Exercise 7.2 Solution Example - Hoff, A First Course in Bayesian Statistical Methods
標準ベイズ統計学 演習問題 7.2 解答例
Answer
a)
より、
\begin{align*} \log p_U(\boldsymbol{\theta}, \Psi) &= \frac{ l(\boldsymbol{\theta}, \Psi | \boldsymbol{Y}) }{n} + c \\ &= -\frac{p}{2} \log (2 \pi) + \frac{1}{2} \log |\Psi| -\frac{1}{2} \text{tr}(S \Psi) -\frac{1}{2} (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta})^T \Psi (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta}) + c \\ \end{align*}となる。よって
\begin{align*} p_U(\boldsymbol{\theta}, \Psi) &= \exp \left\{ -\frac{p}{2} \log (2 \pi) + \frac{1}{2} \log |\Psi| -\frac{1}{2} \text{tr}(S \Psi) -\frac{1}{2} (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta})^T \Psi (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta}) + c \right\} \\ &= (2 \pi)^{- \frac{p}{2} } |\Psi|^{ \frac{1}{2} } \exp \left\{ -\frac{1}{2} \text{tr}(S \Psi) \right\} \exp \left\{-\frac{1}{2} (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta})^T \Psi (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta}) \right\} \exp(c)\\ &\propto (2 \pi)^{- \frac{p}{2} } |\Psi^{-1}|^{- \frac{1}{2} } \exp \left\{-\frac{1}{2} (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta})^T \Psi (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta}) \right\} \times |\Psi|^{ \frac{p+1-p-1}{2} } \exp \left\{ -\frac{1}{2} \text{tr}(S \Psi) \right\} \\ &\propto (2 \pi)^{- \frac{p}{2} } |\Psi^{-1}|^{- \frac{1}{2} } \exp \left\{-\frac{1}{2} (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta})^T \Psi (\bar{\boldsymbol{y} } - \boldsymbol{\theta}) \right\} \times |\Psi|^{ \frac{p+1-p - 1}{2} } \exp \left\{ -\frac{1}{2} \text{tr}(S \Psi) \right\} \\ &\propto \text{dmultivariate-normal}(\boldsymbol{\theta} | \bar{ \boldsymbol{y} } , \Psi^{-1}) \times \text{dWishart}(\Psi | p+1, S^{-1}) \\ \end{align*}が成立。
b)
上式より、 \(p_U(\boldsymbol{\theta}, \boldsymbol{\Sigma} | \boldsymbol{y}_1, \ldots, \boldsymbol{y}_n)\) は、データと事前分布の情報が反映された分布であることがわかるので、事後分布とみなせる。
(From the expression above, we can see that \(p_U(\boldsymbol{\theta}, \boldsymbol{\Sigma} | \boldsymbol{y}_1, \ldots, \boldsymbol{y}_n)\) is a distribution that reflects information from both the data and the prior distribution. Therefore, it can be regarded as the posterior distribution.)