题目
2.假设一卷磁带上的缺陷数服从泊松分布P(λ),其中λ可取1.0或1.5中的一个,又设λ的先验分布为pi(1.0)=0.4,pi(1.5)=0.6假如检查一卷磁带发现了3个缺陷,求θ的后验分布。
2.假设一卷磁带上的缺陷数服从泊松分布P(λ),其中λ可取1.0或1.5中的一个,又设λ的先验分布为
$\pi(1.0)=0.4,\pi(1.5)=0.6$
假如检查一卷磁带发现了3个缺陷,求θ的后验分布。
题目解答
答案
已知一卷磁带上的缺陷数服从泊松分布 $P(\lambda)$,其中 $\lambda$ 可取1.0或1.5,先验分布为 $\pi(1.0) = 0.4$,$\pi(1.5) = 0.6$。观察到3个缺陷后,计算后验分布。
1. **似然函数**:
$P(X=3|\lambda) = \frac{\lambda^3 e^{-\lambda}}{6}$
2. **先验与似然乘积**:
$\pi(\lambda|X=3) \propto P(X=3|\lambda) \pi(\lambda)$
- 对 $\lambda = 1.0$:
$\frac{e^{-1}}{6} \times 0.4 = \frac{0.4}{6e}$
- 对 $\lambda = 1.5$:
$\frac{3.375e^{-1.5}}{6} \times 0.6 = \frac{2.025e^{-1.5}}{6}$
3. **归一化**:
归一化常数 $C = \frac{0.4}{6e} + \frac{2.025e^{-1.5}}{6}$
- $\pi(\lambda=1.0|X=3) = \frac{0.4}{6eC}$
- $\pi(\lambda=1.5|X=3) = \frac{2.025e^{-1.5}}{6C}$
4. **计算结果**:
近似计算得
$\pi(\lambda=1.0|X=3) \approx 0.2457$
$\pi(\lambda=1.5|X=3) \approx 0.7543$
**答案**:
$\boxed{\pi(\lambda_1|3) = 0.2457, \quad \pi(\lambda_2|3) = 0.7543}$
其中,$\lambda_1 = 1.0$,$\lambda_2 = 1.5$。
解析
本题考查泊松分布的后验分布计算,解题思路是先根据泊松分布的概率公式求出似然函数,再将似然函数与先验分布相乘得到先验与似然的乘积,最后通过归一化得到后验分布。
- 似然函数:
根据泊松分布的概率公式 $P(X=k|\lambda) = \frac{\lambda^k e^{-\lambda}}{k!}$,已知 $k = 3$,则 $P(X=3|\lambda) = \frac{\lambda^3 e^{-\lambda}}{3!} = \frac{\lambda^3 e^{-\lambda}}{6}$。 - 先验与似然乘积:
根据贝叶斯公式 $\pi(\lambda|X) \propto P(X|\lambda) \pi(\lambda)$,分别计算 $\lambda$ 取不同值时的先验与似然乘积。
- 当 $\lambda = 1.0$ 时:
$P(X=3|\lambda = 1.0) = \frac{1.0^3 e^{-1.0}}{6} = \frac{e^{-1}}{6}$,则 $\pi(\lambda = 1.0|X=3) \propto \frac{e^{-1}}{6} \times 0.4 = \frac{0.4}{6e}$。 - 当 $\lambda = 1.5$ 时:
$P(X=3|\lambda = 1.5) = \frac{1.5^3 e^{-1.5}}{6} = \frac{3.375e^{-1.5}}{6}$,则 $\pi(\lambda = 1.5|X=3) \propto \frac{3.375e^{-1.5}}{6} \times 0.6 = \frac{2.025e^{-1.5}}{6}$。
- 归一化:
归一化常数 $C = \frac{0.4}{6e} + \frac{2.025e^{-1.5}}{6}$。
根据后验分布公式 $\pi(\lambda|X) = \frac{P(X|\lambda) \pi(\lambda)}{C}$,分别计算 $\lambda$ 取不同值时的后验分布。
- 当 $\lambda = 1.0$ 时:
$\pi(\lambda = 1.0|X=3) = \frac{\frac{0.4}{6e}}{\frac{0.4}{6e} + \frac{2.025e^{-1.5}}{6}} = \frac{0.4}{6eC}$。 - 当 $\lambda = 1.5$ 时:
$\pi(\lambda = 1.5|X=3) = \frac{\frac{2.025e^{-1.5}}{6}}{\frac{0.4}{6e} + \frac{2.025e^{-1.5}}{6}} = \frac{2.025e^{-1.5}}{6C}$。
- 计算结果:
通过近似计算可得 $\pi(\lambda = 1.0|X=3) \approx 0.2457$,$\pi(\lambda = 1.5|X=3) \approx 0.7543$。