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園田 幸夫

ベイズ統計学の理解するうえで重要な3つのポイントを解説します。

1) パラレルワールドの統計学:頻度論とベイズの世界観の違いから、分析目標は同じでもアプローチが真逆になることを把握します。

2.ベイズの定理:定理の意味を理解し、原因の究明、仮説の検証、母集団の特徴量の分布推定に拡張するロジックを学習します。

3.ベイズ推定:新たにデータを得るたびに母数の確率分布を逐次推定するロジックを理解し、統計分析ソフトJASPを用いて現実の問題に適用するスキルを習得します。

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What's inside

Learning objectives

  • 自然現象や社会現象のメカニズムを分析するデータサイエンスの様々な手法について、複数のコースに分けて1つずつ習得していきます。古典的な頻度論の統計学から最新のディープラーニングまで、原理の理解と実務への応用を目指します。
  • 近年、注目を集めているベイズ統計学の基礎を学習します。現象を分析するという目的は頻度論の統計学と同じですが、ベイズでは母集団と標本の捉え方が真逆で、パラレルワールドの統計学という視点で見ると理解がしやすくなります。本コースではその基本原理を詳しく解説します。
  • 頻度論の世界観では現象の特徴量を指す母数は未知の真値で、標本データを分析することで母数の存在範囲と観測頻度を推定します。一方、ベイズ統計では母数は確率変数で、データを集めて分析を重ねることで母数の確率密度分布を推定精度が高くなります。これが”量が質を凌駕する”の意味で、機械学習やaiにも通じる概念を学びます。
  • パラレルワールドを支配するベイズの定理について学びます。本来は2つの事象に関する条件付き確率の交換法則ですが、これを原因と結果、仮説とデータ、事前分布と事後分布の関係式に拡張することで、結果から原因の究明、データから仮説の検証、母数の初期分布(事前分布)から母数の確率密度分布(事後分布)の推定が可能になります。
  • データを観測するたびに母数の確率密度分布を逐次推定するベイズ推定の基本原理について解説します。共役分布を用いて解析的に推定する手法と、マルコフ連鎖モンテカルロ(mcmc)法を用いて数値近似する手法があり、例題と面白いクイズを通じて理論の理解と統計分析についての認識を深めます。

Syllabus

ベイズ統計の基本的な考え方を理解するうえで重要な3つのポイントを提示します。 1.パラレルワールドの統計学 2.ベイズの定理 3.ベイズ推定
  1. パラレルワールドの統計学という意味を頻度論とベイズの世界観の違いから説明します。

  2. ベイズの定理を分析目標の視点から解釈します。

  3. ベイズ推定は母数の確率密度分布を推定するもので解析的な手法と数値近似的な手法があることを紹介します。

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母数は未知の真値とする頻度論に対して、ベイズではファクトデータの積み重ねによって推定する確率変数と捉えます。母数の推定に対するアプローチの違いを理解し、ベイズ推定のイメージを掴みます。

ベイズ統計の誕生は18世紀半ばと古いのですが、20世紀初めには頻度論の統計学がその実用性の高さから主流となり、ベイズは異端扱いされて苦難の時代を迎えます。しかし、21世紀に入るとコンピュータの発達とビッグデータの時代にマッチしたことで見事に復活を遂げました。

ベイズの定理の証明を通じて定理の持つ意味を解説します。本来は2つの事象に関する条件付き確率の交換法則ですが、これを結果から原因の究明、データから仮説の検証に拡張する道筋を学習します。

ベイズの定理を仮説の検証、仮説の更新、母数の推定に適用する方法を解説します。理解を深めるため、病気の罹患率・偽陽性率・偽陰性率の分析、迷惑メールのフィルタリング、絶滅危惧種の個体数の推定、という実戦的な例題を準備しました。

ベイズの定理は確率を変数とする関係式ですが、ベイズ推定では確率分布関数(事前分布、事後分布、尤度)を変数とする関係式に拡張します。例題を通して分布推定の原理と適用方法を習得します。

