Bayesian Networks

贝叶斯网络

Posted by Wenlong Shen on January 15, 2017

互相依赖又互相独立,生物网络在混沌之中维持着平衡,一切皆是概率,一切皆有分布…

万物皆网

转录调控、代谢通路、疾病诊断…有太多的生物学系统能够以网络的形式呈现,而面对各种变量间彼此因果、依赖、独立的关系,贝叶斯当仁不让成为首选之一。

将具有因果关系的两点用箭头连接,没有箭头就视为条件独立,依此构建出的有向无环图(directed acyclic graphs, or DAGs)再加上条件概率矩阵,即为贝叶斯网络。

构造、学习、推断

作为图,贝叶斯网络中的节点条件独立于其所有非直接父节点,有一点Markov链的感觉,可以看作是Markov的非线性扩展。由于具有这样的特性,在贝叶斯网络中,联合条件概率分布可以写作:

\[P(x_1,x_2,...,x_n)=\prod_{i=1}^nP(x_i|Parents(x_i))\]

在生物研究中,往往不能知晓整个网络的全貌,或者具体的参数,大概会有以下四种情形:

结构 参数 方法
已知 完整 最大似然估计法(MLE)
已知 部分 EM算法;Greedy Hill-climbing method
未知 完整 搜索整个模型空间
未知 部分 结构算法;EM算法;Bound contraction