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Bayes-Theorem

Dieser Text beschreibt Bayes-Theorem.


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Bayes-Theorem Artikel


Das Bayes-Theorem (oder auch Satz von Bayes) ist ein Ergebnis der Wahrscheinlichkeitstheorie, benannt nachdem Mathematiker Thomas Bayes. Es gibt an, wie man mit bedingten Wahrscheinlichkeiten rechnet. Für zwei Ereignisse A und Bayes-Theorem Beschreibung lautet es

Bayes-Theorem Beschreibung

Hierbei ist P(A) die A-Priori-Wahrscheinlichkeit für ein Ereignis A und P(B | A) die Wahrscheinlichkeit für ein Ereignis B unter der Bedingung, dass A auftritt. Die Korrektheit des Satzes folgt unmittelbar aus der Definition der bedingten Wahrscheinlichkeit.

Bei abzählbar vielen Ereignissen ergibt sich das Bayessche Theorem folgendermaßen: Falls Bayes-Theorem Beschreibung ein totales Ereignissystem mit echter Teilmenge B ist, gilt für die a-posteriori-Wahrscheinlichkeit P(Ai | B)

Bayes-Theorem Beschreibung

wobei die Beziehung

Bayes-Theorem Beschreibung

als Gesetz der totalen Wahrscheinlichkeit genannt wird. == Interpretation == Der Satz von Bayes erlaubt in gewissem Sinn das Umkehren von Schlussfolgerungen:

Die Berechnung von P(Ereignis | Ursache) ist häufig einfach, aber häufig ist eigentlich P(Ursache | Ereignis) gesucht, also ein Vertauschen der Argumente. Für das Verständnis können der Entscheidungsbaum und die A-Priori-Wahrscheinlichkeit helfen.== Anwendungsgebiete ==

  • Medizin: von einem positiven medizinischen Testergebnis (Ereignis) wird auf das Vorhandensein einer Krankheit (Ursache) geschlossen.
  • Informatik: Bayes-Filter - Von charakteristischen Wörtern in einer E-Mail (Ereignis) wird auf das Merkmal, UBE zu sein (Ursache), geschlossen.
Inhaltsverzeichnis
Buch-Tipp: Das Ziegenproblem. Denken in Wahrscheinlichkeiten. Das wohl witzigste und sinnvollste Buch über Wahrscheinlichkeitsrechnung Wahrscheinlichkeitsrechnung fand ich in der Schule schrecklich, weil ich es nicht verstand. Das Problem gilt dabei für viele. Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik geht nicht stets nach unserem Instinkt und führt und darum häufig in die Irre. Das wohl beste Beispiel...

Rechenbeispiel

In einem medizinischen Beispiel trete das Ereignis A, dass ein Patient eine schwere seltene Krankheit hat (Grundanteil) mit der Wahrscheinlichkeit P(A) = 0.0002 auf. B bezeichne die Tatsache, dass der Patient positiv auf die Krankheit getestet worden ist. Der Hersteller des Tests versichert, dass der Test eine Krankheit zu 99 Prozent erkennt (P(B | A) = 0.99) und ca. in 1 Prozent der Fälle falsch anschlägt (Bayes-Theorem Beschreibung). Die Frage ist: Wie wahrscheinlich ist ein positiv getesteter Patient an der seltenen Krankheit erkrankt?

Die Aufgabe kann entweder

  • durch Einsetzen in die Formel oder
  • durch einen Entscheidungsbaum (nur bei diskreten Wahrscheinlichkeiten)

gelöst werden

Buch-Tipp: Die Brüder Löwenherz. Jubiläumsedition JA!! Eines der allerschönsten Bücher von Astrid Lindgren (und überhaupt!!)!!.

Lösung mit dem Satz von Bayes

Nach dem Satz von oben finden wir

Bayes-Theorem Beschreibung

d.h. der Patient hat eine Chance von 98% gesund zu sein, obwohl der Test ihn als krank einschätzte.

Buch-Tipp: Diskrete Strukturen 2. Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik. (Springer Lehrbuch) Super Buch Das Buch beschreibt sehr anschaulich die Wahrscheinlichkeitstheorie. Ich studiere Bwl in dem Nebenfach Statistik hatte vorher von Mathe nicht viel Ahnung aber die einleuchtenden Beschreibungen und vertiefenden Aufgaben helfen bei der Klausurvorbereitung super weiter.

Lösung mit dem Entscheidungsbaum

Probleme mit wenigen Klassen und einfachen Verteilungen lassen sich übersichtlich in dem Entscheidungsbaum darstellen. Die "fehlenden" Angaben werden einfach eingesetzt. Das Diagramm "rechnet mit".

                   10 000
                  /      \
                 /        \ 
                /          \ 
              2(krank)    9 998 (gesund)
              /\             /\
             /  \           /  \
            /    \         /    \
           /      \       /      \
Test-     0       2     100      9898
ergebnis  -       +     +        -
(gerundet)

Ergebnis: 2+100=102 haben ein positives Ergebnis, obwohl 100 (=falsch positiv) von ihnen gesund sind. Diese Angaben erfolgen hier in der absoluten Häufigkeit.

Buch-Tipp: Eine Welt ohne Krebs. Die Geschichte des Vitamin B17 und seiner Unterdrückung Ein Buch, das einem die Augen öffnet Dieses Buch ist hervorragend recherchiert. Es ist kein sinnloses Gestammel, wie einer meiner "Vor-Rezendenten" geschrieben hat, sondern alle Aussagen sind auch eindeutig und nachweisbar belegt. Selbst den Kritikern müsste doch zu denken geben, warum es Völker gibt, bei denen praktisch Krebs unbekannt ist....

Verständnisprobleme des Bayes-Theorems

Die gleichen Informationen, die vielen schwer verständlich sind, können auch ohne bedingte Wahrscheinlichkeiten aufbereitet werden, wie in absolute Häufigkeit aufgeführt. Typische Verständnisprobleme in dem Umgang mit bedingten Wahrscheinlichkeiten sind [1] (http://www-abc.mpib-berlin.mpg.de/users/wassner/art1.html):

  1. Verwechslung von Konditionalität und Kausalität
  2. Verwechslung von bedingter und konjunktiver Wahrscheinlichkeit
  3. Verwechslung von bedingtem und bedingendem Ereignis
  4. Schwierigkeiten bei der exakten Definition des bedingenden Ereignisses (z.B. beim "Ziegenproblem")
  5. Missverstehen der Fragestellung durch mangelndes Grundverständnis für bedingte Wahrscheinlichkeiten, zu komplizierte Formulierung u.ä.
Buch-Tipp: Gesundheit für Körper und Seele Ein helles Licht in dunkler Nacht Dieses Buch wurde mir vor anderthalb Monaten empfohlen, und es ist einfach wunderbar, wie sehr sich in der Zwischenzeit meine Wahrnehmung geändert hat. Dies ist das Buch, das ich unbedingt auf eine einsame Insel mitnehmen würde, weil es mir ermöglicht, die Schönheit des Lebens wieder zu sehen und zu befördern....

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