母集団がある特定グループの確率分布に従うとき、母数の分布を解析的に求めることができます。これを共役分布といい、個々の確率分布について定義と利用方法を習得します。

ベイズ推定によって母数分布を解析的に推定する方法を習得します。現実の問題解決で遭遇することの多いベルヌーイ分布と正規分布を例題にして、解析の手順を丁寧に解説します。

コイン投げのベルヌーイ試行のデータを用いて、データを得るたびに事後分布を逐次推定するベイズ更新の手法を習得します。また、推定した母数分布に基づいて将来の試行を予測する手法も学びます。

正規分布に従う実戦的な例題(頻度論のZ検定の解説に使用した透明導電膜の膜厚検査をアレンジしたデータ)を用いて、データを得るたびに事後分布を逐次推定するベイズ更新の手法を習得します。また、母数分布の代表値について学びます。

マルコフ連鎖という確率過程の定義とモンテカルロ法というシミュレーション法について学習します。

確率に関する心理トリック要素のあるクイズ「モンティ・ホール問題」に対して、直感的な答え、統計学的な答え、MCMC法で推定した確率分布を比較することで、分析結果の解釈について考察します。

確率に関する心理トリック要素のあるクイズ「モンティ・ホール問題」でベイズ統計を総復習します。直感的な答え、統計学的な答え、MCMC法で推定した確率分布を比較することで、分析結果の解釈について考察します。

ベイズ統計における基本概念、ベイズの定理、ベイズ推定の方法などを整理し、体系化して全体像を把握します。

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Read about what's good
what should give you pause
and possible dealbreakers
Explores Bayesian statistics, which is increasingly relevant in machine learning and AI, offering a strong foundation for advanced applications
Examines the differences between frequentist and Bayesian approaches, which helps learners understand the nuances of statistical inference
Teaches the application of Bayesian theorem, which helps learners understand causal inference, hypothesis testing, and parameter estimation
Utilizes JASP, a statistical analysis software, which helps learners apply Bayesian methods to real-world problems
Covers Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods, which are essential for Bayesian inference when analytical solutions are not available
Requires familiarity with statistical analysis software, which may pose a barrier for learners without prior experience

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Reviews summary

ベイズ統計の基礎と実践

学生によると、本コースはベイズ統計の基礎非常に分かりやすく解説しており、特に頻度論との違いパラレルワールドというユニークな視点概念理解を深めるのに役立つとのことです。JASPを使った実践的な例題豊富な例題理解を促進すると多くの学習者が述べています。一方で、MCMC法の説明がやや難解であるという声もあり、前提知識がないと厳しい部分があると感じた学習者もいます。ただし、MCMCの説明については最近改善された可能性も示唆されています。データサイエンス初心者には挑戦的な面もあるようですが、難解な内容を分かりやすく解説する点が高く評価されています。
JASPを使用、Python/Rの希望も。
"JASPを使った演習は役立った。"
"JASPは良かったが、Python/Rでのコード例もあると尚良かった。"
内容が改善されているかも。
"...最近のレビューでは改善されたという話も聞くので、もしかしたらアップデートがあったのかも。"
具体例で理解が深まる。
"実戦的な例題も良かった。"
"JASPを使った演習は役立った。"
"後半の実装部分も具体的な例が多く、実践的。"
"例題が豊富で理解が進む。"
ベイズ統計の考え方がクリアになる。
"ベイズ統計の考え方がスッキリ理解できた。"
"パラレルワールドという視点がユニークで、概念理解が深まった。"
"難解なベイズ統計を分かりやすく解説してくれる。"
初心者には挑戦的な面がある。
"データサイエンス初心者には少しハードルが高いかも。"
"理論の説明は良かったが、前提知識がないと厳しい部分もあった。"
"初心者でも諦めずに最後までついていけた。"
説明が難解との声がある。
"MCMC法の説明が少し難しかった。"
"特にMCMCはもう少し詳しく解説して欲しかった。"
"少し古いレビューでMCMCが難しいとあったが、最近のレビューでは改善されたという話も聞くので、もしかしたらアップデートがあったのかも。"

