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Answer ZH

必備知識 (Prerequisites)​

  • 貝氏定理 (Bayes' Theorem)
  • 均勻先驗分佈 (Uniform Prior Distribution)
  • 貝塔分佈積分 (Beta Distribution Integral)

逐步推導 (Step-by-Step Derivation)​

  1. 應用貝氏定理:後驗分佈 (posterior distribution) p(π∣D)p(\pi|\mathcal{D}) 與概似函數 (likelihood) p(D∣π)p(\mathcal{D}|\pi) 乘以先驗分佈 p(π)p(\pi) 成正比。 p(π∣D)=p(D∣π)p(π)p(D)=p(D∣π)p(π)∫01p(D∣π)p(π)dπp(\pi|\mathcal{D}) = \frac{p(\mathcal{D}|\pi)p(\pi)}{p(\mathcal{D})} = \frac{p(\mathcal{D}|\pi)p(\pi)}{\int_0^1 p(\mathcal{D}|\pi)p(\pi) d\pi}

  2. 定義先驗分佈:π∈[0,1]\pi \in [0, 1] 上的均勻先驗分佈意味著 p(π)=1p(\pi) = 1。

  3. 計算分子的概似成分:從 (a) 部分可知,概似函數為 p(D∣π)=πs(1−π)n−sp(\mathcal{D}|\pi) = \pi^s (1 - \pi)^{n-s}。因此分子為: p(D∣π)p(π)=πs(1−π)n−s⋅1=πs(1−π)n−sp(\mathcal{D}|\pi)p(\pi) = \pi^s (1 - \pi)^{n-s} \cdot 1 = \pi^s (1 - \pi)^{n-s}

  4. 計算邊際概似函數 (Marginal Likelihood, 分母):我們對所有可能的 π\pi 值對分子進行積分: p(D)=∫01πs(1−π)n−sdπp(\mathcal{D}) = \int_0^1 \pi^s (1 - \pi)^{n-s} d\pi 使用給定的恆等式,令 m=sm = s 且 n′=n−sn' = n - s: p(D)=s!(n−s)!(s+(n−s)+1)!=s!(n−s)!(n+1)!p(\mathcal{D}) = \frac{s!(n-s)!}{(s + (n-s) + 1)!} = \frac{s!(n-s)!}{(n+1)!}

  5. 計算後驗分佈:將分子除以分母: p(π∣D)=πs(1−π)n−ss!(n−s)!(n+1)!=(n+1)!s!(n−s)!πs(1−π)n−sp(\pi|\mathcal{D}) = \frac{\pi^s (1 - \pi)^{n-s}}{\frac{s!(n-s)!}{(n+1)!}} = \frac{(n+1)!}{s!(n-s)!} \pi^s (1 - \pi)^{n-s}

  6. 為 n=1n=1 繪圖: 對於 n=1n=1,ss 的可能值(x1x_1 的和)為 s=0s=0 或 s=1s=1。

    • 如果 s=0s=0:p(π∣x1=0)=2!0!1!π0(1−π)1=2(1−π)p(\pi|x_1=0) = \frac{2!}{0!1!} \pi^0 (1-\pi)^1 = 2(1-\pi)。這是一條從 (0,2)(0, 2) 到 (1,0)(1, 0) 的直線。
    • 如果 s=1s=1:p(π∣x1=1)=2!1!0!π1(1−π)0=2πp(\pi|x_1=1) = \frac{2!}{1!0!} \pi^1 (1-\pi)^0 = 2\pi。這是一條從 (0,0)(0, 0) 到 (1,2)(1, 2) 的直線。