17 avril 2021 17:27

Définition du théorème de Bayes

Quel est le théorème de Bayes?

Le théorème de Bayes, nommé d’après le mathématicien britannique Thomas Bayes du XVIIIe siècle, est une formule mathématique pour déterminer la probabilité conditionnelle. La probabilité conditionnelle est la probabilité qu’un résultat se produise, basé sur un résultat antérieur. Le théorème de Bayes fournit un moyen de réviser les prédictions ou les théories existantes (mettre à jour les probabilités) à partir de preuves nouvelles ou supplémentaires. En finance, le théorème de Bayes peut être utilisé pour évaluer le risque de prêter de l’argent à des emprunteurs potentiels.

Le théorème de Bayes est également appelé règle de Bayes ou loi de Bayes et est le fondement du domaine de la statistique bayésienne.

Points clés à retenir

  • Le théorème de Bayes vous permet de mettre à jour les probabilités prédites d’un événement en incorporant de nouvelles informations.
  • Le théorème de Bayes a été nommé d’après le mathématicien du 18ème siècle Thomas Bayes.
  • Il est souvent utilisé en finance pour mettre à jour l’évaluation des risques.

Comprendre le théorème de Bayes

Les applications du théorème sont répandues et ne se limitent pas au domaine financier. À titre d’exemple, le théorème de Bayes peut être utilisé pour déterminer l’exactitude des résultats des tests médicaux en tenant compte de la probabilité qu’une personne donnée ait une maladie et de l’exactitude générale du test. Le théorème de Bayes repose sur l’incorporation de distributions de probabilités antérieures afin de générer des probabilités postérieures. La probabilité a priori, en inférence statistique bayésienne, est la probabilité d’un événement avant que de nouvelles données ne soient collectées. Il s’agit de la meilleure évaluation rationnelle de la probabilité d’un résultat sur la base des connaissances actuelles avant qu’une expérience ne soit effectuée. La probabilité postérieure est la probabilité révisée qu’un événement se produise après la prise en compte de nouvelles informations. La probabilité postérieure est calculée en mettant à jour la probabilité a priori en utilisant le théorème de Bayes. En termes statistiques, la probabilité postérieure est la probabilité que l’événement A se produise étant donné que l’événement B s’est produit.

Le théorème de Bayes donne ainsi la probabilité d’un événement sur la base de nouvelles informations qui sont, ou peuvent être liées, à cet événement. La formule peut également être utilisée pour voir comment la probabilité qu’un événement se produise est affectée par de nouvelles informations hypothétiques, en supposant que les nouvelles informations s’avéreront vraies. Par exemple, disons qu’une seule carte est tirée d’un jeu complet de 52 cartes. La probabilité que la carte soit un roi est de quatre divisée par 52, ce qui équivaut à 1/13 soit environ 7,69%. N’oubliez pas qu’il y a quatre rois dans le pont. Maintenant, supposons qu’il soit révélé que la carte sélectionnée est une carte de visage. La probabilité que la carte sélectionnée soit un roi, étant donné qu’il s’agit d’une carte faciale, est de quatre divisée par 12, soit environ 33,3%, car il y a 12 cartes faciales dans un paquet.

Formule du théorème de Bayes

Exemples du théorème de Bayes

Vous trouverez ci-dessous deux exemples du théorème de Bayes dans lequel le premier exemple montre comment la formule peut être dérivée dans un exemple d’investissement en actions à l’aide d’Amazon.com Inc. ( AMZN ). Le deuxième exemple applique le théorème de Bayes aux tests de médicaments pharmaceutiques.

Dériver la formule du théorème de Bayes

Le théorème de Bayes découle simplement des axiomes de probabilité conditionnelle. La probabilité conditionnelle est la probabilité d’un événement étant donné qu’un autre événement s’est produit. Par exemple, une simple question de probabilité peut demander: « Quelle est la probabilité que le cours de l’action d’Amazon.com baisse? » La probabilité conditionnelle pousse cette question un peu plus loin en demandant: « Quelle est la probabilité de baisse du cours de l’action AMZN étant donné que l’ indice Dow Jones Industrial Average (DJIA) a chuté plus tôt? »

La probabilité conditionnelle de A étant donné que B s’est produit peut être exprimée comme suit:

Si A est: « le prix AMZN baisse », alors P (AMZN) est la probabilité que AMZN baisse; et B est: « DJIA est déjà en panne » et P (DJIA) est la probabilité que le DJIA soit tombé; alors l’expression de probabilité conditionnelle se lit comme suit: «la probabilité que AMZN baisse en cas de baisse de DJIA est égale à la probabilité que le prix d’AMZN baisse et que DJIA diminue par rapport à la probabilité d’une diminution de l’indice DJIA.

P (AMZN | DJIA) = P (AMZN et DJIA) / P (DJIA)

P (AMZN et DJIA) est la probabilité que  A et B se produisent. Cela équivaut également à la probabilité que A se produise multipliée par la probabilité que B se produise étant donné que A se produit, exprimée par P (AMZN) x P (DJIA | AMZN). Le fait que ces deux expressions soient égales conduit au théorème de Bayes, qui s’écrit:

si, P (AMZN et DJIA) = P (AMZN) x P (DJIA | AMZN) = P (DJIA) x P (AMZN | DJIA)

puis, P (AMZN | DJIA) = [P (AMZN) x P (DJIA | AMZN)] / P (DJIA).

Où P (AMZN) et P (DJIA) sont les probabilités de chute d’Amazon et du Dow Jones, sans égard l’un à l’autre.

La formule explique la relation entre la probabilité de l’hypothèse avant de voir la preuve que P (AMZN), et la probabilité de l’hypothèse après avoir obtenu la preuve P (AMZN | DJIA), étant donné une hypothèse pour Amazon donnée en preuve dans le Dow.

Exemple numérique du théorème de Bayes

À titre d’exemple numérique, imaginons qu’il existe un test de dépistage de drogue précis à 98%, ce qui signifie que 98% du temps, il montre un résultat vraiment positif pour quelqu’un qui utilise le médicament et 98% du temps, il montre un résultat vraiment négatif pour les non-utilisateurs du drogue. Ensuite, supposons que 0,5% des personnes utilisent le médicament. Si une personne sélectionnée au hasard teste positive pour la drogue, le calcul suivant peut être fait pour voir si la probabilité que la personne soit réellement un utilisateur de la drogue.

(0,98 x 0,005) / [(0,98 x 0,005) + ((1 – 0,98) x (1 – 0,005))] = 0,0049 / (0,0049 + 0,0199) = 19,76%

Le théorème de Bayes montre que même si une personne a été testée positive dans ce scénario, il est en fait beaucoup plus probable que la personne ne consomme pas de drogue.