Bayesian Analysis with Python - Second Edition

Bayesian Analysis with Python - Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Packt
作者:Osvaldo Martin
出品人:
页数:356
译者:
出版时间:2018-12-26
价格:USD 18.00
装帧:平装
isbn号码:9781789341652
丛书系列:
图书标签:
  • Statistics
  • Python
  • Packt
  • Algorithm
  • Bayesian statistics
  • Python
  • Probabilistic programming
  • Data science
  • Machine learning
  • Statistical modeling
  • PyMC3
  • Stan
  • Jupyter Notebook
  • Second Edition
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具体描述

Learn

Build probabilistic models using the Python library PyMC3

Analyze probabilistic models with the help of ArviZ

Acquire the skills required to sanity check models and modify them if necessary

Understand the advantages and caveats of hierarchical models

Find out how different models can be used to answer different data analysis questions

Compare models and choose between alternative ones

Discover how different models are unified from a probabilistic perspective

Think probabilistically and benefit from the flexibility of the Bayesian framework

About

The second edition of Bayesian Analysis with Python is an introduction to the main concepts of applied Bayesian inference and its practical implementation in Python using PyMC3, a state-of-the-art probabilistic programming library, and ArviZ, a new library for exploratory analysis of Bayesian models.

The main concepts of Bayesian statistics are covered using a practical and computational approach. Synthetic and real data sets are used to introduce several types of models, such as generalized linear models for regression and classification, mixture models, hierarchical models, and Gaussian processes, among others.

By the end of the book, you will have a working knowledge of probabilistic modeling and you will be able to design and implement Bayesian models for your own data science problems. After reading the book you will be better prepared to delve into more advanced material or specialized statistical modeling if you need to.

Features

A step-by-step guide to conduct Bayesian data analyses using PyMC3 and ArviZ

A modern, practical and computational approach to Bayesian statistical modeling

A tutorial for Bayesian analysis and best practices with the help of sample problems and practice exercises.

