20-第20讲-贝叶斯与频率学派推断比较


1. 两种推断路径

贝叶斯与频率学派都使用似然

当假设先验 已知时,可共同使用贝叶斯公式:

当先验未知时:

  • 贝叶斯方法根据现有知识构造先验并计算后验;
  • 频率学派不为固定假设分配概率,而从似然和重复抽样性质推断。

2. 方法比较

贝叶斯推断

  • 明确使用先验;
  • 在概率公理内逻辑连贯;
  • 后验概率可直接解释为当前模型下对参数或假设的不确定性;
  • 先验选择可能带有主观性;
  • 结论依赖先验、似然和模型是否合理。

频率学派推断

  • 不需要参数先验;
  • 在协议固定时,不同分析者通常得到同一数值答案;
  • 通过长期重复抽样性质控制错误率;
  • 条件错误概率经常被误读为假设为真的概率;
  • 必须在实验前明确抽样、停止和分析协议。

预先规定协议既是优点,也是限制:

  • 优点:抑制事后选择和错误率膨胀;
  • 限制:即使观察数据相同,不同停止规则也可能产生不同频率学派结论。

3. 哪个显著性检验更可能正确

三个检验均使用

  • 实验 1:,拒绝
  • 实验 2:,拒绝
  • 实验 3:,不拒绝

仅凭这些 值,无法判断哪个决定“为真”的概率最高。

值不是

也没有提供:

  • 假设基准率;
  • 备择下的效应大小分布;
  • 检验功效;
  • 模型偏差;
  • 研究设计质量。

因此答案是“无法判断”。

4. 停止规则问题

怀疑硬币偏向正面,显著性水平为

比较两个实验:

  1. 固定抛 5 次,报告完整序列;
  2. 一直抛到首次反面,报告完整序列。

实验 1:固定样本量

在公平硬币零假设下,

右侧备择支持较多正面。若拒绝域含 ,显著性为

所以最大的非随机保守拒绝域为

实际显著性

触发拒绝的唯一序列是

实验 2:抛到首次反面

在公平硬币下,

右尾概率为

时为 时为 。因此拒绝域为

触发拒绝的序列包括

5. 同一数据

固定五次实验

正面数为 4,不在 ,所以不拒绝公平硬币。

右尾概率为

抛到首次反面

首次反面前有 4 个正面,落入 ,所以拒绝公平硬币。

右尾概率为

观察序列相同,但抽样和停止协议不同,因此零分布不同,频率学派结论也不同。

6. 同一数据的贝叶斯更新

使用平坦先验

序列 的似然核在两个停止方案下都与

成正比。后验为

后验均值:

硬币偏向正面的后验概率为

在遵循似然原则的贝叶斯分析中,与参数无关的停止规则因素会在归一化中抵消,因此同一似然产生同一后验。

这并不意味着停止规则永远无关:若停止机制本身依赖未建模的信息、存在选择性报告或改变了似然,它仍必须纳入模型。

7. 事后延长样本与重新开始

所有实验声称使用

实验 1:预先固定 50 次

按设计完成 50 次并得到 。若所有假设和分析均预先规定,报告有效,第一类错误率为

实验 2:先看 50 次,再追加 50 次

前 50 次得到 ,因为不显著才追加 50 次,并用全部 100 次得到

如果原设计没有预先规定这种中期查看与继续规则,却仍按固定 的普通 值报告,就会低估第一类错误率。

真实错误率为

需要两个相关中期统计量的联合分布计算。它大于 0.05;在典型正态双侧两次查看模型中约为 0.08,而精确值依具体检验而定。

若使用预先设计的组序贯边界或 alpha spending 方法,则可把整体错误率控制在 0.05。

实验 3:不显著后重新做独立的 50 次

第一次 后丢弃数据,再独立做 50 次并得到

若策略是“任一次显著就发表”,两次独立检验至少一次假阳性的概率为

只报告第二次显著结果而隐藏第一次,是选择性报告。

8. 发表显著结果与错误比例

若期刊只发表 的结果,不能断言发表论文中 是第一类错误。

需要知道:

  • 研究中的零假设有多少真实;
  • 真效应研究的功效;
  • 研究者是否多重检验或选择性报告;
  • 发表机制是否偏向显著结果。

Jerry:所有治疗都无效

所有 真实:

  • 的规范实验得到显著结果并发表;
  • 已发表结果 都是第一类错误。

Jen:所有治疗都有效

所有 真实:

  • 发表比例等于检验功效;
  • 已发表结果中的第一类错误比例为 0;
  • 未发表的非显著结果是第二类错误。

9. 独立性卡方检验复习

讲义再次给出:

教育 结婚一次 多次结婚 合计
大学 550 61 611
未上大学 681 144 825
合计 1231 205 1436

使用显著性水平 检验教育与结婚次数是否独立。完整计算见第 19 讲

因此拒绝独立性零假设,但不能由此单独作出因果结论。

10. 实务上的共同要求

无论采用哪一流派,都应:

  • 在分析前明确问题和数据生成过程;
  • 报告完整实验与停止规则;
  • 避免隐藏多重尝试;
  • 检查模型假设;
  • 同时报告效应量与不确定性;
  • 进行先验或分析敏感性检查;
  • 区分数学计算与科学解释。

本讲要点

  1. 贝叶斯方法使用先验,频率方法依赖重复抽样协议;
  2. 值不能比较不同研究结论为真的概率;
  3. 相同数据在不同停止规则下可有不同频率学派零分布;
  4. 相同似然与相同先验产生相同贝叶斯后验;
  5. 未预先规划的中期查看会膨胀第一类错误;
  6. 重复实验直到显著会产生多重检验问题;
  7. 显著研究中的错误比例取决于假设基准率与功效,而不只取决于

文章作者: Gustavo
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