| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Probability Modulation and Non-linearity in Bayesian NetworksBy Clive Spenser & Charles Langley
IntroductionThis document is the second of a series on artificial inference. The first document in the series looked at the differences between production rules, fuzzy logic, Bayesian networks and certainty theory. Here we concentrate on Bayesian networks, and in particular at the non-linearity of their inference. We start by looking at how probabilities are represented in Bayesian network tools, contrasting conditional probability tables and affirms/denies weights. Following this we examine seven different levels of non-linearity using both three dimensional graphs and two dimensional slices of these graphs.Conditional Probabilities, Affirms/Denies Weights and Conditional Probability TablesTo understand how to increase or decrease the linearity of a Bayesian network we need first to look at the five factors involved in a simple binary network like the one below:
To make matters simpler, however, we can look at symmetrical networks where P(E1|H) = P(E2|H) and P(E1|~H) = P(E2|~H)thus reducing the relevant factors to three: P(H), P(E|H) and P(E|~H).To implement a Bayesian knowledge base using LPA software, all we need to do is to convert these conditional probabilities to affirms and denies weights according to the equations below. The affirms weight is calculated as: A = P(E | H)
-------------
P(E | ~H)
and the denies weight is calculated as: D = 1 - (P(E | H))
-----------------
1 - P(E | ~H)
These weights can then be used in rules such as:
uncertainty_rule r1 Some Bayesian tools produced by other companies, such as Hugin and Nettica express conditional probabilities by means of what are called Conditional Probability Tables (CPTs). Here is a typical CPT.
CPTs such as this are designed to express P(H|E1) etc. rather than P(E1|H). Logic Programming Associates uses the latter rather than the former, but one can be calculated from the other by means of Bayes’ theorem. The advantage of LPA’s approach is that it enables these values to be obtained directly from databases of previous cases.
Example OneLet us start with the simplest case of all, where the ratio between P(E|H) and P(E|~H) is equal to 1. This results in a flat plane with a vertical value equal to P(H):
Example TwoNow we will increase the ratio of P(E|H) and P(E|~H) to 1.6:The corresponding graph is what we might call a flying carpet:
Example Three
Example Four
Here are the two-dimensional slices:
Example Five
Example Six
Example Seven
ConclusionsWe have seen here that the most significant factor in determining the linearity of a Bayesian network is the ratio between P(E|H) and P(E|~H). It is this ratio which defines the Affirms weight (and indirectly the Denies weight) used to represent Bayesian rules using LPA software.
Submitted: 05/12/2003 Article content copyright © Clive Spenser & Charles Langley, 2003.
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
All content copyright © 1998-2007, Generation5 unless otherwise noted.
- Privacy Policy - Legal - Terms of Use -