refactor(topics): 멀티 에이전트용 지식 재편 — _Common(공통 기본기) + Domain_* 구조
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id: wiki-2026-0508-bayesian-inference
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title: Bayesian Inference
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category: 10_Wiki/Topics
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status: verified
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canonical_id: self
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aliases: [Bayesian Inference, Bayesian Statistics, Posterior Inference]
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confidence_score: 0.95
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verification_status: applied
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tags: [statistics, ml, probabilistic, mcmc]
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raw_sources: []
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github_commit: pending
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tech_stack:
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language: python
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framework: pymc,numpyro,stan
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# Bayesian Inference
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## 매 한 줄
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> **"매 prior + likelihood = posterior — 매 belief 의 evidence 에 의해 의 update"**. Bayes 1763 의 origin, 20세기 frequentist 의 dominance, 2026 의 NumPyro/PyMC + GPU MCMC + variational inference 의 mainstream — 매 LLM uncertainty quantification 의 backbone.
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## 매 핵심
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### 매 Bayes rule
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P(θ|D) = P(D|θ) P(θ) / P(D)
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- **P(θ)**: prior — 매 data 이전 의 belief.
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- **P(D|θ)**: likelihood — 매 model 의 data fit.
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- **P(θ|D)**: posterior — updated belief.
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- **P(D)**: evidence (marginal likelihood).
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### 매 4 inference 방법
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- **Conjugate**: closed-form (Beta-Bernoulli · Gaussian-Gaussian).
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- **MCMC**: HMC · NUTS · Gibbs — exact (asymptotic) · slow.
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- **Variational (VI)**: posterior 의 simpler family 의 approximate — fast · biased.
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- **Sequential MC**: particle filter — 매 streaming · state-space.
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### 매 응용
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1. A/B test (Bayesian alternative 의 frequentist).
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2. Hierarchical model (분류 multi-level).
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3. ML calibration · uncertainty (BNN · Gaussian process).
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4. LLM logit calibration · RAG confidence.
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## 💻 패턴
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### NumPyro: Bayesian linear regression (NUTS)
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```python
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import numpyro
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import numpyro.distributions as dist
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from numpyro.infer import NUTS, MCMC
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import jax.numpy as jnp
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import jax.random as random
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def model(X, y=None):
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alpha = numpyro.sample("alpha", dist.Normal(0., 10.))
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beta = numpyro.sample("beta", dist.Normal(jnp.zeros(X.shape[1]), 1.))
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sigma = numpyro.sample("sigma", dist.HalfNormal(1.))
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mu = alpha + X @ beta
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numpyro.sample("obs", dist.Normal(mu, sigma), obs=y)
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mcmc = MCMC(NUTS(model), num_warmup=1000, num_samples=2000, num_chains=4)
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mcmc.run(random.PRNGKey(0), X, y)
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mcmc.print_summary()
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```
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### PyMC: Bayesian A/B test (Beta-Bernoulli)
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```python
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import pymc as pm
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with pm.Model():
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p_a = pm.Beta("p_a", alpha=1, beta=1)
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p_b = pm.Beta("p_b", alpha=1, beta=1)
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pm.Binomial("obs_a", n=n_a, p=p_a, observed=conv_a)
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pm.Binomial("obs_b", n=n_b, p=p_b, observed=conv_b)
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diff = pm.Deterministic("lift", p_b - p_a)
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||||
idata = pm.sample(2000, tune=1000, chains=4)
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prob_b_better = (idata.posterior["lift"] > 0).mean().item()
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```
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### Hierarchical model (varying intercept)
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```python
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def hierarchical(X, group_idx, y=None, n_groups=10):
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||||
mu_a = numpyro.sample("mu_a", dist.Normal(0., 5.))
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||||
sigma_a = numpyro.sample("sigma_a", dist.HalfNormal(1.))
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||||
a = numpyro.sample("a", dist.Normal(mu_a, sigma_a).expand([n_groups]))
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||||
beta = numpyro.sample("beta", dist.Normal(0., 1.))
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||||
sigma = numpyro.sample("sigma", dist.HalfNormal(1.))
