條件期望與條件化

正則條件分布(regular conditional distribution)

逐個事件地取條件,P(A given G) = E[1_A given G],給了每個事件自己的條件機率——但每一個都只「幾乎必然」有定義,各自帶著自己的例外零測集。我們非常想固定一個結果 omega,讀出一整個貨真價實的機率分布 P( · given G)(omega),正如物理直覺所要求的:「給定 G 告訴我的一切,這就是此刻 X 的實際分布」。正則條件分布正是把這件事做得彼此相容的方式。

形式上,X 給定 G 的正則條件分布是一個映射 mu(omega, B),使得對每個固定的結果 omega,B -> mu(omega, B) 是一個誠實的機率測度(可數可加、總質量為 1);而對每個固定的可測集 B,omega -> mu(omega, B) 是 P(X in B given G) 的一個版本。它要克服的困難是真實的:各個條件機率每一個都在差一個零測集的意義下含糊,而不可數多的這類含糊可能彼此衝突。一條定理(利用 X 的取值落在一個「良好」的空間裡——例如實數線這樣的標準波雷爾空間)證明這些版本可以被一致地選取,使得對幾乎每個 omega,你真的得到一個貨真價實的測度。一旦有了它,你就能把 E[ f(X) given G ](omega) 算成 f 對 mu(omega, ·) 的普通積分。

這是日常說法「X 給定 Y = y 的條件分布」底下、以及馬可夫轉移核之類建構背後的嚴格基礎。誠實的提醒有兩點。第一,存在性並非自動:在病態的空間上,正則條件分布可能不存在;標準波雷爾的假設正是拯救它的關鍵(而它涵蓋了實務上幾乎每一個空間)。第二,即使存在,它也只在 omega 的一個零測集之外唯一,所以它是一個代表元,而非典範物件——但這個代表元已足以拿來積分,而這就是理論所需要的全部。

對一個二元常態 (X, Y),X 給定 Y = y 的正則條件分布本身是常態的,其均值沿迴歸線平移、變異數則因相關係數的平方而縮減。所以「X 給定 Y = y」不只是單一數字 E[X given Y = y],而是一整條鐘形曲線——這正是正則條件分布所交付的物件。

正則條件分布把逐片的取條件拼成每個結果對應的一個誠實測度。

存在性並非白送:在病態空間上正則條件分布可能不存在。通常的救援是 X 取值於一個標準波雷爾空間(例如 R^n),這涵蓋了實務上幾乎全部情形。

又稱
regular conditional probabilityRCDdisintegration正則條件機率正則版本