Overview

직접적인 표본 추출을 할 수 없을 때, MCMC를 활용하여 표본 추출을 할 수 있다.

Markov Property

현재 상태 $X_t$가 주어졌을 때 다음 상태 $X_{t+1}$의 분포가 과거 전체가 아니라 현재 상태에만 의존한다.

$P(X_{t+1}|X_t, X_{t-1}, …, X_0) = P(X_{t+1}|X_t)$

Markov Chain Monte Calro

Markov Chain Monte Calro(MCMC)는 직접 표본을 추출하기 어려운 확률분포에서, Markov Chain을 이용해 간접적으로 표본을 생성하는 방법이다. 대표적으로 Metropolis Hastings과 Gibbs Sampling 등이 있다.

직접 샘플링하기 어려운 목표 분포를 $\pi(x)$라고 할 때, 우리가 원하는 표본은 $X \sim \pi(x)$ 이다.

Markov Chain

Markov Chain은 현재 상태만 알면 다음 상태의 확률을 결정할 수 있는 확률 프로세스다.

다음과 같은 Markov Chain을 만든다.

$X_0 → X_1 → … → X_T$

이 Chain이 충분히 오래 진행되면 $X_T \sim \pi(x)$에 가까워진다.

Monte Carlo

Monte Carlo는 확률변수의 값을 반복적으로 sampling하여 원하는 확률량을 근사하는 방법이다.

$X_1, X_2, \cdots, X_N \sim P(X)$를 얻었다면,

$\displaystyle E[f(X)] \approx \frac 1 N \sum_{i=1}^N f(X_i)$로 근사할 수 있다.

Stationary Distribution

Stationary Distribution은 Markov Chain을 계속 진행해도 분포가 변하지 않는 확률분포이다.

Markov Chain의 Transition Probability(현재 상태가 $x$일 때 다음 상태 $x'$로 이동할 확률)를 $P(x'|x)$라고 할 때, 어떤 분포 $\pi(x)$가 다음 조건을 만족하면 Stationary Distribution라고 한다.