條件機率、獨立性與貝氏定理

全機率公式(law of total probability)

你常常無法直接算出事件 A 的機率,但若先問「我們身處哪一種情境?」就算得出來。假設每個結果都恰好落入若干情境 B1、B2、…、Bk 之一——例如,這封郵件是垃圾或非垃圾;病人生病或健康;你抽取的甕是 1 號、2 號還是 3 號。全機率公式讓你藉由把 A 的機率在所有情境間取加權平均(以每個情境的可能性為權重)來算出 P(A)。

公式是 P(A) = P(A given B1) P(B1) + P(A given B2) P(B2) + … + P(A given Bk) P(Bk),前提是情境 B1…Bk 構成一個分割(彼此互斥且合起來涵蓋一切)。用文字說:把世界拆成若干情況,找出 A 在每種情況下的條件機率,再以各情況的機率為權重取加權平均。最簡單的版本只用 B 與它的補集:P(A) = P(A given B) P(B) + P(A given not B) P(not B)。

這種「分情況再重組」的手法無所不在。它是貝氏定理中的分母(證據出現的整體機率)、求兩階段實驗期望結果的方法,也是隨機漫步與馬可夫鏈中第一步分析的引擎。誠實的提醒是:這些情況必須真正分割整個空間:若它們重疊,就會重複計算;若漏掉了什麼,就會計算不足。

某工廠的燈泡有 60% 來自 1 號機(瑕疵率 2%),40% 來自 2 號機(瑕疵率 5%)。整體瑕疵率為 P(瑕疵) = (0.02)(0.60) + (0.05)(0.40) = 0.012 + 0.020 = 0.032,也就是 3.2%。

以各機台的產出占比為權重,對條件瑕疵率取加權平均。

這些 B 必須是真正的分割:互斥且窮盡。重疊的情況會重複計算;遺漏會損失機率。每個 P(Bi) 應為正,條件項才有意義。

又称
total probability theorempartition theorem全機率定理全機率法則