Saturday, August 15, 2015

Probabilidades de Trás pra Frente: A Lógica do Teorema de Bayes

Antes de apresentar o Teorema de Bayes, convém relembrar a definição de probabilidade condicional, para destacar a diferença entre este conceito e o próprio teorema.

❗  Definição

A probabilidade condicional de um evento B dado que ocorreu o evento A é a chance de ocorrer B sob a condição de que A tenha ocorrido. Representa-se por P(BA), que se lê: “probabilidade de B dado A”.    

                          

É importante observar que:

🔸   A e B são eventos dependentes.

🔸  O evento A ocorre antes do evento B.

                                      🛑   Exemplo

Uma urna contém cinco bolas que se diferenciam apenas pela cor: duas vermelhas e três azuis. Retiram-se duas bolas sem reposição, uma após a outra.

Pergunta: Qual a probabilidade de a segunda bola ser vermelha, sabendo que a primeira era azul?

Um diagrama de árvore ajuda a visualizar os possíveis desfechos nessa situação. Todas as probabilidades condicionais são indicadas, e a resposta à pergunta está destacada em amarelo.

          

A resposta é dada pela regra da multiplicação de probabilidades para eventos dependentes:

   TEOREMA DE BAYES

⚠️P(BAP(AB) podem parecer símbolos semelhantes, mas representam coisas diferentes. Veja dois exemplos:

1.     Seja A: “ter treinamento técnico”. Seja B: “executar um bom serviço”.

🔸 P(B∣A): probabilidade de executar um bom serviço dado que tem treinamento técnico.

🔸 P(A∣B): probabilidade de ter treinamento técnico dado que executou um bom serviço.

2.     Seja A: “ter sido bom aluno no colegial”. Seja B: “ter sido aprovado no vestibular”.

🔸 P(B∣A): probabilidade de aprovação no vestibular dado que foi bom aluno.

🔸 P(A∣B): probabilidade de ter sido bom aluno dado que foi aprovado no vestibular.

Esses pares de probabilidades aparecem frequentemente em problemas reais. Vamos buscar agora uma fórmula para calcular P(AB).

                  

Igualando as expressões:

Isolando P(AB):

         

🛑 Exemplo – Aplicando o Teorema de Bayes

Vamos voltar ao exemplo das bolas da urna, agora com uma pergunta diferente:

Pergunta: Qual é a probabilidade de a primeira bola retirada ter sido uma bola azul, sabendo que a segunda era vermelha?

Pelo diagrama de árvore, vemos que a segunda bola ser vermelha pode ocorrer de duas maneiras:

                                     ·  Azul e vermelha (A-Z)

                                     ·  Vermelha e vermelha (V-V)

O evento de interesse é: primeira azul dado segunda vermelha, isto é:

Aplicamos o teorema de Bayes. Mas vamos formalizar.

Teorema de Bayes: Sejam A e B dois eventos dependentes que ocorrem em sequência, A antes de B. A probabilidade de ocorrer A sob a condição de B ter ocorrido é dada por: 

Observe o esquema abaixo: está marcado o evento de interesse, que é a probabilidade de ocorrer A dado que B tenha ocorrido. Mas B pode ocorrer de duas maneiras: depois de A e depois de A -traço.


                        
🔔 Interpretação

O Teorema de Bayes inverte a ordem da informação:

      ·  A probabilidade condicional trata de P(BA): probabilidade de ocorrer dado que ocorreu A.

     ·  O Teorema de Bayes trata de  P(AB): probabilidade de ocorrer dado que ocorreu B, ou seja, o reverso da probabilidade condicional.

🛑 Exemplo – Teste do bafômetro

Em uma cidade, o teste do bafômetro é obrigatório.

                  ·      25% dos motoristas bebem antes de dirigir.

                  ·      Dos que bebem, 99% testam positivo.

                  ·      Dos que não bebem, 17% também testam positivo.

Pergunta: Se um motorista testou positivo, qual a chance de ele ter realmente ingerido bebida alcoólica?

Use os eventos: B: bebe; NB: não bebe ;+: teste positivo

A probabilidade pedida é:



  🛑 Exemplo – Corrida de cavalos

Dois cavalos correm: Branco e Negro.

·  Em 12 corridas anteriores, Branco venceu 5 vezes e Negro 7.

·  Em 3 das 5 vitórias de Branco, chovia.

·  Em 1 das 7 vitórias do Negro, também chovia.

Está chovendo agora. Qual a probabilidade de Branco vencer?

O que queremos é:

Use os dados no diagrama de árvore para encontrar a probabilidade: 3/4.


                        **************************

Nota: 1. Thomas Bayes (1702-1761) foi um pastor presbiteriano e matemático inglês, conhecido por ter formulado o caso especial do teorema de Bayes. 
      


10 comments:

Mbuku Ditutala said...
This comment has been removed by the author.
Mbuku Ditutala said...

Espectacular explicação do teorema de Bayes. Parabéns!!!!

Unknown said...

O resposta da urna não é 3/10 ?

Unknown said...

Amei a explicação!!!

Sonia Vieira said...

Obrigada, João, pela dica.Acho que agora está bem.

Unknown said...

a pergunta sobre o exercício do bafômetro esta meio equivocado, acho q a pergunta n coincide com a resposta dada, a resposta da pergunta ja esta no desenho do diagrama. "qual a probabilidade de dar positivo sendo que ele nao bebeu" e a probabilidade disso esta no diagrama

Sonia Vieira said...

Tem razão, Caroline, a questão estava incorreta. Obrigada.

Unknown said...

Parabéns pela ótima explicação. Isto me ajudou muito. Seu talento é muito raro pois pouquíssimas pessoas conseguem explicar algo complexo tão facilmente.

Sonia Vieira said...

Obrigada, é o ofício de professora que, para mim, demanda mais transpiração do que inspiração.

David Washington B.A. said...

Acho q o evento de interesse é as pessoas que não bebem e positivarem o bafômetro, nesse caso colocar 0,1275 no nominador, do modo que fique: 0,1275/ 0,3750 = 34%, faz sentido?