tf.distributions.Multinomial

Многочленное распределение.

Наследуется от: Distribution

tf.distributions.Multinomial(
    total_count, logits=None, probs=None, validate_args=False, allow_nan_stats=True,
    name='Multinomial'
)

Это многочленное распределение параметризуется probs, (группа) вектором длины K prob (вероятность) векторов (K > 1) таким образом, что tf.reduce_sum(probs, -1) = 1, и числом испытаний total_count, то есть числом испытаний на один выбор из многочленного распределения. Оно определяется по (группе) вектору длины K вектору counts таким образом, что tf.reduce_sum(counts, -1) = total_count. Многочленное распределение идентично биномиальному распределению, когда K = 2.

Математические детали

Многочленное распределение представляет собой распределение по K-классам счётов, то есть вектор длины K неотрицательных целых counts = n = [n_0, ..., n_{K-1}].

Функция массы вероятности (pmf) равна,

pmf(n; pi, N) = prod_j (pi_j)**n_j / Z
Z = (prod_j n_j!) / N!

где:

• probs = pi = [pi_0, ..., pi_{K-1}], pi_j > 0, sum_j pi_j = 1,
• total_count = N, N положительное целое число,
• Z является нормировочной константой, и,
• N! обозначает N факториал.

Параметры распределения автоматически транслируются во всех функциях; см. примеры для получения подробной информации.

Возможные ловушки

Число классов, K, не должно превышать:

• наибольшее целое число, представимое self.dtype, то есть 2**(mantissa_bits+1) (IEE754),
• максимальный Tensor индекс, то есть 2**31-1.

Другими словами,

K <= min(2**31-1, {
  tf.float16: 2**11,
  tf.float32: 2**24,
  tf.float64: 2**53 }[param.dtype])

Примечание: Это условие проверяется только при self.validate_args = True.

Примеры

Создайте распределение для 3 классов, где 3-й класс наиболее вероятен для выборки, используя logits.

logits = [-50., -43, 0]
dist = Multinomial(total_count=4., logits=logits)

Создайте распределение для 3 классов, где 3-й класс наиболее вероятен для выборки.

p = [.2, .3, .5]
dist = Multinomial(total_count=4., probs=p)

Функции распределения могут быть вычислены по счётам.

# counts same shape as p.
counts = [1., 0, 3]
dist.prob(counts)  # Shape []

# p will be broadcast to [[.2, .3, .5], [.2, .3, .5]] to match counts.
counts = [[1., 2, 1], [2, 2, 0]]
dist.prob(counts)  # Shape [2]

# p will be broadcast to shape [5, 7, 3] to match counts.
counts = [[...]]  # Shape [5, 7, 3]
dist.prob(counts)  # Shape [5, 7]

Создайте 2 группы распределений по 3 классам.

p = [[.1, .2, .7], [.3, .3, .4]]  # Shape [2, 3]
dist = Multinomial(total_count=[4., 5], probs=p)

counts = [[2., 1, 1], [3, 1, 1]]
dist.prob(counts)  # Shape [2]

dist.sample(5) # Shape [5, 2, 3]

Методы

batch_shape_tensor

Просмотреть исходный код

batch_shape_tensor(
    name='batch_shape_tensor'
)

Форма одной выборки из одного индекса события как одномерный Tensor.

Размеры группы индексы независимых, не одинаковых параметризации данного распределения.

cdf

Просмотреть исходный код

cdf(
    value, name='cdf'
)

Функция кумулятивного распределения.

Учитывая случайную величину X, функция кумулятивного распределения cdf равна:

cdf(x) := P[X <= x]

copy

Просмотреть исходный код

copy(
    **override_parameters_kwargs
)

Создает глубокую копию распределения.

Примечание: скопированное распределение может по-прежнему зависеть от исходных аргументов инициализации.

covariance

Просмотреть исходный код

covariance(
    name='covariance'
)

Ковариация.

Ковариация (возможно) определяется только для распределений с нескалярным событием.

Например, для распределения со значениями в векторе длины k, она вычисляется как,

Cov[i, j] = Covariance(X_i, X_j) = E[(X_i - E[X_i]) (X_j - E[X_j])]

где Cov является (группой) k x k матрицей, 0 <= (i, j) < k, и E обозначает математическое ожидание.

В качестве альтернативы, для невекторных многомерных распределений (например, матричнозначных, Вишарта), Covariance будет возвращать (пакет) матриц при некоторой векторизации событий, т.е.

Cov[i, j] = Covariance(Vec(X)_i, Vec(X)_j) = [as above]

где Cov — (пакет) k' x k' матриц, 0 <= (i, j) < k' = reduce_prod(event_shape), и Vec — некоторая функция, отображающая индексы размерностей события этого распределения на индексы вектора длиной k'.

cross_entropy

Просмотреть исходный код

cross_entropy(
    other, name='cross_entropy'
)

Вычисляет (поперечную) энтропию Шеннона.