Activities

Be better prepared before your course. Deepen your understanding during and after it. Supplement your coursework and achieve mastery of the topics covered in データサイエンス実戦講座[第4回]ベイズ統計の基礎と”量が質を凌駕する”パラレルワールド with these activities:
統計学の基礎知識を復習する
コースで扱うベイズ統計の前提となる統計学の基礎知識を復習し、スムーズな学習を支援します。
Show steps
  • 高校や大学の統計学の教科書や参考書を読み返す。
  • 基本的な統計用語(平均、分散、標準偏差など)の意味を理解する。
  • 確率分布(正規分布、二項分布など)の性質を復習する。
「統計学入門」を読む
ベイズ統計の基礎となる統計学の知識を深め、コースへの理解を促進します。
View Melania on Amazon
Show steps
  • 書籍を購入または図書館で借りる。
  • 第1章から順に読み進める。
  • 理解が難しい箇所は、他の参考書やインターネットで調べる。
ベイズ統計に関する勉強会に参加する
他の受講生とベイズ統計について議論することで、理解を深め、モチベーションを維持します。
Show steps
  • オンラインまたはオフラインの勉強会を探す。
  • 勉強会に参加し、積極的に質問や意見交換を行う。
  • 勉強会で学んだことを復習する。
Four other activities
Expand to see all activities and additional details
Show all seven activities
ベイズの定理に関する問題を解く
ベイズの定理を実際に適用することで、理解を深め、問題解決能力を向上させます。
Show steps
  • ベイズの定理に関する問題集やウェブサイトを探す。
  • 問題を解き、解答を確認する。
  • 間違えた問題は、解説を読んで理解する。
ベイズ統計に関するブログ記事を書く
ベイズ統計に関する知識を整理し、アウトプットすることで、理解を定着させます。
Show steps
  • ブログのテーマを決める(例:ベイズの定理のわかりやすい解説)。
  • 記事の構成を考える。
  • 記事を執筆し、校正する。
  • ブログに記事を投稿する。
ベイズ推定を用いたデータ分析プロジェクト
学んだベイズ推定の知識を実際のデータ分析に適用することで、実践的なスキルを習得します。
Show steps
  • 分析するデータセットを探す(例:Kaggleのデータセット)。
  • ベイズ推定を用いてデータ分析を行う。
  • 分析結果をまとめ、レポートを作成する。
「StanとRでベイズ統計モデリング」を読む
ベイズ統計モデリングの実践的なスキルを習得し、データ分析能力を向上させます。
Show steps
  • 書籍を購入または図書館で借りる。
  • 書籍に掲載されているサンプルコードをRで実行する。
  • 書籍の内容を参考に、自身のデータ分析プロジェクトに応用する。

