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定义Definition

条件分布

Conditional distribution · Regular conditional distribution

给定观测值后随机量的概率律,以及它与原联合分布相容的核表示。

形式陈述 ​

离散情形中的条件分布直接由条件概率给出:只要 Pr(Y=y)>0,

Pr(X=x∣Y=y)=Pr(X=x,Y=y)Pr(Y=y).

若 (X,Y) 有联合密度且 fY(y)>0,则条件密度在相应的几乎处处意义下为

fX∣Y(x∣y)=fX,Y(x,y)fY(y).

一般地,设 X 取值于 (S,S),Y 取值于 (T,T)。给定 Y 的正则条件分布是从 T 到 S 的概率核 K,满足对所有 A∈S,B∈T,

P(X∈A,Y∈B)=∫BK(y,A)PY(dy).

常写 K(y,A)=Pr(X∈A∣Y=y)。核的两个参数承担不同职责:固定 y 后,A↦K(y,A) 必须是一份概率分布;固定 A 后,y↦K(y,A) 必须可测,才能放进右侧积分。在标准 Borel 空间等常用条件下,这样的正则条件分布存在,且两个版本在同一个 PY-零测集之外作为概率测度相等。一般可测空间上既不能无条件保证存在,也不能无条件把对每个 A 的几乎处处等式提升为一个共同例外集之外的核相等。

直觉

条件分布不是把一个可能为零的事件概率硬塞进分母,而是为每个可观察输入 y 配一份关于 X 的分布,并要求把这些局部分布按 Y 的边缘律混合后,恰好重建原联合分布。积分恒等式负责“相容”,核的可测性负责“可以混合”;零测集上的逐点值不影响任何积分,因此没有天然唯一答案。

例子与边界

离散例子中,令 X 为公平比特,给定 X 后,信道以概率 0.9 正确输出 Y=X、以概率 0.1 翻转。由对称性 Pr(Y=1)=1/2,Bayes 计算给出 Pr(X=1∣Y=1)=0.9。连续例子取三角形 0<x<y<1 上的联合密度 fX,Y(x,y)=2。此时 fY(y)=2y,故 X∣Y=y 的条件密度为 1/y(0<x<y):观测到 y 后,X 在 (0,y) 上均匀,而把它按 fY 混合会恢复原三角形密度。

若 Y 连续,则通常 Pr(Y=y)=0,初等比值没有定义;上面的核版本仍可存在。即便存在,改变某个零概率 y 处的 K(y,⋅) 也不会改变联合分布,所以不能把该点的数值当作由模型唯一决定。更一般的可测空间中正则版本甚至可能不存在,故“总能对每个 y 写出条件分布”需要空间假设。

推论与应用

对可积函数 g,核给出条件平均 ∫g(x)K(y,dx),连接到条件期望;对 Y 再积分得到全期望公式。Bayes 定理在有密度或离散质量时重新加权该核,Markov 链的一步条件律和离散无记忆信道也都是同一结构。联合分布决定条件分布的几乎处处等价类,而条件核加上 Y 的边缘分布又能通过积分重建联合分布。

抽样或条件化的方式会改变看到的分布。检查悖论比较随机选周期与随机选时刻产生的长度偏倚;Gibbs 条件化原理则研究已知全样本满足稀有约束后,固定少量坐标趋向哪个条件规律。

参考资料
  • MIT OpenCourseWare, 6.436J Fundamentals of Probability: Lecture Notes, conditional distributions and regular conditional probabilities, accessed 2026.
  • Olav Kallenberg, Foundations of Modern Probability, 3rd ed., Springer, 2021, Ch. 8, conditioning and disintegration.
  • Patrick Billingsley, Probability and Measure, 3rd ed., Wiley, 1995, sections on conditional probabilities and distributions.
关系图谱51 个相邻概念 · 2 类关系

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