R语言中的block Gibbs吉布斯采样贝叶斯多元线性回归

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在这篇文章中，我将对多元线性回归使用block的Gibbs采样，得出block的Gibbs采样所需的条件后验分布。然后，对采样器进行编码，并使用模拟数据对其进行测试。

贝叶斯模型

假设我们有一个样本量的主题。贝叶斯多元回归假设该向量是从多元正态分布中提取的 ，通过使用恒等矩阵，我们假设独立的观察结果。

到目前为止，这与多元正态回归相同。则将概率最大化可得出以下解 ：

贝叶斯模型是通过指定为一个先验分布得到 。在此示例中，我将在以下情况下使用 先验值

block Gibbs

在对采样器进行编码之前，我们需要导出Gibbs采样器的 每个参数的后验条件分布。

条件后验取更多的线性代数。

这是一个非常漂亮和直观的结果。条件后验的协方差矩阵是协方差矩阵的估计，

还要注意，条件后验是一个多元分布。因此，在Gibbs采样器的每次迭代中，我们从后验绘制出一个完整的矢量 。

模拟

我模拟的 结果向量

。

运行 Gibbs采样器 会生成对真实系数和方差参数的估计。运行了500,000次迭代。周期为100,000次，10次迭代。

以下是MCMC链的图，其中真实值用红线表示。

# 计算后验摘要统计信息
post_dist %>%
  group_by(para) %>%
  summarise(median=median(draw),
            lwr=quantile(.025),
            upr=quantile(.975)) %>%
 
# 合并汇总统计信息
post\_dist <- post\_dist %>%
  left\_join(post\_sum_stats, by='param')
 
# 绘制MCMC链
ggplot(post_dist,aes(x=iter,y=dra)) +
  geom_line() +
  geom\_hline(aes(yintercept=true\_vals))

这是修整后参数的后验分布：

ggplot(post_dist,aes(x=draw)) +
  geom_histogram(aes(x=draw),bins=50) +
  geom\_vline(aes(xintercept = true\_vals))

似乎能够获得这些参数的合理后验估计。为了确保贝叶斯估计器正常工作，我对1,000个模拟数据集重复了此过程。

这将产生1,000组后验均值和1,000组95％置信区间。平均而言，这1000个后验均值应以真实值为中心。平均而言，真实参数值应在95％的时间的置信区间内。

以下是这些评估的摘要。

“估计平均值”列是所有1,000个模拟中的平均后验平均值。偏差百分比均小于5％。对于所有参数，95％CI的覆盖率约为95％。

扩展

我们可以对该模型进行许多扩展。例如，可以使用除正态分布外的其他分布来拟合不同类型的结果。 例如，如果我们有二元数据，则可以将其建模为：

然后在上放一个先验分布。这个想法将贝叶斯线性回归推广到贝叶斯GLM。

在本文中概述的线性情况下，可以更灵活地对协方差矩阵建模。相反，假设协方差矩阵是对角线且具有单个公共方差。这是多元线性回归中的同方差假设。如果数据是分类的（例如，每个受试者有多个观察结果），我们可以使用反Wishart分布来建模整个协方差矩阵。