信度理論

共軛先驗

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用貝氏定理更新信念可能很亂:一般而言,後驗是某種彆扭的形狀,需要電腦來處理。但偶爾會有一種神奇的配對,先驗與後驗屬於同一個整潔的分布族——觀測資料只是撥動了先驗的旋鈕設定,而從不改變它的形狀。這樣的先驗被稱為該類資料的共軛先驗。它是數學版本的鑰匙,與鎖嚴絲合縫,門一推就開。

具體地說,若把某先驗分布透過貝氏與某似然結合後,得到的後驗仍屬於與先驗相同的分布族,則稱該先驗對那個似然是共軛的。驅動信度的著名例子:伽瑪先驗對卜瓦松理賠次數共軛(後驗仍是伽瑪);貝塔先驗對伯努利或二項資料共軛(後驗仍是貝塔);常態先驗對常態均值共軛(後驗仍是常態)。每一種裡,後驗參數都是簡單的更新——對伽瑪-卜瓦松,你只需把觀測到的理賠加到一個參數上、把觀測到的暴露加到另一個上。

共軛先驗正是信度擁有如此漂亮閉式結果的原因。恰恰在這些配對中,貝氏後驗均值化為一個乾淨的線性混合——即 Z 加權的信度公式——於是貝氏答案與 Bühlmann 線性估計重合(「精確信度」)。誠實的告誡:共軛性是一種數學上的便利,而非關於世界的事實。真實的理賠資料未必遵循伽瑪-卜瓦松的故事,僅因易於處理就選一個共軛先驗,可能悄悄植入一個並不成立的假設。現代計算(如模擬)意味著我們做貝氏信度已不再需要共軛性——它是一個有啟發性的特例,而非必要條件。

理賠次數服從卜瓦松;費率有一個伽瑪(alpha, beta)先驗。在 E 個暴露上觀測到 C 次理賠後,後驗為伽瑪(alpha + C, beta + E)——同一族,只是參數被更新。其均值自動是觀測費率與先驗費率的一個 Z-混合。

伽瑪-卜瓦松:後驗仍為伽瑪,其均值恰好就是信度公式。

選擇共軛是為了數學上的便利,而非因為自然界遵循它。為了讓代數簡單而挑一個共軛先驗,可能悄悄強加一個資料其實並不具有的分布形狀。

又稱
conjugate familynatural conjugate prior共轭分布共軛分布