最尤推定法

母集団の分布の形が分かっている(正規分布している、など)が、その母数が未知である(平均値や分散は未知)の場合、n個の測定値から母数を推定する方法。

尤度関数 (ゆうどかんすう, Likelihood function)

\( \displaystyle L(\theta) =L(\theta; x_1, x_2, x_3, … ,x_n) = \prod_{i=1}^n p(x_i;\theta) \)

確率密度関数が\( p(x, \theta) \)で与えられ、母集団から\( n \)個の標本をランダムで抽出して、その値を\( {x_1, x_2, x_3, …, x_n} \)と表記される時の尤度関数は\( L(θ)=L(\theta; x_1, x_2, x_3, …, x_n) = \prod_{i=1}^{n} p(x_i;\theta) \)と表します。\( {x_1, x_2, x_3, …, x_n} \)はサンプリングされた確定値で、未知数は\( \theta \)の方です。

最尤推定法 (さいゆうすいていほう, Maximum likelihood estimate)

\( \theta \)の最もそれっぽい値、\( \hat{\theta} \)を推定する方法。尤度関数の\( \theta \)を変えていくと当然ながら\( L(\theta) \)の計算値は変化していきます。右辺は\( {x_1, x_2, x_3, …, x_n} \)が観測される確率なので、\( L(\theta) \)の関数と合っていなければ小さく、合っていれば大きくなります。従って\( L(\theta) \)の最大値を取れば、それが一番もっともらしい\( \theta = \hat{\theta} \)となります。最大値は凸関数であれば微分が0になる点が最大値なので、

\( \displaystyle \frac{\partial}{\partial \theta} L(\theta) = 0 \)

を解けばよい事になります。積の微分は計算が大変なので、

\( \displaystyle \frac{\partial}{\partial \theta} l(\theta) = \frac{\partial}{\partial \theta} \log L(\theta) = 0 \)

を代わりに解いても、同じ\( \hat{\theta} \)が得られます。

母集団が、平均値\( \mu \)、分散\( \sigma^2 \)であり、\( \sigma \)が既知で\( \mu \)を推定する場合、

\( \displaystyle \frac{\partial}{\partial \mu} l(\mu) = \frac{1}{\sigma^2}\sum^{n}_{i=1}(x_i-\mu) = 0 \)

を解けば良いので、

\( \displaystyle \mu = \frac{1}{n} \sum^{n}_{i=1}x_i \)

となります。