Обозначим это распределение (self) через P и распределение other через Q. Предполагая, что P, Q абсолютно непрерывны друг относительно друга и допускают плотности p(x) dr(x) и q(x) dr(x), (поперечная) энтропия Шеннона определяется как:

H[P, Q] = E_p[-log q(X)] = -int_F p(x) log q(x) dr(x)

где F обозначает область значений случайной величины X ~ P.

entropy

Просмотреть исходный код

entropy(
    name='entropy'
)

Энтропия Шеннона в натах.

event_shape_tensor

Просмотреть исходный код

event_shape_tensor(
    name='event_shape_tensor'
)

Форма одного образца из одного пакета как 1-мерный целочисленный массив Tensor.

is_scalar_batch

Просмотреть исходный код

is_scalar_batch(
    name='is_scalar_batch'
)

Указывает, что batch_shape == [].

is_scalar_event

Просмотреть исходный код

is_scalar_event(
    name='is_scalar_event'
)

Указывает, что event_shape == [].

kl_divergence

Просмотреть исходный код

kl_divergence(
    other, name='kl_divergence'
)

Вычисляет расхождение Кульбака—Лейблера.

Обозначим это распределение (self) через p и распределение other через q. Предполагая, что p, q абсолютно непрерывны относительно меры отсчёта r, расхождение Кульбака—Лейблера определяется как:

KL[p, q] = E_p[log(p(X)/q(X))]
         = -int_F p(x) log q(x) dr(x) + int_F p(x) log p(x) dr(x)
         = H[p, q] - H[p]

где F обозначает область значений случайной величины X ~ p, H[., .] обозначает (поперечную) энтропию Шеннона, а H[.] обозначает энтропию Шеннона.

log_cdf

Просмотреть исходный код

log_cdf(
    value, name='log_cdf'
)

Логарифм функции кумулятивного распределения.

Для случайной величины X, функция кумулятивного распределения cdf определяется как:

log_cdf(x) := Log[ P[X <= x] ]

Часто для log_cdf(x) используется численное приближение, которое даёт более точный результат, чем просто взятие логарифма cdf при x << -1.

log_prob

Просмотреть исходный код

log_prob(
    value, name='log_prob'
)

Логарифм функции плотности/массы вероятности.

Дополнительная документация от Multinomial:

Для каждого набора счетов value = [n_0, ... ,n_{k-1}], P[value] — это вероятность того, что после выборки self.total_count извлечений из этого многономиального распределения, число извлечений, попадающих в класс j равно n_j. Так как это определение обмениваемое; различные последовательности имеют одинаковое число счетов, поэтому вероятность включает комбинаторный коэффициент.

Примечание: value должен быть неотрицательным тензором типа self.dtype, без дробных частей и таким, что tf.reduce_sum(value, -1) = self.total_count. Его форма должна быть совместима с формами self.probs и self.total_count.

log_survival_function

Просмотреть исходный код

log_survival_function(
    value, name='log_survival_function'
)

Логарифм функции выживания.

Для случайной величины X, функция выживания определяется как:

log_survival_function(x) = Log[ P[X > x] ]
                         = Log[ 1 - P[X <= x] ]
                         = Log[ 1 - cdf(x) ]

Обычно для логарифма функции выживания используются различные численные приближения, которые более точные, чем 1 - cdf(x) при x >> 1.

mean

Просмотреть исходный код

mean(
    name='mean'
)

Среднее значение.

mode

Просмотреть исходный код

mode(
    name='mode'
)

Мода.

param_shapes

Просмотреть исходный код

@classmethod
param_shapes(
    sample_shape, name='DistributionParamShapes'
)

Формы параметров, заданных желаемой формой вызова sample().

Это метод класса, который описывает, какие пары «ключ-значение» необходимы для создания экземпляра данного Distribution, чтобы получить определённую форму для вызова sample() этим экземпляром.

Подклассы должны переопределять метод класса _param_shapes.

param_static_shapes

Просмотреть исходный код

@classmethod
param_static_shapes(
    sample_shape
)

param_shapes со статическими (т.е. TensorShape) формами.

Это метод класса, который описывает, какие пары «ключ-значение» необходимы для создания экземпляра данного Distribution, чтобы получить определённую форму для вызова sample() этим экземпляром. Предполагается, что форма выборки известна статически.

Подклассы должны переопределять метод класса _param_shapes, возвращая тензоры с постоянными значениями при подаче постоянных значений.

prob

Просмотреть исходный код

prob(
    value, name='prob'
)

Функция плотности/массы вероятности.

quantile

Просмотреть исходный код

quantile(
    value, name='quantile'
)

Функция квантиля. Также известна как обратная функция распределения или функция процентиля.

Для случайной величины X и p in [0, 1], quantile:

quantile(p) := x such that P[X <= x] == p

sample

Просмотреть исходный код

sample(
    sample_shape=(), seed=None, name='sample'
)

Генерирует выборки заданной формы.

Обратите внимание, что вызов sample() без аргументов сгенерирует одну выборку.

stddev

Просмотреть исходный код

stddev(
    name='stddev'
)

Среднеквадратическое отклонение.

Среднеквадратическое отклонение определяется как,

stddev = E[(X - E[X])**2]**0.5

где X — случайная величина, связанная с этим распределением, E обозначает математическое ожидание, а stddev.shape = batch_shape + event_shape.

survival_function

Просмотреть исходный код

survival_function(
    value, name='survival_function'
)

Функция выживания.

Для случайной величины X, функция выживания определяется:

survival_function(x) = P[X > x]
                     = 1 - P[X <= x]
                     = 1 - cdf(x).

variance

Просмотреть исходный код

variance(
    name='variance'
)

Дисперсия.

Дисперсия определяется как,

Var = E[(X - E[X])**2]

где X — случайная величина, связанная с этим распределением, E обозначает математическое ожидание, а Var.shape = batch_shape + event_shape.