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Inferencia bayesiana: actualizar creencias con datos

✦ Objeto bayesiano completo: moneda al aire con Beta resuelta a mano, sensibilidad al prior, test medico con prior y clasificador de spam en dos palabras, con autoexamen y clave · Ciencia de Datos e IA · en 6 minutos

Roadwise Consulting

Firmado y verificado · Fernando Castro

Objetivo: Ejecutar el ciclo prior-verosimilitud-posterior con conjugacion Beta-Binomial, interpretar intervalos de credibilidad, sensibilitar el prior y entender Naive Bayes.

6 min 17–99 años
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Inferencia bayesiana: actualizar creencias con datos

El bayesianismo es la epistemologia del cientifico de datos: empiezas con una opinion, ves datos, y terminas con una opinion mejor. Nada mas y nada menos. Su arma es la unica formula que ya conoces (Bayes) aplicada no a un caso clinico sino a los PARAMETROS de tu modelo. En este objeto: el ciclo prior-likelihood-posterior, el ejemplo conjugado Beta-Binomial resuelto a mano, intervalos de credibilidad frente a confianza, sensibilidad al prior y el clasificador Naive Bayes como app del motor.

Campanas de distribucion beta: prior uniforme, verosimilitud y posterior tras observar datos.
La posterior es una mezcla ponderada: ni caso al prior, ni caso a los datos.

El ciclo: prior x verosimilitud = posterior

P(θ|D) = P(D|θ)·P(θ) / P(D). En palabras: creencia despues = creencia antes · evidencia de los datos, normalizada. Como P(D) es el mismo escalar para todo θ, los bayesianos trabajan con la proporcionalidad: posterior ∝ likelihood · prior, y normalizan al final con una integral.

Moneda al aire con Beta: el ejemplo conjugado

  1. Paso 1 · Montar

    Modelo: P(k caras | n, θ) binomial con θ desconocida. Prior: Beta(α, β). El prior uniforme "no me apoyo en nada" es Beta(1,1): densidad constante en [0,1].

Paso 1 de 5

Sensibilidad al prior: cuantificarlo

El prior es el punto flaco y el punto fuerte a la vez; el deber del analista es reportar ambos. Mismo dato (7 de 10) con un prior escéptico Beta(10, 10) (fuerte en 0.5, peso pseudo-muestral de 20 lanzamientos): posterior Beta(17, 13), media 17/30 = 0.567. Con datos que contradicen al prior, el prior gana mientras n es pequena; con n grande los datos aplastan al prior: la influencia relativa es (α+β) versus n.

Bayes aplicado: el mismo test medico que ya viste

  1. Paso 1 · Datos

    Prevalencia 1%: P(E) = 0.01. Sensibilidad 99%: P(+|E) = 0.99. Especificidad 95%: P(+|noE) = 0.05.

Paso 1 de 3

Naive Bayes: el motor en produccion

El clasificador spam que filtra tu correo ES bayesiano. "Naive" por asumir independencia condicional de palabras dado spam o no: P(w1,w2|spam) = P(w1|spam)·P(w2|spam). Aunque la suposicion es falsa (las palabras correlacionan), el clasificador es rapidisimo, aprende con una pasada y gana a modelos complejos en datos textuales pequenos.

Un correo con dos palabras, a mano

  1. Paso 1 · Tabla

    Estadisticas del corpus: P(spam) = 0.4. En spam: la palabra "gratis" aparece con P(gratis|spam) = 0.2 y "factura" con P(factura|spam) = 0.5. En legitimo: P(gratis|no) = 0.01 y P(factura|no) = 0.001.

Paso 1 de 3

El ciclo bayesiano

  • θ | datos
    • Antes
      • Prior: opinion honesta
      • Conjugada: familia comoda
    • Datos
      • Likelihood: binomial, normal...
    • Despues
      • Posterior ∝ prior·lik
      • Media, moda, ICredible
      • Chequeo de sensibilidad

Autoexamen cronometrado (20 minutos)

Con prior Beta(1,1) y 5 caras de 8 lanzamientos, la posterior es Beta(6, 4). Calcula su media.

¿Que hace la CONJUGACION de una familia de priors?

El intervalo de credibilidad bayesiano y el de confianza frecuentista son numericamente siempre iguales.

En el clasificador de spam, multiplicando 0.4·0.2·0.5 el numerador de spam vale (en decimal).

La receta posterior ∝ prior × es el corazon computacional del bayesianismo.

Empareja dato del ciclo con su rol.

      Video de repaso

      Estadistica: video complementario
      Repaso visual de inferencia y actualizacion bayesiana.

      El problema de sensibilidad al prior: mismo dato 7/10, dos priors, dos conclusiones (0.667 vs 0.567). Elige una decision de tu area (fraude, diagnostico, churn) y argumenta que prior seria HONESTO declarar, y que resultado te exigiria reportar el analisis de sensibilidad ante un stakeholder.

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