Career center

Learners who complete データサイエンス実戦講座[第4回]ベイズ統計の基礎と”量が質を凌駕する”パラレルワールド will develop knowledge and skills that may be useful to these careers:
データサイエンティスト
データサイエンティストは、複雑なデータセットを分析し、ビジネス上の意思決定に役立つ洞察を提供します。このコースは、ベイズ統計の基礎を学ぶ上で重要な3つのポイントを解説し、データサイエンティストとしての基礎を築くのに役立ちます。頻度論とベイズの世界観の違いを理解することで、データに対するより深い洞察を得ることができます。また、ベイズの定理を理解し、原因の究明、仮説の検証、母集団の特徴量の分布推定に拡張するロジックを学習することで、データからより多くの情報を引き出すことができます。さらに、統計分析ソフトJASPを用いて現実の問題に適用するスキルを習得することで、実践的なデータ分析能力を身につけることができます。データサイエンティストを目指す方は、このコースを通じてデータ分析の基礎を固めることをお勧めします。
生物統計学者
生物統計学者は、生物学、医学、公衆衛生などの分野で統計的手法を用いて研究を行います。この仕事には通常、修士号または博士号が必要です。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、生物統計学者が臨床試験のデータや遺伝子データを分析し、病気の原因や治療法の効果を評価するために役立ちます。ベイズの定理を理解し、事前知識や実験データに基づいて病気の発生確率や治療法の効果を予測することで、より精度の高い研究が可能になります。また、データを得るたびに確率分布を更新することで、新たなエビデンスに対応することができます。生物統計学者として、医療の発展に貢献するために、このコースは不可欠な知識を提供します。
保険数理士
保険数理士は、リスクを評価し、保険料を計算します。この仕事には通常、高度な数学的知識が必要です。データサイエンス実戦講座を受講することは、ベイズ統計の理解を深めることで、リスク評価の精度を向上させるために役立ちます。ベイズの定理を使用して、保険料設定における不確実性をより適切にモデル化し、将来の保険金支払いを予測する能力を高めます。このコースで得られるスキルは、保険数理士がリスク管理戦略を最適化し、保険会社の財務安定性を確保するために極めて重要です。
統計アナリスト
統計アナリストは、統計的手法を用いてデータを分析し、トレンドやパターンを特定します。このコースで学習するベイズ統計の基礎は、統計アナリストにとって非常に有用です。頻度論とベイズの世界観の違いを理解することで、データの解釈における新たな視点を得ることができます。ベイズの定理を理解し、原因の究明や仮説の検証に応用することで、より精度の高い分析が可能になります。また、ベイズ推定のロジックを理解し、統計分析ソフトJASPを用いて現実の問題に適用するスキルを習得することで、実践的な分析能力を向上させることができます。統計アナリストとして、データに基づいた意思決定を支援するために、このコースは強力な武器となるでしょう。
疫学者
疫学者は、病気の発生原因や分布を調査し、予防策を立案します。この仕事には通常、修士号または博士号が必要です。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、疫学者が感染症の流行や慢性疾患のリスク因子を特定するために役立ちます。特に、ベイズの定理を用いて、過去のデータや環境要因を考慮して病気の発生確率を推定する能力は、疫学研究において非常に重要です。このコースを受講することで、データに基づいて的確な予測を行い、公衆衛生の向上に貢献することができるでしょう。疫学者として、社会の健康を守るために、このコースは強力な武器となるでしょう。
機械学習エンジニア
機械学習エンジニアは、機械学習モデルを開発し、実装します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、機械学習モデルの構築に役立ちます。ベイズ統計における母集団と標本の捉え方を理解することで、モデルのパラメータ推定における新たなアプローチを検討することができます。特に、データを集めて分析を重ねることで母数の確率密度分布の推定精度が高くなるという概念は、機械学習における学習の考え方と共通する部分があります。また、ベイズ推定のロジックを理解し、現実の問題に適用するスキルを習得することで、モデルの性能向上に貢献することができます。機械学習エンジニアとして、より高度なモデルを開発するために、このコースは有益な知識を提供します。
ビジネスアナリスト
ビジネスアナリストは、ビジネス上の課題を分析し、データに基づいた解決策を提案します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、ビジネスアナリストがデータからより深い洞察を得るために役立ちます。頻度論とベイズの世界観の違いを理解することで、データの解釈におけるバイアスを認識し、より客観的な分析を行うことができます。ベイズの定理を理解し、結果から原因を究明したり、データから仮説を検証したりすることで、ビジネス上の課題に対する新たな視点を得ることができます。ビジネスアナリストとして、データに基づいた意思決定を支援するために、このコースは非常に役立つでしょう。
金融アナリスト
金融アナリストは、金融市場のデータを分析し、投資判断を支援します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、金融アナリストが市場の変動を予測し、リスクを評価するために役立ちます。特に、ベイズ推定を用いて新たにデータを得るたびに母数の確率分布を逐次推定するロジックは、市場の動的な変化に対応する上で非常に重要です。また、ベイズの定理を理解し、過去のデータから将来の市場動向を予測することで、より精度の高い投資判断が可能になります。金融アナリストとして、市場の不確実性に対応するために、このコースは強力なツールとなるでしょう。