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||||
mu = a[group_idx] + beta * X
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||||
numpyro.sample("obs", dist.Normal(mu, sigma), obs=y)
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```
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### Variational inference (SVI)
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```python
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from numpyro.infer import SVI, Trace_ELBO
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from numpyro.infer.autoguide import AutoNormal
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guide = AutoNormal(model)
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||||
svi = SVI(model, guide, numpyro.optim.Adam(1e-3), Trace_ELBO())
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state = svi.init(random.PRNGKey(0), X, y)
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for i in range(2000):
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state, loss = svi.update(state, X, y)
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params = svi.get_params(state)
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```
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### Conjugate update (Beta-Bernoulli online)
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```python
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class BetaBernoulli:
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def __init__(self, alpha=1, beta=1):
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self.alpha, self.beta = alpha, beta
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def update(self, success: bool):
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self.alpha += int(success)
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self.beta += int(not success)
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def mean(self): return self.alpha / (self.alpha + self.beta)
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def credible_interval(self, q=0.95):
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from scipy.stats import beta
|
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return beta.interval(q, self.alpha, self.beta)
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```
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### Bayesian neural net (Pyro Bayesian layer)
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```python
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import torch
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import pyro
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import pyro.nn as pnn
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class BNN(pnn.PyroModule):
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||||
def __init__(self, in_d, out_d):
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super().__init__()
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||||
self.linear = pnn.PyroModule[torch.nn.Linear](in_d, out_d)
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||||
self.linear.weight = pnn.PyroSample(dist.Normal(0., 1.).expand([out_d, in_d]).to_event(2))
|
||||
self.linear.bias = pnn.PyroSample(dist.Normal(0., 1.).expand([out_d]).to_event(1))
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||||
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||||
def forward(self, x, y=None):
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||||
mean = self.linear(x).squeeze(-1)
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||||
with pyro.plate("data", x.shape[0]):
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||||
pyro.sample("obs", dist.Normal(mean, 0.1), obs=y)
|
||||
return mean
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```
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## 매 결정 기준
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| 상황 | Method |
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|---|---|
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| Conjugate model · streaming | Conjugate update |
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| 매 small model · accurate posterior | NUTS/HMC |
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| Large data · fast approx | SVI · ADVI |
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| State-space · time-series | Particle filter |
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| Deep model · scale | BNN + variational · MC dropout |
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| 매 hyperparameter optimization | Gaussian process + acquisition |
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**기본값**: NumPyro + NUTS — 매 GPU/JAX 의 fast.
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## 🔗 Graph
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- 부모: [[Probability Theory]] · [[Statistical Inference]]
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- 변형: [[MCMC]] · [[Variational Inference]]
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- 응용: [[Belief-System]]
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- Adjacent: [[Causal Inference]]
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## 🤖 LLM 활용
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**언제**: model 의 prior · likelihood 의 spec 의 draft, posterior plot 의 interpret, NumPyro/PyMC code 의 generate.
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**언제 X**: 매 convergence diagnostic (R-hat · ESS · trace plot) — LLM 의 statistical judgment 의 unreliable, statistician 의 review 의 require.
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## ❌ 안티패턴
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- **Flat prior 의 always**: weak data + flat prior → unstable posterior. Weakly informative prior 의 use.
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- **No convergence check**: R-hat > 1.01 · ESS < 400 → posterior 의 invalid.
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- **Single chain MCMC**: multi-chain 의 mix check 의 mandatory.
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- **Posterior point-estimate 의 only**: 매 distribution 의 entirety 의 use — credible interval · posterior predictive.
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## 🧪 검증 / 중복
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- Verified (Gelman *Bayesian Data Analysis* 3rd, NumPyro/PyMC/Stan docs, McElreath *Statistical Rethinking* 2nd).
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- 신뢰도 A.
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## 🕓 Changelog
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| 날짜 | 변경 |
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|---|---|
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| 2026-05-08 | Phase 1 |
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| 2026-05-10 | Manual cleanup — Bayes rule + 4 methods + NumPyro/PyMC patterns |
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Reference in New Issue
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