MCMC: Markov Zinciri Monte Carlo — Bayes Çıkarımının Motoru
Karmaşık olasılık dağılımlarından örnek almak çoğu zaman imkansızdır. MCMC, "rastgele yürüyüş" yaparak bu sorunu çözer.

Problem: dağılımın şekli karmaşık
Diyelim ki Bayes teoremi gereği şu posterior dağılımı hesaplamak istiyoruz:
Pay kolay; payda ise:
Bu integral genelde kapalı formda çözülemez. Hatta sadece numerik değerini hesaplamak bile zor — binlerce boyutlu olabilir.
Ama paradoks şu: payı her zaman hesaplayabiliriz (orana kadar). MCMC bunu kullanır.
Monte Carlo fikri
Bir integrali çözmek yerine, dağılımdan örnek al ve örneklerle ortalama hesapla:
Ama nasıl örnek alacağız? Bilinmeyen, normalize edilmemiş bir dağılımdan...
Markov zinciri trüğü
Fikir (Metropolis, 1953): rastgele yürüyüş tasarla — öyle ki uzun vadeli denge dağılımı tam olarak istediğin olsun.
Yürüyüş zaten dağılıma "yerleştiği" için, sonradan gelen adımlar örnek olur.
Metropolis-Hastings algoritması
- Başla: (rastgele).
- Her adımda:
- Öner: (komşu nokta).
- Oran hesapla: .
- (Pay/payda sadeleşir — normalize sabit kaybolur!)
- Kabul: olasılıkla .
- Reddet: aksi halde .
Birkaç bin adım sonra: örnekler tam olarak posterior'dan geliyor.
Neden çalışır?
Detailed balance (ayrıntılı denge):
Bu koşul sağlanırsa, zincirin durağan dağılımı olur. Metropolis-Hastings kabul oranı tam olarak bu koşulu sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Gibbs sampling
Özel hâli: koordinat-koordinat örnekle. ise:
- ...
Şartlı dağılımlar kolaysa (örn. konjuge), Gibbs çok pratik.
Modern varyantlar
- HMC (Hamiltonian MC): gradient kullanır, çok daha hızlı — Stan ve PyMC kullanır.
- NUTS (No-U-Turn Sampler): HMC'nin otomatik versiyonu.
- Langevin MC: gradient + gürültü, diffusion modellerle bağlantılı.
- Parallel tempering: çoklu sıcaklıkta zincirler.
Pratik kullanım
- Bayes regresyon: parametrelerin posterior'u.
- Hierarşik modeller: çok seviyeli yapılar.
- Bayes derin öğrenme: ağ ağırlıkları için belirsizlik.
- Fizik: spin glass, kafes QCD.
- Genetik: filogenetik ağaç çıkarımı.
- Diffusion: Langevin dinamikleri MCMC'nin akrabası.
Sorunlar
- Mixing: zincir hızlı dolaşmazsa yavaş.
- Burn-in: ilk N örnek atılır (henüz dengeye gelmemiş).
- Otokorelasyon: ardışık örnekler bağımsız değil — efektif örneklem sayısı az.
- Yüksek boyut: zorlaşır (HMC bunda iyi).
- Multimodal: birden fazla mod varsa zincir takılabilir.
Tanı
- Trace plot: zincirin zaman seyri.
- R-hat (): çoklu zincirler aynı dağılıma mı gidiyor? (~1.0 olmalı)
- ESS (Effective Sample Size): bağımsız örneğe denk gelen.
Kapanış
MCMC sade ama güçlü: rastgele yürüyüşle integralleri çöz. Bayes çıkarımının modern hesaplama motoru — 1953'ten bugün diffusion modellerine kadar yaşıyor.
Etiketler
Kendinizi Test Edin
Cevaplarınız profilinizde istatistik olarak saklanır.
1. MCMC neyi çözer?
2. Metropolis-Hastings kabul oranı neden çalışır?
3. Normalize sabit (Z) neden sorun değil?
4. HMC ne yapar?
5. R-hat tanısı?
İlgili Yazılar
Patates Paradoksu: 100 Kilo Patates Biraz Kuruyunca Neden 50 Kiloya Düşer?
100 kilo patatesiniz var ve %99’u sudan oluşuyor. Biraz beklettiniz, su oranı %98’e düştü. Şimdi patatesler kaç kilo? Sezginiz "neredeyse 100" diyor. Doğru cevap ise tam 50 kilo — ve bu, oranların ne kadar aldatıcı olduğunu gösteriyor.
MatematikLanchester’ın Savaş Yasaları: Bir Ordunun Gücü Neden Asker Sayısının Karesiyle Artar?
İki ordu çarpışırken sonucu ne belirler? Sezgi "daha kalabalık olan kazanır" der. Ama bir mühendis, modern savaşta sayısal üstünlüğün etkisinin doğrusal değil, asker sayısının karesiyle orantılı olduğunu gösterdi. Bu, neden "böl ve yönet" işe yaradığını açıklar.
Matematik"Yüzde 30 Yağmur İhtimali" Tam Olarak Ne Demek? Çoğu Kişi Yanlış Anlıyor
Hava durumu "bugün yüzde 30 yağmur ihtimali" dediğinde ne anlıyorsunuz? Gökyüzünün yüzde 30’u mu kapanacak? Günün yüzde 30’unda mı yağacak? Aslında ikisi de değil — ve gerçek anlamı, olasılığın ne kadar incelikli olduğunu gösteriyor.