Naives Entscheidungsmodell

Problem

Wie kann OSEG entscheiden ein Projekt zu unterstützen oder nicht?

Die Antwort ist doch klar: wir nutzen unser gesamtes Wissen, wir machen eine Umfrage. Nun sind nicht alle Menschen Experten in Allem. Wie machen wir diese Umfrage so geschickt, dass die Antwort möglichst richtig ist? Diese Frage möchten wir hier beantworten. Und wir müssen auch berücksichtigen dass diese Vorgehensweise technisch möglich ist.

Hintergrund

Diese Aufgabe entstand beim Hackathon 2019. Moe hat ein Verfahren für die Projekt Unterstützung vorgeschlagen. Ich werde hier erstmal mein naives mathematisches Modell dazu erstellen. Es ist naiv, weil ich kein Experte in diesen Aufgaben bin -- welch eine Ironie 😬. Ich werde hier zuerst meine Fragen und Annahmen sammeln und dann gucken was Profis dazu gesagt haben.

Einfaches Problem

Unser model soll zuerst möglichst einfach sein. Wir gehen von $n$ Menschen aus. Alle diese Menschen haben unterschiedlichen Wissenstand. Sie müssen eine Frage mit "ja" oder "nein" beantworten. Diese Antwort kann objektiv korrekt oder falsch sein. Wir müssen diese Antworten so schlau kombinieren, dass unser Ergebnis so korrekt wie möglich ist.

Mathematisches Modell

Mensch

Wir modellieren jeden Menschen durch eine Zufallsvariablen $X_{i}$, $i\in =\{1,,\ldots ,n\}$. Jeder Mensch beantwortet eine Frage mit "ja" oder "nein". Das bedeutet Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle X_i \in \{ja,nein\}} . Um das Modell zu vereinfachen, nehmen wir an, dass die Menschen, die Fragen unabhänging von einenader beantworten.

Wirklichkeit

Wir modellieren die Wirklichkeit, als eine Zufallsvariable Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle W \in \{ja,nein\}} . Sie repräsentiert die richtige Antwort "ja" oder "nein". Bevor wir Menschen fragen, haben wir überhaupt keine Ahnung, was die richtige Antwort ist, daher gilt für die Wahrscheinlichkeit Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(W =ja)=P(W =nein)=1/2} .

Wissen

Jeder Mensch kann unterschiedliches Wissen haben. Das Drucken wir durch unterschiedliche Wahrscheinlichkeit die richtige Antwort zu erraten. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle p_i:= P(X_i =ja|W =ja):=P(X_i = nein|W = nein)} Hier haben wir gleichzeitig eine Annahme gemacht, dass der Mensch gleich gut eine "nein" und eine "ja" Antwort erraten kann.

Weil die Menschen unabhängig von einenader die Frage beantworten gilt für jede Untermengen Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I \subset \{1,\ldots,n\}} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(\bigcap_{i \in I} X_i =ja |W =ja):=\prod_{i \in I} P(X_i = nein|W = nein) }

Entscheidung basierend auf einer Umfrage

Unsere Entscheidung ist eine Funktion Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x_1,\ldots,x_n)} , die von den Menschen Entscheidungen abhängig ist und eine Antwort "ja" oder "nein" zurück gibt.

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \begin{array}{rcl} f:{\{ja,nein}\}^n & \longrightarrow &\{ja,nein\} \\ (x_1,\ldots,x_n) & \mapsto &f(x_1,\ldots,x_n) \end{array} }

Die Entscheidungen aller Menschen können wir mit einer Menge Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle J \subset \{1,\ldots,2\} } ausdrücken. Diese Menge enthält alle Indizes, die die Frage mit "ja" beantwortet haben. Das Komplement dieser Menge Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle J^c \subset \{1,\ldots,2\} } representiert die "nein"-Entscheidungen.

Mathematische Lösung

Nachdem alle Menschen ihre Antworten gegeben haben, können wir berechnen mit welcher Wahrscheinlichkeit deren Antwort "ja" ist: Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(richtige Antwort) = P(W=ja|\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein).} Mit Bayes Formula gilt Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(W=ja|\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein) = \frac{ P(\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein|W=ja)\cdot P(W=ja) }{ P(\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein|W=ja)\cdot P(W=ja) + P(\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein|W=nein)\cdot P(W=nein) }. }

Wir können überall kürzen Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(W=nein) = P(W=nein) = 1/2 } Dann gilt

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(W=ja|\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein) = \frac{ P(\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein|W=ja) }{P(\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein|W=ja)+P(\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein|W=nein) }. } Dadurch, dass die Menschen unabhängign von einander die Etscheidungen treffen gilt:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(W=ja|\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein) = \frac{\prod_{i \in J} P(X_i = ja|W=ja) \prod_{i \in J^c}P(X_i = nein|W=ja) }{\prod_{i \in J} P(X_i = ja|W=ja) \prod_{i \in J^c}P(X_i = nein|W=ja) +\prod_{i \in J} P(X_i = ja|W=nein) \prod_{i \in J^c}P(X_i = nein|W=nein) }. }

Jetzt setzen wird die definierte Wahrscheinlichkeiten für richtige Antworten Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(X_i=ja | W=ja) = P(X_i=nein | W=nein) = p_i } und die damit Wahrscheinlichkeiten für falschen Antworten $P(X_{i}=nein|W=ja)=P(X_{i}=ja|W=nein)=1-p_{i}$ und erhalten

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(W=ja|\bigcap_{i \in J} X_i = ja, \bigcap_{i \in J^c} X_i = nein) = \frac{\prod_{i \in J} p_i \prod_{i \in J^c}(1-p_i) }{\prod_{i \in J} p_i \prod_{i \in J^c}(1-p_i) + \prod_{i \in J}(1- p_i) \prod_{i \in J^c}p_i }. }

Uns interessiert, wenn diese Wahrscheinlichkeit größer ist als die Wahrscheinlichkeit für eine falsche Antwort. Das ist dann Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle P(richtige Antwort) > P(falsche Antwort) \Leftrightarrow P(richtige Antwort) > 1- P(richtige Antwort) \Leftrightarrow P(richtige Antwort) > 1/2.}

Also wenn gilt Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \begin{array}{rrl} & \frac{\prod_{i \in J} p_i \prod_{i \in J^c}(1-p_i) }{\prod_{i \in J} p_i \prod_{i \in J^c}(1-p_i) + \prod_{i \in J}(1- p_i) \prod_{i \in J^c}p_i } & > 1/2 \\ \Longleftrightarrow & \prod_{i \in J} p_i \prod_{i \in J^c}(1-p_i) & > \prod_{i \in J}(1- p_i) \prod_{i \in J^c}p_i. \end{array} }

Notizen

"ja" und "nein" vs "richtig" und "falsch"

Mein erstes Modell war nicht mit "ja" und "nein" sondern mit "richtig" und "falsch". Dieses Modell verleiht dazu, eine Entscheidungsfunktion zu konstruieren die immer "richtig" ist, ohne die Antworten von Experten zu berücksichtigen. Das ist zu unrealistisch. Ich werde später mir dieses Modell nochmal ansehen und Zusammenhang zu dem "ja"-"nein"-Modell analysieren.