极大似然估计的数学意义及例题

最大似然估计是一种用来在给定观察数据下估计所需参数的技术。比如,如果已知人口分布遵从正太分布,但是均值和方差未知, MLE(maximum likelihood estimation)可以利用有限的样本来估计这些参数。

1.正规定义

从分布 f 0 f_0 f0中引出 n n n个独立同分布的观察 x 1 , x 2 , . . . x n x_1,x_2,...x_n x1,x2,...xn,其中 f 0 f_0 f0是从一族依赖于几个 θ \theta θ参数的分布 f f f而得来的。
MLE的目标就是最大化似然函数:
L = f ( x 1 , x 2 , . . . x n ∣ θ ) = f ( x 1 ∣ θ ) × f ( x 2 ∣ θ ) × . . . × f ( x n ∣ θ ) L=f(x_1,x_2,...x_n|\theta)=f(x_1|\theta)\times f(x_2|\theta)\times ...\times f(x_n|\theta) L=f(x1,x2,...xnθ)=f(x1θ)×f(x2θ)×...×f(xnθ)
通常, l o g log log似然函数更容易处理:
l ^ = 1 n l o g L = 1 n ∑ i = 1 n l o g f ( x i ∣ θ ) \hat{l}=\frac{1}{n}logL=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}logf(x_i|\theta) l^=n1logL=n1i=1nlogf(xiθ)

2.举例

举例一

一个硬币被抛了100次,有61次正面朝上,假设硬币向上的概率猜测有三个 1 3 \frac{1}{3} 31, 1 2 \frac{1}{2} 21, 2 3 \frac{2}{3} 32,以上三个哪个是最大似然估计?
求解:这个是伯努利分布,假设唯一参数为 p p p,因此:
P ( H = 61 ∣ p = 1 3 ) = ( 100 61 ) ( 1 3 ) 61 ( 1 − 1 3 ) 39 ≈ 9.6 × 1 0 − 9 P ( H = 61 ∣ p = 1 2 ) = ( 100 61 ) ( 1 3 ) 61 ( 1 − 1 2 ) 39 0.007 P ( H = 61 ∣ p = 2 3 ) = ( 100 61 ) ( 2 3 ) 61 ( 1 − 2 3 ) 39 ≈ 0.40 P(H=61|p=\frac{1}{3})=\left(\begin{matrix}100\\61\end{matrix}\right)\left(\frac{1}{3}\right)^{61}\left(1-\frac{1}{3}\right)^{39}\approx9.6\times10^{-9}\\P(H=61|p=\frac{1}{2})=\left(\begin{matrix}100\\61\end{matrix}\right)\left(\frac{1}{3}\right)^{61}\left(1-\frac{1}{2}\right)^{39}0.007\\P(H=61|p=\frac{2}{3})=\left(\begin{matrix}100\\61\end{matrix}\right)\left(\frac{2}{3}\right)^{61}\left(1-\frac{2}{3}\right)^{39}\approx0.40 P(H=61p=31)=(10061)(31)61(131)399.6×109P(H=61p=21)=(10061)(31)61(121)390.007P(H=61p=32)=(10061)(32)61(132)390.40
比较以上三个值可以得出 p = 2 3 p=\frac{2}{3} p=32是极大似然估计。

举例二

该例子利用导数为0得到极大似然估计,主动计算。
极大似然估计的数学意义及例题_第1张图片

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