Der Bayes'sche
Ansatz
Der Bayes'sche Ansatz gibt die Wahrscheinlichkeit
dafür an, ob ein Kandidat zur Gruppe der gesuchten Merkmalsträger
gehört unter der Bedingung, daß der Kandidat ein Kriterium erfüllt
und er willkürlich aus der Population herausgegriffen wird. Voraussetzung
ist lediglich, daß folgende Informationen gegeben sind oder angenommen
werden können:
| Kürzel |
Bedeutung |
| p(m+) |
Merkmalsträger-Rate in der Population |
| p(m-) |
Kein Merkmalsträger-Rate in der Population p(m-)=
1 - p(m+) |
| p(v+|m+) |
Verfahrenspositiv-Rate unter den Merkmalsträgern
(Treffer-Rate I) |
| p(v+|m-) |
Verfahrenspositiv-Rate unter den Nichtmerkmalsträgern
(Fehler-Rate I) |
| p(v-|m+) |
Verfahrensnegativ-Rate unter den Merkmalsträgern
(Fehler-Rate II) |
| p(v-|m-) |
Verfahrensnegativ-Rate unter den Nichtmerkmalsträgern
(Treffer-Rate II) |
wobei bedeute:
| m =: Merkmal |
v =: Verfahren |
| m+ =: Merkmalsträger |
v+ =: Verfahrens-Positiv |
| m- = Kein Merkmalsträger |
v- =: Verfahrens-Negativ |
Damit kann nun ein Schema wie folgt gebildet werden:
| Merkmalsträger \ Verfahren |
Verfahrens-Positiv v+ |
Verfahrens-Negativ v- |
|
| Merkmalsträger m+ |
p(m+v+)
|
p(m+v-)
|
p(m+) |
| Nicht-Merkmalsträger m- |
p(m-v+)
|
p(m-v-)
|
p(m-) |
|
p(v+)
|
p(v-)
|
1 |
Dies führt
zur Bayes-Formel:
p(m+)* p(v+|m+)
p(m+|v+) = _______________________________
p(m+)*p(v+|m+) + p(m-)*p(v+|m-)
|
1. Anwendungs-Beispiel tbc-Test nach GOLDBERG
1973 S.97
Von tbc Kranken werden p(v+|m+)=
.90 durch Röntgen entdeckt,
p(v-|m+)= .10 bleiben unentdeckt
Von den tbc-Freien werden p(v-|m-)= .99
als solche erkannt,
p(v+|m-)= .01 falsch verdächtigt.
tbc Rate der Population p(m+) =
.001
p(m+v+) = .001 *.90 =.00090 (tbc-Träger und röntgen-positiv)
p(m+v-) = .001 *.10 =.00010 (tbc-Träger und
Nicht-röntgen-positiv)
p(m-v+) = .999 *.01 =.00999 (Kein tbc-Träger
und röntgen-positiv)
p(m-v-) = .999 *.99 =.98901 (Kein tbc-Träger
und nicht-röntgen-positiv)
| Merkmalsträger \ Verfahren |
röntgen-positiv |
röntgen-negativ |
|
| tbc |
.00090
|
.00010
|
.001 |
| Nicht-tbc |
.00999
|
.98901
|
.999 |
|
.01089
|
.98911
|
1.000 |
Einsetzen in
p(m+)* p(v+|m+)
p(m+|v+) = -------------------------------
p(m+)* p(v+|m+)+ p(m-)* p(v+|m-)
ergibt
.001 * .90
p(m+|v+) = -------------------------------
.001 * .90 + .999 * .01
p(m+|v+) = .0009/(.0009 + .00999)
p(m+|v+) = .0009/.01089
p(m+|v+) = .083
Traditionelle
Bayes'sche Ergebnis-Interpretation:
| Die Wahrscheinlichkeit, daß jemand,
der willkürlich aus Population herausgegriffen wird, tatsächlich
an tbc erkrankt, wenn er röntgenpositiv ist, ist p=0,083 oder
8,3%. |
Man kann nun darüber streiten, ob diese traditionelle Ergebnisinterpretation
so sinnvoll ist. Die meist unerwartet kleine Zahl suggeriert, als sei es
sehr schwierig, einen Merkmals- Befund zu diagnostizieren:
Warnung
| Das Bayes'sche Theorem wird manchmal
auch benutzt, um zu überraschen und den gesunden Menschenverstand,
der trotz (oder gerade auch ;-)) Wissenschaft, Statistik und Bayes natürlich
seine Berechtigung hat - neben seinen Fehlern, Mängeln und Schwächen
- zu erschüttern, weil viele Ergebnisse schwer zu glauben sind bzw.
