O teorema de Bayes mostra como atualizar uma probabilidade depois de observar uma nova evidência. Se , então
Ele responde a uma pergunta bem específica: depois que o evento aconteceu, qual é agora a probabilidade de o evento ocorrer? Essa ideia é importante em testes médicos, filtros de spam e em qualquer situação em que a evidência pode enganar, a menos que você também considere quão comum o evento era desde o início.
Fórmula do teorema de Bayes em linguagem simples
O teorema de Bayes combina três elementos:
- comece com o que você acreditava antes da evidência,
- pergunte quão compatível a evidência é com esse evento,
- ajuste pelo quão comum a evidência é no total,
O resultado, , é chamado de probabilidade posterior.
O que significa cada parte da fórmula
Em
é a probabilidade a priori. É a sua probabilidade inicial para antes de usar a nova evidência.
é a verossimilhança. Ela indica quão provável é a evidência se for verdadeiro.
é a probabilidade da evidência no total. Esse termo importa porque algumas evidências são comuns mesmo quando é falso.
é a probabilidade posterior. É a probabilidade atualizada de depois de saber que aconteceu.
Por que o denominador muda a resposta
O teorema de Bayes não apenas favorece evidências que combinam com sua hipótese. Ele também pergunta se essa mesma evidência já acontece com frequência de qualquer forma.
É por isso que o denominador importa. Se a evidência é comum em muitos casos, observá-la não deve mudar muito sua crença. Se a evidência é rara, exceto quando é verdadeiro, ela pode mudar bastante sua crença.
Demonstração curta a partir da probabilidade condicional
Suponha e quando necessário. Pela definição de probabilidade condicional,
e
Da segunda equação,
Substituindo isso na primeira equação:
Esse é o teorema de Bayes.
Exemplo resolvido do teorema de Bayes: um teste médico positivo
Suponha que uma doença afete de uma população. Um teste tem sensibilidade de e taxa de falso positivo de .
Seja
- = a pessoa tem a doença
- = o teste deu positivo
Então
Queremos , a probabilidade de uma pessoa realmente ter a doença dado que o teste foi positivo.
Primeiro, encontre a probabilidade total de um resultado positivo. Um teste positivo pode acontecer de duas formas: a pessoa tem a doença e testa positivo, ou a pessoa não tem a doença e ainda assim testa positivo.
Agora aplique o teorema de Bayes:
Assim, a chance de realmente ter a doença após um teste positivo é de cerca de , e não de . O teste é forte, mas a doença é rara, então a maioria dos resultados positivos ainda vem do grupo muito maior de pessoas sem a doença.
Essa é a principal lição que muita gente deixa passar: mesmo um teste forte pode produzir uma probabilidade posterior modesta quando a condição é rara desde o começo.
Uma versão útil do teorema de Bayes para dois casos
Se a evidência pode vir de dois casos complementares, e , então
Usando isso no teorema de Bayes, obtemos
Essa forma costuma ser a mais prática em problemas com dois casos.
Erros comuns no teorema de Bayes
Confundir com
Essas probabilidades geralmente não são iguais. Um teste positivo pode ser muito provável quando a doença está presente, enquanto a doença ainda pode ser relativamente improvável depois de um teste positivo.
Ignorar a taxa base
A probabilidade a priori importa. Se é muito raro, então mesmo uma evidência forte pode não elevar a probabilidade posterior tanto quanto a intuição espera.
Calcular de forma estreita demais
O denominador não é apenas um termo que sobra. Ele é a probabilidade total da evidência e muitas vezes exige somar contribuições de vários casos.
Usar a fórmula quando
O teorema de Bayes nessa forma exige . Se a evidência tem probabilidade , a probabilidade condicional não é definida pela fórmula básica.
Quando o teorema de Bayes é usado
O teorema de Bayes aparece em testes médicos, filtros de spam, análise de confiabilidade, aprendizado de máquina e inferência científica. Em cada caso, a mesma ideia aparece: atualizar uma crença quando chega uma nova informação.
Ele é especialmente útil quando as pessoas tendem a reagir demais à evidência sem perguntar quão comum o evento era em primeiro lugar.
Tente um problema parecido com o teorema de Bayes
Mantenha o mesmo teste médico, mas mude a taxa da doença de para . A sensibilidade e a taxa de falso positivo permanecem as mesmas, mas a probabilidade posterior muda bastante. Resolver essa versão uma vez é uma forma rápida de perceber por que a probabilidade a priori importa.
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