好的,这是一份针对一本假想的、专注于高级贝叶斯建模与实践的图书的详细简介,完全不提及您提到的原书内容,旨在呈现一个独立、深入的技术专著形象。 --- 《概率铸造师:面向现代数据科学的高级贝叶斯建模与工程实践》 书籍简介 在这个数据爆炸的时代,理解不确定性不再是一种选择,而是构建可靠、鲁棒预测系统的核心要求。本书《概率铸造师:面向现代数据科学的高级贝叶斯建模与工程实践》并非一本入门指南,它面向的是已经掌握了基础概率论与统计推断,并渴望将贝叶斯方法论推向工业级规模和复杂应用场景的专业人士、数据科学家与研究人员。 本书的核心目标是弥合理论的深度与工程实践的广度之间的鸿沟。我们摒弃了繁琐的数学推导细节,转而聚焦于如何利用最前沿的计算工具和设计模式,构建出能够应对真实世界挑战的复杂概率模型。本书内容结构严谨,从贝叶斯方法的现代计算范式出发,逐步深入到高维、非标准化的复杂模型结构,最终落脚于模型的部署、维护与可解释性。 第一部分:计算范式的基石与高级采样技术(The Computational Bedrock and Advanced Sampling) 本部分重新审视了贝叶斯计算的基础,重点放在现代MCMC(马尔可夫链蒙特卡洛)算法的优化与性能调优上。 章节 1:超越NUTS:随机梯度马尔可夫链的深度探索 我们不满足于标准化的No-U-Turn Sampler(NUTS)。本章详细剖析了Hamiltonian Monte Carlo (HMC) 的变体,特别是针对具有奇异性或稀疏性的后验分布的适应性调整策略。重点讨论了近似No-U-Turn Sampler (aNUTS) 在内存受限环境下的应用,以及如何设计定制化的哈密顿能量函数,以更好地引导采样路径。此外,我们深入探讨了随机梯度HMC (SGHMC) 及其变体(如SGLD),展示了如何将它们有效地应用于大数据集,实现内存效率和收敛速度的平衡。 章节 2:变分推断(VI)的现代工程视角 变分推断被视为MCMC的加速器,但其准确性高度依赖于变分分布的选择。本章侧重于自动微分变分推断 (ADVI) 的底层实现细节,以及如何利用信息几何的视角来指导更复杂的变分族设计,例如流模型(Normalizing Flows)。我们提供了针对特定应用场景(如稀疏矩阵数据)的VI初始化策略,并详细对比了VI的近似误差与MCMC的收敛时间,为决策者提供量化依据。 章节 3:不确定性的量化与模型诊断的工业标准 本书强调,好的模型不仅要能预测,更要能诚实地报告自己的不确定性。我们详细阐述了有效样本量 (ESS) 的精确计算方法,以及如何利用路径图诊断 (Path Diagnostics) 来识别收敛陷阱。关键内容包括后验预测检验 (Posterior Predictive Checks, PPC) 的自动化构建,以及如何利用Watanabe-Akaike Information Criterion (WAIC) 和留一法交叉验证的贝叶斯版本 (LOO-CV) 来进行严格的模型选择。 第二部分:结构化与层次化模型的精深应用(Deep Dive into Structured and Hierarchical Modeling) 本部分将焦点从算法转移到模型构建的艺术,尤其关注那些需要整合多个数据源或处理复杂依赖结构的场景。 章节 4:超大规模层次模型的设计与解耦 标准的层次模型在数据量巨大或层级深度增加时,计算成本会呈指数级增长。本章介绍如何利用局部化(Localization) 技术来解耦超大层次结构。我们展示了如何设计“分块”后验分布 (Chunked Posteriors),并使用分层吉布斯采样 (Hierarchical Gibbs Sampling) 策略,将一个复杂的全局问题分解为多个可并行处理的局部问题。针对时间序列的层次结构,我们探讨了状态空间模型(SSM) 的贝叶斯扩展,重点关注其在金融波动性预测中的应用。 章节 5:因果推断的贝叶斯框架:从潜在结果到结构方程 贝叶斯方法在因果推断中展现出强大的灵活性。本章探讨结构因果模型 (SCMs) 的贝叶斯实现,重点在于如何利用先验信息来稳定对混杂因子 (Confounders) 的估计。我们详细剖析了Do-Calculus 在概率图模型中的嵌入方式,并提供了一个完整的案例研究,说明如何使用贝叶斯网络来推断具有反馈效应的系统中的处理效应。 章节 6:概率矩阵分解与深度生成模型的融合 本章探索如何将经典的概率矩阵分解(如贝叶斯PCA、因子分析)与现代深度学习架构相结合。我们关注贝叶斯深度学习 (BDL) 中的权重不确定性的量化,特别是利用概率图模型(PGM) 来正则化深度网络的隐状态。重点讨论了如何构建结合变分自编码器 (VAE) 和隐马尔可夫模型 (HMM) 的混合模型,以捕捉数据中的非线性动态特征。 第三部分:工程化、部署与高性能计算(Engineering, Deployment, and High-Performance Computation) 本书的高潮在于将复杂的概率模型转化为生产级资产。本部分提供了实用的工程蓝图。 章节 7:模型即代码:贝叶斯模型的工程化流程 我们深入研究模型版本控制和管道化。本章详细介绍了如何使用领域特定语言(DSL)来描述模型结构,并利用编译技术将这些描述转化为高效的C++/CUDA代码。重点是模型可移植性:如何确保一个在研究环境中训练的模型能够无缝迁移到边缘设备或分布式计算集群。 章节 8:分布式贝叶斯推断与近似贝叶斯计算(ABC)的复兴 当数据规模超过单机内存时,分布式采样成为必然。我们介绍了分布式MCMC的同步与异步策略,特别是基于期望传播 (EP) 思想的近似推断方法。此外,本章对近似贝叶斯计算 (ABC) 进行了深入的现代解读,展示了如何利用核函数和深度度量学习来改进ABC的核密度估计步骤,使其在处理高维摘要统计量时依然有效。 章节 9:可解释性与对抗性稳健性:贝叶斯模型的信任度 在关键决策领域,模型必须是可解释的。本章讨论了如何通过贝叶斯模型平均 (BMA) 自动进行特征选择,从而产生一个简洁且具有统计学意义的模型。最后,我们探讨了贝叶斯方法在评估模型对抗性稳健性 (Adversarial Robustness) 中的独特优势——通过后验分布直接量化输入微小扰动对预测结果的影响范围,这比传统梯度敏感度分析更为全面。 --- 读者画像: 本书适合具备扎实的Python编程基础、熟悉至少一种高级科学计算库(如NumPy/SciPy),并且对概率建模有一定实践经验的专业人士。理想的读者可能是高级数据科学家、机器学习工程师、量化分析师,或是希望在研究中采用更严谨不确定性框架的博士生或研究员。阅读本书后,您将能自信地设计、优化和部署最先进的贝叶斯模型,以应对数据科学中最具挑战性的实际问题。

作者简介

Osvaldo Martin

Osvaldo Martin is a researcher at The National Scientific and Technical Research Council (CONICET), in Argentina. He has worked on structural bioinformatics of protein, glycans, and RNA molecules. He has experience using Markov Chain Monte Carlo methods to simulate molecular systems and loves to use Python to solve data analysis problems. He has taught courses about structural bioinformatics, data science, and Bayesian data analysis. He was also the head of the organizing committee of PyData San Luis (Argentina) 2017. He is one of the core developers of PyMC3 and ArviZ.

