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条件つき確率について、図などを交え、分かりやすく説明します

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投稿経済数学入門
統計学やゲーム理論などを学んでいると出てくる条件つき確率ですが、どうもイメージが付きにくい感じがありますので、図などを交え、分かりやすく説明しています。
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はじめに

 条件つき確率$P(B \, | \, A)$とは、2つの事象$A$と$B$があるとき、事象$A$が起こったという条件のもとで、$B$が起こる確率

  $P(B \, | \, A) = \dfrac{P(A \cap B)}{P(A)}$ ただし、$P(A) > 0$

であるとされます。

 このとき、

  「分かったような、分からないような」

  「どうもイメージがつかない」

といった印象を持つ方も多いのではないでしょう。

 ただ、図で考えると、分かりやすい部分があるので、図と数値例で、条件つき確率について、説明したいと思います。

条件つき確率

設定

 数値例として、男性と女性がおり、自動車免許をもっているかどうかというものを考えましょう。

  男性は10人おり、免許を持っている人は7人、持っていない人は3人

  女性は10人おり、免許を持っている人は6人、持っていない人は4人

同時確率

 条件つき確率の話に入る前に、同時確率について、説明します。
 同時確率とは、

  $P(A \cap B)$

と表され、2つの事象が同時に起こったときの確率です。言い換えると、「A かつ B」のときの確率が、同時確率です。

 数値例でいえば、次の4つのパターンがあります。

  男性・免許あり : 7人
  男性・免許なし : 3人
  女性・免許あり : 6人
  女性・免許なし : 4人

 縦に免許の有無、横に性別として、図で表すと、次のようになります。



 全体で20人いるため、それぞれのパターンの確率は、次のようになります。

  男性・免許あり : 7人 ÷ 20人 = 0.35
  男性・免許なし : 3人 ÷ 20人 = 0.15
  女性・免許あり : 6人 ÷ 20人 = 0.3
  女性・免許なし : 4人 ÷ 20人 = 0.2

条件つき確率

 まずは、男性であるという条件のもと、自動車免許をもっている確率という条件つき確率を考えましょう。

 これを図で表すと、次のようになります。



 条件つき確率は、男性である確率(太枠)の中で、男性かつ免許がある確率(オレンジ部分)がどれだけなのかを計算します。

 具体的には、男性かつ免許があるという同時確率に対して、男性である確率を割れば、いいことになります。
 男性である確率は、0.5(=10人÷20人)なので、

  条件つき確率 = 男性・免許ありという同時確率 ÷ 男性である確率 = 0.35 ÷ 0.5 = 0.7 

となります。これは、最初の条件つき確率の公式と同じ形になっています。
(なお、女性を無視すれば、免許あり7人÷男性10人の確率と同じになっています)

 同様に、免許ありという条件のもと、男性である確率を求めてみましょう。

 これを図で表すと、次のようになります。



 免許ありの確率は、0.65(=13人÷20人)なので、

  条件つき確率 = 男性・免許ありという同時確率 ÷ 免許ありの確率 = 0.35 ÷ 0.65 = 0.54 

となります。先ほどの男性という条件のもとでの条件つき確率と比べ、分母の数字が変わっています。
(なお、免許なしを無視すれば、男性7人÷免許あり13人の確率と同じになっています)

まとめ

 図で表すと、条件つき確率のイメージが分かりやすくなったのではないでしょうか。

 通常の確率においては、全体を分母に持ってくるのに対して、条件つき確率では、その条件であるものの確率が分母に来ているのが、特徴的であると言えます(上記の図でいえば、太枠部分)。

 そして、このあたりのイメージがないため、条件つき確率が分かりにくくなっているような気がしています。

参考

  中村隆英『統計入門

  涌井貞美『図解・ベイズ統計「超」入門

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