sich teilweise sogar paradox anhören. Das ist meist dann der Fall,
wenn ein Merkmal in einer Population eine extreme Verteilung vom Typ 1
: 100 oder noch ausgeprägter hat. Nicht selten kommt das ungläubige
Moment, gegen das sich unser Verstand und unsere Erfahrung sträubt,
daher, daß zwei Sachverhalte vermischt werden, die in unserer Anschauung
wenig oder keinen Erfahrungsfokus haben. Auch mit fast 100% treffsicheren
Tests erzielt man bei einer solchen verschränkten Betrachtung tendenziell
eher unwahrscheinliche und dem gesunden Mesnchenverstand und der Ewartung
daher widersprechend anmutende Ergebnisse. |
Würfelte man in unserem Beispiel, ob jemand rönten-positiv
ist, so wäre die Chance 1:1000.
Setzt man die diagnostische Wahrscheinlichkeit unter der Bedingung,
daß jemand röntgen- positiv ist p(v+|m+) = 0,083 zur Würfelwahrscheinlichkeit
p=(m+) = 0,001 in Beziehung, so ergibt sich, daß die Wahrscheinlichkeit
durch das Diagnoseverfahren Röntgen um das 0,083/ 0,001 = 83-fache
verbessert wird. Und diese Betrachtung stimmt nun wieder sehr gut mit unserer
Intuition und dem gesunden Menschenverstand überein. Die Validitäts-Trefferquote
war im Beispiel 90%, d.h. die Fehler- oder Irrtumsrate 10%. Anders gesagt:
Von 10 tbc Kranken werden nach den obigen Voraussetzungen 9 entdeckt, einer
wird falschlicherweise nicht erkannt. Hinzu kommt der 2.
Fehlertyp der Falsch Positiv Diagnostizierten.
Und
die Konsequenzen für Validitätsangaben: Müßte man
nicht für jeden Test fünf Gütemaße (Validitäten)
angeben?, nämlich:
-
Richtige Diagnosen bei denen, die das Merkmal haben: p (D=wahr: X hat M).
[Sensititvität = p(positives Testergebnis | Merkmalsträger)]
-
Falsche Diagnosen derer, die das Merkmal haben: p (D=falsch: X hat M)
-
Richtige Diagnosen bei denen, die das Merkmal nicht haben: p (D=wahr: X
hat M nicht). [Spezifität = p(negatives Testergebnis | kein Merkmalsträger)]
-
Falsche Diagnosen derer, die das Merkmal nicht haben p(D=falsch:
X hat M nicht)
-
Gesamtmaß, das 1-4 zueinander in beziehung setzt und einer Zahl trefflich
ausgedrückt wird.
|
Hierfür spricht sich auch Massimo Piatelli-Palmarini (dt. 1997,
S. 102) aus.
Literaturhinweise
Bayes, Thomas (1763).
An essay towards solving a problem in the doctrine of chances, in: Philosophical
Transactions of the Royal Society of London 53, p. 370-418. Deutsche Übersetzung
von H.E. Timerding in Ostwald's Klassiker der exakten Naturwissenschaften
Nr. 169, Leipzig 1908, speziell 12-20. Neu abgedruckt in: Schneider, Ivo
(1988, Hrsg.), S. 135-144.
Borovcnik, M. (1984). Was bedeuten
statistische Aussagen. Schriftenreihe Didaktik der Mathematik Bd. 8. Stuttgart:
Teubner.
Goldberg,
Samuel (dt. 4A. 1973). Die Wahrscheinlichkeit. Eine Einführung in
die Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik. Braunschweig: Vieweg.
Kleiter, Gernot D. (1981).
Bayes-Statistik. Grundlagen und Anwendungen.Berlin: de Gruyter.
Kremer, Erhard
(2005). Einführung in die Mathematik der Bayes Statistik für
Aktuare und Andere. Berlin: Logos [(ISBN 3-8325-1061-3]
Piatelli-Palmarini,
Massimo (dt. 1997, ital. 1993 ). Der Trug-Schluß der Fast-Gewißheit.
Folgekapitel von: Wie man das Unbekannte aufgrund des Bekannten errechnet
oder Die Bayesche Formel. In: Die Illusion zu wissen. Was hinter
unseren Irrtümern steckt. Reinbek: Rowohlt.
Schneider, Ivo (1988, Hrsg.).