リスクマネージャー
リスクマネージャーは、組織におけるリスクを特定、評価、管理します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、リスクマネージャーがリスクの発生確率や影響度をより正確に評価するために役立ちます。ベイズの定理を理解し、過去のデータや専門家の意見を組み合わせてリスクの事前確率を推定することで、より現実的なリスク評価が可能になります。また、新たにデータを得るたびにリスクの確率分布を更新することで、リスクの変化に迅速に対応することができます。リスクマネージャーとして、組織をリスクから守るために、このコースは貴重な知識を提供します。
市場調查員
市場調査員は、市場の動向や消費者のニーズを調査し、企業に情報を提供します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、市場調査員がアンケート調査やインタビューデータからより深い洞察を得るために役立ちます。ベイズの定理を理解し、事前知識や過去のデータに基づいて消費者の嗜好や行動を予測することで、より効果的なマーケティング戦略の立案に貢献することができます。また、データを得るたびに消費者の確率分布を逐次推定することで、市場の変化に迅速に対応することができます。市場調査員として、企業の意思決定を支援するために、このコースは非常に有用です。
品質管理エンジニア
品質管理エンジニアは、製品やサービスの品質を維持、向上させるための活動を行います。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、品質管理エンジニアが製品の不良率や工程の異常を早期に発見するために役立ちます。ベイズの定理を理解し、過去のデータや工程の特性に基づいて不良の発生確率を予測することで、より効果的な品質管理が可能になります。また、データを得るたびに不良の確率分布を更新することで、工程の変化に迅速に対応することができます。品質管理エンジニアとして、高品質な製品やサービスを提供するために、このコースは貴重な知識を提供します。
都市計画家
都市計画家は、都市の発展と改善のための計画を立案します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、都市計画家が人口分布や交通量などのデータを分析し、将来の都市の姿を予測するために役立ちます。ベイズの定理を理解し、過去のデータや社会情勢に基づいて将来の人口変動や交通需要を予測することで、より現実的な都市計画が可能になります。また、データを得るたびに確率分布を更新することで、社会の変化に迅速に対応することができます。都市計画家として、持続可能な都市の発展に貢献するために、このコースは非常に有用です。
気象予報士
気象予報士は、気象データを分析し、天気予報を作成します。気象予報士は、データサイエンス実戦講座[第4回]ベイズ統計の基礎と”量が質を凌駕する”パラレルワールドで学習するベイズ統計の知識を活用し、より正確な天気予報を作成できます。ベイズの定理を理解し、過去の気象データや現在の観測データに基づいて将来の天気を予測することで、より精度の高い予報が可能になります。また、データを得るたびに確率分布を更新することで、急な気象変化にも対応することができます。気象予報士として、社会の安全を守るために、このコースは非常に役立つでしょう。
環境コンサルタント
環境コンサルタントは、企業の環境対策を支援します。このコースで学ぶベイズ統計の知識は、環境コンサルタントが環境汚染のリスク評価や環境対策の効果測定を行うために役立ちます。ベイズの定理を理解し、過去のデータや環境モデルに基づいて汚染物質の拡散予測を行うことで、より効果的な対策を立案することができます。また、データを得るたびに確率分布を更新することで、環境の変化に迅速に対応することができます。環境コンサルタントとして、持続可能な社会の実現に貢献するために、このコースは非常に有用です。
ゲーム理論家
ゲーム理論家は、戦略的な意思決定を数学的に分析します。多くの場合、高度な学位が必要です。データサイエンス実戦講座を受講することは、ベイズの定理を活用することで、不確実性下での意思決定モデルを改善し、ゲームの戦略的要素をより深く理解するために役立ちます。このコースでは、データに基づいた意思決定戦略を開発するためのスキルを習得し、競争環境における最適な行動を予測し、それによって競争戦略を高度化させます。このコースはゲーム理論家として、その理論を現実世界のシナリオに応用するために役立ちます。

Reading list

We've selected two books that we think will supplement your learning. Use these to develop background knowledge, enrich your coursework, and gain a deeper understanding of the topics covered in データサイエンス実戦講座[第4回]ベイズ統計の基礎と”量が質を凌駕する”パラレルワールド.
この本は、ベイズ統計モデリングをStanとRを用いて実践的に学ぶための書籍です。コースで学んだベイズ推定の理論を、実際のデータ分析に応用するための具体的な方法を学ぶことができます。特に、Stanというモデリング言語の使い方を丁寧に解説しているため、実践的なスキルを身につけたい方におすすめです。この本は、ベイズ統計モデリングの実践的な入門書として広く利用されています。

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