概要¶
ベータ分布(beta distribution)は、区間上で定義される連続確率分布である。2つの形状パラメータによって非常に多様な分布形状を表現でき、確率や割合のモデリングに適している。
ベイズ統計においてベルヌーイ分布・二項分布の共役事前分布として重要な役割を果たす。
図¶
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from scipy.stats import beta
x = np.linspace(0.001, 0.999, 300)
fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=[8, 3])
params = [(0.5, 0.5), (1, 1), (2, 2), (2, 5), (5, 2)]
for a, b in params:
pdf = beta.pdf(x, a, b)
axes[0].plot(x, pdf, label=fr"$\alpha={a}, \beta={b}$")
cdf = beta.cdf(x, a, b)
axes[1].plot(x, cdf, label=fr"$\alpha={a}, \beta={b}$")
axes[0].set(title="PDF", xlabel="x", ylabel="f(x)", ylim=[0, 4])
axes[0].legend(fontsize=7)
axes[1].set(title="CDF", xlabel="x", ylabel="F(x)")
axes[1].legend(fontsize=7)
fig.tight_layout()
fig.show()性質¶
のとき上の一様分布に一致する
のときに関して対称な分布になる
のとき U 字型の分布になる
共役事前分布: ベルヌーイ分布・二項分布の尤度に対し、ベータ分布は共役事前分布となる。すなわち事前分布のもとで回の成功と回の失敗を観測すると、事後分布は
からの個の標本の第順序統計量はに従う
が独立なら
応用例¶
ベイズ統計における成功確率の事前分布・事後分布
A/Bテストにおけるコンバージョン率のモデリング(Thompson sampling)
プロジェクト管理におけるPERT(タスク完了時間の不確実性モデリング)
生態学における種の比率のモデリング