Die Entwicklung der Wahrscheinlichkeitstheorie von den Anfängen bis
1933. Einführungen und Texte. Darmstadt: Wiss. Buchgesellschaft.
Stelzl, Ingeborg (1982). Fehler
und Fallen in der Statistik für Psychologen, Pädagogen und Sozialwissenschaftler.
Bern: Huber.
Wickmann, Dieter
(1990). Bayes-Statistik. Einsicht gewinnen und Entscheiden bei Unsicherheit.
Mathematische Texte Bd. 4. Hrsg. von N. Knoche und H. Scheid. Mannheim:
BI.
Querverweise
Standort: Das Bayes'sche Theorem.
*
Extern: http://de.wikipedia.org/wiki/Bayes
Überblick: Wissenschaft in der IP-GIPT
Überblick
Statistik in der IP-GIPT * Beweis
und beweisen in der Statistik
Der Signifikanztest in
der Wissenschaft, Psychologie, klinischen und Psychotherapieforschung.
* Der
Fehlerfall in der schließenden Statistik
* Das
Fehler- Paradigma in der Diagnostik * Prognosen
in der Forensischen Psychiatrie * Trugschlüsse
in
der Statistik * Heilkundeparadigma:
Iatrogenie
- Krank durch Behandlung. Fehler, Behandlungsfehler, Kunstfehler.
* Reader zu den Grundlagen der Statistik: Günter
Bamberg: Verschiedene Auffassungen von Statistik und die Auffassung der
statistischen Entscheidungstheorie. * Probleme
der Differentialdiagnose und Komorbidität aus Sicht der Allgemeinen
und Integrativen Psychotherapie. * Vergleichen
- eine bislang wenig beachtete kognitive Grundfunktion
* Vergleichen von Psychotherapiesystemen
Glossar, Anmerkungen, Endnoten
1) GIPT= General and
Integrative
Psychotherapy,
internationale Bezeichnung für Allgemeine und Integrative Psychotherapie.
___
2) Thomas Bayes (1702-1761),
britischer Theologe und presbyterianscher Geistlicher mit großen
matematischen Interessen. Seit 1742 Fellow der Royal Society, Verteidiger
des Newton'schen Infinitesimalkalküls gegen die Angriffe von Bischof
Berkeley (idealistischer Erkenntnistheoretiker).
Berühmt durch sein 1763 posthum veröffentlichte inzwischen
für zunehmend wichtiger erkanntes und nach ihm benanntes Bayes'sche
Theorem, das den derzeit klassischen und angloamerikanisch favorisierierten
Ansatz von Pearson und Neyman ergänzt bzw. sogar ersetzt. Während
der klassische Ansatz nach der Wahrscheinlichkeit - interpretiert als Grenzwert
relativer Häufigkeiten - von Ereignissen fragt, gibt
Bayes eine Antwort auf die Frage nach der Wahrscheinlichkeit von Hypothesen
(Mutmaßungen, Glauben, Überzeugung, Annahmen). Wahrscheinlich
ist es nicht sinnvoll, beide Wahrscheinlichkeitsansätze einander gegenüber
zustellen, sondern sie als sich wechselseitig ergänzend zu betrachten.
Wir Integrativen bevorzugen ja traditionell lieber ein sowohl als auch
statt
ein entweder oder.
___
Zitierung
Sponsel, R. (DAS). Das
Bayes'sche Theorem. Abteilung Arbeiten zur Definitionslehre, Methodologie,
Meßproblematik, Statistik und Wissenschaftstheorie besonders in Psychologie,
Psychotherapie und Psychotherapieforschung. Internet
Publikation für Allgemeine und Integrative Psychotherapie
IP-GIPT. Erlangen: http://www.sgipt.org/wisms/statm/bayes-1.htm
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Änderungen: Wird gelegentlich
ergänzt: Anregungen, Ergänzungen
und Kritik willkommen
08.04.09 Links.
19.09.04 Hinweis
auf Sensitivität und Spezifität.
09.03.04 Fehler in Zelle, 3. Tabelle, korrigiert.
Falsch:
p(m+v-). Richtig: p(m-v-). Danke an W. Baier.
05.11.03 Link zu Überblick
Statistik in der IP-GIPT
14.09.03 a) Literaturaufnahme Piatelli-Palmarini,
Massimo (dt. 1997, ital. 1993 ) wegen Zitat S. 102
b) Linkhinweis Beweis und beweisen in der Statistik
15.08.03 Ergänzungen Links (Fehlerparadima
Diagnostik, Heilkundeparadigma, extern: http://de.wikipedia.org/wiki/Bayes,
Entscheidungstheorie [Bamberg]) und Literatur (Borovcnik, Stelzl).