國立高雄大學統計學研究所
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主題:32 後見之明(二)
發表者:黃文璋 Email:huangwj@nuk.edu.tw 日期:2014/11/25 下午 10:53:18

某日衛生局至高雄大學免費檢驗某疾病並宣稱此檢驗之可靠度為90%。檢驗總有誤差90%看起來不低,但學生好奇可靠度之意義衛生局解釋檢驗有正負二反應某人若真有病則有0.9之機率檢驗呈正反應若沒有病則有0.9的機率檢驗呈負反應聽起來還不錯檢驗算是相當可靠。但有一博覽群籍的學生注意到這是一罕見病過去資料顯示平均每5,000人中只有1人患有此病此檢驗迅速且無害但若檢驗呈正反應則須至醫院住院3以做進一步的檢查問你是否願意接受此檢驗

住院3天很麻煩,有必要惹禍上身嗎底下我們利用貝氏定理求機率P(有病|),這是決定要不要接受檢驗前,想知道的,其中“表正的反應。

P(有病|)

=P(|有病)P(有病)/[P(|有病)P(有病)+P(|無病)P(無病)]

=0.9(1/5,000)/[0.9(1/5,000)+0.1(4,999/5,000)]

=9/5,0080.0018

由上述推導知檢驗呈正反應真有病的機率其實非常小僅約0.0018,不到1/500。看到此結果後大部分的人可能便不願接受檢驗了

這其中有二題值得討論。首先在計算出上述條件機率P(有病|)之前也許我們會以為此機率值仍應接近0.9即衛生局事先所宣稱的可靠度但不要忘了衛生局是說P(|有病)=0.9而我們所關心的卻是P(有病|),這是完全不同的兩個條件機率。在本例中此二值差異很大。直觀上來看因檢驗有10%的錯誤約有10%的人好好的沒病卻呈正反應。因此在每5,000人中他們絕大部分都沒病,卻約有500個人檢驗後會呈正反應其中根本才約1人有病。1/500=0.002的確很接近所算出的0.0018第二個題是雖然經計算後檢驗給我們一不可靠的印象但在檢驗前每個人覺得自己會有病之機率約為1/5,000=0.0002(所謂事前機率)而在檢驗後若呈正反應會是有病的機率高至0.0018(所謂事後機率)差不多是9倍。即使不能說檢驗很精準也是有些效能只是遠比以為90%可靠度低很多附帶一提同理可求出

P(有病|)=1/44,9920.00002223

亦即檢驗若呈負反應有病的機率因此沒病的機率也就近乎1當此檢驗呈負反應時對判斷無病是相當可靠的。不過如果你仔細比較一下原先有病之機率本來就不大約為0.0002這是沒檢驗就知道的。檢驗後降成約1/9倍。讀者不妨試將檢驗之可靠度,依序提高為99%99.9%99.99%看此時P(有病|)P(有病|)之變化即使改為平均50人中1人患有此病也就是有病機率提高為100P(有病|)0.1552較之前的0.0018大很多,只是仍不算,與90%可靠度,還是相距甚遠

由於述這類對於那種發生率極低的疾病許多人往往質疑其檢驗的有效性。也因此不時會有人說醫生該多懂條件機率貝氏定理否則對被他們宣佈患不治之症的病人後來卻存活好幾年便只能含糊地奇蹟出現解釋雖不會有病人反對這種奇蹟但多了解條件機率的對病情估計之正確性幫助是很大否則醫學上便只屢有奇蹟發生

不僅在醫學上,凡做估計時條件機率常會出現。在民國1031125日舉行的“全國大專校院研發主管會議的開幕典禮中,教育部長吳思華(1955-)表示,國內每畢業博士生約3,500人,但大學僅需800個博士,加上國外回台的博士生競逐工作機會,預計10年後,台灣的流浪博士會比流浪教師還多。”近年來,由於就業困難,就讀及錄取的意願同時降低,導致各大學博士班,每年所錄取的新生,早已快速下降。又教職難覓,博士畢業生,進入業界的比例,也已逐年上升。這是給定“就業困難,且教職難覓”條件下的變化。若未能隨時掌握條件機率的概念,估計將極度偏離真實值。我們可以大膽說,10後流浪博士的人數,應會與教育部的預估,相差甚遠。

對條件機率及貝氏定理想進一步了解,可翻閱一般機率論的書籍,或參考黃文璋(2000)(2010),及(2011)三篇文章可看到更多有趣的例子

參考文獻

1. 黃文璋(2000). 瞻前顧後. 統計薪傳, 1(1): 83-99.

2. 黃文璋(2010). 機率應用不易. 數學傳播季刊, 34(1): 14-28.

3. 黃文璋(2011). 認識機率. 數學傳播季刊, 35(2): 32-44.

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