目录信息

1 Thinking Probabilistically
2 Programming Probabilistically
3 Modeling with Linear Regression
4 Generalizing Linear Models
5 Model Comparison
6 Mixture Models
7 Gaussian Processes
8 Inference Engines
9 Where To Go Next?
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的出版,无疑是给Python在贝叶斯分析领域带来了又一次的飞跃。我尤其欣赏作者在介绍Python库时那种循序渐进的教学方式。他没有直接罗列一堆API,而是选择了一个个经典的贝叶斯模型,然后详细讲解如何使用PyMC3(或PyMCv5,取决于具体版本)来实现这些模型。从最简单的线性回归,到稍微复杂的层次模型,再到更高级的隐马尔可夫模型,每一个案例都精心设计,不仅展示了代码的实现,更重要的是,作者深入剖析了模型背后的贝叶斯逻辑,以及如何解读模型输出的结果。

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对于那些希望深入理解贝叶斯统计,并希望将其应用于实际的Python开发者和数据科学家来说,这本书无疑是一份宝贵的财富。我尤其喜欢作者在附录中提供的补充材料,那些关于概率分布的详细介绍,以及Python中相关函数的用法,都为我的进一步学习提供了坚实的基础。

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这本书的封面设计就透露出一种沉静而深刻的智慧,那种经典的、略带复古的色彩搭配,仿佛在诉说着贝叶斯统计悠久的历史与严谨的学术精神。拿到书的那一刻,一股纸张特有的油墨香扑鼻而来,瞬间勾起了我作为一名深度阅读者的愉悦感。翻开第一页,我便被作者那流畅且充满温度的文字所吸引,它没有普通技术书籍的冰冷与枯燥,反而像是与一位经验丰富的导师在进行一场深度对话。从一开始,作者就非常巧妙地引导我进入贝叶斯的世界,不是直接抛出复杂的公式,而是从贝叶斯定理的核心思想,即如何根据新的证据来更新我们原有的信念,这一点开始,用通俗易懂的例子层层递进,让我这个初学者也感到茅塞顿开。

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读这本书的过程,就像是在进行一场激动人心的探索之旅。作者的叙述方式非常生动,他不仅仅是在讲解理论,更是在分享他的思考过程和实践经验。我喜欢他时不时穿插的“为什么”和“怎么样”,这些追问促使我主动去思考,而不是被动接受。例如,在讲解MCMC(马尔可夫链蒙特卡洛)方法时,作者并没有回避其复杂性,而是通过形象的比喻和直观的图示,将复杂的采样过程分解成易于理解的步骤。

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这本书的价值远不止于代码的实现。作者在探讨每个模型时,都会深入到模型背后的统计学原理,以及它在不同应用场景下的适用性。我被书中关于模型选择和模型比较的章节深深吸引,作者详细介绍了贝叶斯因子等方法,以及如何在实践中运用Python工具来评估不同模型的好坏。这对于我来说,是极大的启发,让我能够更自信地选择最适合我研究问题的统计模型。

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作为一名长久以来被频率学派方法困扰的研究者,这本书的出现简直是久旱逢甘霖。作者在书中巧妙地对比了贝叶斯方法与传统频率派方法的优劣,并详细阐述了贝叶斯方法在处理不确定性、整合先验知识等方面的独特优势。我尤其被作者关于“先验信息”的讨论所打动,他不仅仅是将其视为一个技术性的参数,而是将其上升到了哲学层面,探讨了我们如何科学地、有意识地将已有的知识融入到数据分析的过程中。

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这本书给我的感觉,就像是那位知识渊博的老友,在你遇到瓶颈时,总能适时地伸出援手,提供最恰当的建议。它不仅仅是一本技术手册,更是一本引人深思的著作,它让我对数据分析有了更深刻的理解,也让我对未来如何利用贝叶斯方法解决更复杂的问题充满了信心。

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我必须说,这本书的图表运用简直是教科书级别的典范。作者并非为了图表而图表,每一张图,无论是模型结构图、后验分布的可视化,还是MCMC采样轨迹图,都恰到好处地服务于讲解的目的,将抽象的概念具象化,让原本可能晦涩难懂的知识变得清晰可见。我尤其喜欢书中关于模型诊断的图表,它们直观地展示了模型收敛的情况,为我的实际建模工作提供了宝贵的参考。

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这本书的写作风格,我只能用“匠心独运”来形容。作者在文字的锤炼上,下足了功夫。他能够将复杂的数学概念,用一种极其优雅且富有逻辑的方式呈现出来,使得原本可能让人望而却步的公式,在经过他的阐释后,变得亲切而富有洞察力。我反复阅读了关于变分推断的部分,作者的讲解让我对这一现代贝叶斯推断技术有了全新的认识,甚至对一些之前我一直感到模糊的细节,也豁然开朗。

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从这本书中,我学到的不仅仅是技术。作者在书中,还融入了大量关于科学研究方法论的思考。他引导读者去理解,贝叶斯分析并非仅仅是一种算法,而是一种思维方式,一种处理不确定性的哲学。在处理那些数据稀疏、信息不完整的问题时,贝叶斯方法展现出了无与伦比的优雅与强大,而这本书,正是将这种思维方式与Python实践完美结合的典范。

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