입니다. 3차 표준화 적률 은 왜도(skewness, 치우침), 4차는 첨도(kurtosis, 꼬리 두께)입니다.
.
. 또 , 가 독립이면 .
두 확률변수 , 의 결합분포(joint distribution)는 이산이면 , 연속이면 인 결합밀도 로 줍니다.
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쓰는 것: 정의 1.1 확률, 정의 1.2 확률변수
다른 변수에 대해 더하거나 적분해 없앤 것: , .
모든 에서 이면 와 는 독립(independent)입니다.
.
.
이고, 일 필요충분조건은 ()인 것입니다.
독립이면 공분산이 0입니다. 거꾸로는 성립하지 않습니다.
예제 4.9. 가 에서 균등이고 이면 , 이라 입니다. 그러나 는 로 완전히 정해지므로 독립이 아닙니다. 상관계수는 직선적인 관계만 잽니다.
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쓰는 것: 정의 3.4 분산, 정의 4.3 독립, 정의 4.5 공분산, 정의 4.6 상관계수
.
, 곧 .
는 대칭이고 양반정치입니다. 이면 , 입니다.
밀도
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쓰는 것: 정의 2.10 정규분포, 정의 3.4 분산, 정의 4.2 주변분포, 정의 4.3 독립, 정의 4.5 공분산
이면 . 연속이면 ().
또는 . 이것을 의 함수 로 보고 를 넣은 확률변수 를 로 씁니다.
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쓰는 것: 정의 1.1 확률, 정의 1.2 확률변수
.
.
평균제곱오차 를 가장 작게 하는 함수는 입니다.
이고 이면 .
.
모든 에 대해 .
i.i.d. 의 평균이 , 분산이 이면
데이터 의 함수로 모수 를 어림하는 를 추정량(estimator)이라 합니다.
이면 불편(unbiased)이고, 를 편향이라 합니다.
평균제곱오차(mean squared error) .
관측한 데이터 을 고정하고, 모수 의 함수로 본
를 최대우도 추정량(maximum likelihood estimator, MLE)이라 합니다.
적당한 조건에서 이면 MLE는 참값으로 수렴하고(일치성), 대략 정규분포를 따르며, 그 분산은 가능한 추정량 가운데 가장 작은 수준(크라메르–라오 하한)에 이릅니다.
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쓰는 것: 정의 2.10 정규분포, 정의 3.4 분산
모델 , i.i.d.이면, 음의 로그 가능도는 입니다. 그러므로 MLE는 제곱오차를 최소로 하는 입니다.
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쓰는 것: 정의 7.5 가능도
분류 모델이 를 내고 데이터가 이면 음의 로그 가능도는 이고, 이것이 교차 엔트로피 손실(다변수 미적분 11장)입니다.
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쓰는 것: 정의 7.5 가능도
데이터로 계산한 구간 가 를 만족하면, 이를 의 신뢰구간(confidence interval)이라 합니다.
를 알면, 중심극한정리(6장)로 의 95% 신뢰구간은
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쓰는 것: 정의 8.1 신뢰구간
정규분포에서 뽑은 데이터이면 는 자유도 인 t 분포(Student's t-distribution)를 따릅니다.
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쓰는 것: 정의 2.10 정규분포
(양측검정).
p값은 “이 참일 확률”이 아닙니다. “이 참이라면 이런 데이터가 얼마나 드문가”입니다.
를 평균이라 할 때
. 모델이 의 흔들림 중 몇 %를 설명하는지 나타냅니다. 단순선형회귀에서는 입니다.
를 최소로 하는 는
을 시그모이드(sigmoid) 함수라 하고, 로지스틱 회귀(logistic regression)는 로 모델링합니다.
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쓰는 것: 정의 7.5 가능도
에서 밀도가 인 분포를 라 합니다. 평균은 입니다.
사전분포가 이고 번 중 번 앞면을 보면, 사후분포는 입니다.
사후분포를 최대로 하는 를 최대 사후 추정(maximum a posteriori, MAP)이라 합니다.
가중치에 사전분포 를 주면 이므로, MAP는 “음의 로그 가능도 + ”을 최소로 하는 것, 곧 L2 정규화(릿지, 가중치 감쇠)입니다. 라플라스 사전분포 는 L1 정규화(라쏘)를 줍니다.
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쓰는 것: 정의 7.5 가능도
인 구간을 95% 신용구간(credible interval)이라 합니다. 이것은 말 그대로 “데이터를 보고 나니 가 이 안에 있을 확률이 95%”입니다.
확률 인 사건의 정보량(information content)은 비트입니다.
이산 확률변수 의 엔트로피(entropy)는 정보량의 기댓값입니다.
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쓰는 것: 정의 1.1 확률, 정의 1.2 확률변수, 정의 3.1 기댓값
(은 결과의 수). 최솟값은 결과가 확정될 때, 최댓값은 균등분포일 때입니다.
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쓰는 것: 정의 2.7 균등분포
참 분포 의 데이터를 모델 분포 로 부호화할 때의 평균 비트 수
이고, 등호는 일 때만입니다.
이 분포 에서 뽑은 i.i.d. 표본이면
상태 이 를 만족하면 마르코프 체인(Markov chain)이라 합니다. 다음 상태는 현재만 보고 정해지고, 과거는 잊습니다.
를 만족하는 확률분포 를 정상분포(stationary distribution)라 합니다. 의 고윳값 1에 대한 고유벡터입니다.
유한 상태 체인이 어느 상태에서든 다른 모든 상태로 갈 수 있고(기약), 주기적으로 맴돌지 않으면(비주기), 정상분포가 하나뿐이고 어디서 시작하든 입니다.
를 만족하면 는 정상분포입니다. 메트로폴리스의 수락 규칙은 이 조건을 맞추도록 만든 것입니다.