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似然函数怎么求

原创2025-08-06 12:38:43

求似然函数通常涉及以下步骤:

确定概率分布模型

根据已知的概率分布模型和观测数据,确定似然函数的表达式。例如,如果随机变量服从正态分布,那么似然函数就是多个正态分布概率密度函数的乘积。

取对数

对似然函数取对数,将乘积形式转化为求和形式,简化计算并方便后续求导。对数似然函数为:

\[

\ell(\theta) = \log L(\theta|x_1,\dots,x_n) = \sum_{i=1}^n \log f(x_i|\theta)

\]

求导并令导数为零

对对数似然函数关于参数求导,然后令导数为零,得到一个关于参数的方程。这个方程称为似然方程。

解方程

求解上述方程,得到参数的估计值。如果方程难以直接求解,可以使用数值优化方法,如梯度下降法、牛顿法等。

示例:正态分布的似然函数求解

假设随机变量 \( X \) 服从正态分布 \( N(\mu, \sigma^2) \),观测数据为 \( x_1, x_2, \dots, x_n \),则似然函数为:

\[

L(\mu, \sigma^2|x_1,\dots,x_n) = \prod_{i=1}^n \frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}} \exp\left(-\frac{(x_i - \mu)^2}{2\sigma^2}\right)

\]

取对数后得到:

\[

\ell(\mu, \sigma^2) = \log L(\mu, \sigma^2|x_1,\dots,x_n) = \sum_{i=1}^n \log\left(\frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma^2}}\right) - \sum_{i=1}^n \frac{(x_i - \mu)^2}{2\sigma^2}

\]

对 \(\mu\) 和 \(\sigma^2\) 分别求导,并令导数为零,可以得到两个方程:

\[

\frac{\partial \ell}{\partial \mu} = \sum_{i=1}^n \frac{x_i - \mu}{\sigma^2} = 0

\]

\[

\frac{\partial \ell}{\partial \sigma^2} = -\frac{n}{2\sigma^2} + \frac{1}{2\sigma^4} \sum_{i=1}^n (x_i - \mu)^2 = 0

\]

解这两个方程,可以得到 \(\mu\) 和 \(\sigma^2\) 的估计值。

建议

在实际应用中,选择合适的概率分布模型和参数估计方法(如最大似然估计、矩估计法等)非常重要,因为不同的模型和数据分布可能需要不同的处理技巧。

对于复杂的模型,可能需要借助数值计算工具(如数值优化算法)来求解似然方程。

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