NAME: Alexander Jenson
EXERCISE 1
x <- c(rep(0.01,26), rep(0.01,6), rep(0.021,2), rep(0.01,10), 0.022, rep(0.041,2), rep(0.024,2), rep(0.01,7), 0.014, 0.043, 0.08, 0.082, rep(0.038,2), 0.027, rep(0.01,6), 0.025, 0.037, 0.11, 0.18, 0.081, rep(0.039,2), 0.013, rep(0.01,5), 0.026, 0.036, 0.079, 0.09, rep(0.04,2), 0.016, rep(0.01,7), 0.015, 0.044, 0.078, 0.04, 0.018, rep(0.01,8), rep(0.019,2), rep(0.042,2), 0.016, rep(0.01,55))
priorMat <- matrix(x, nrow=13) / 3
priorMat
## [,1] [,2] [,3] [,4] [,5]
## [1,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [2,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [3,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [4,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [5,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.004666667
## [6,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.007333333 0.014333333
## [7,] 0.003333333 0.003333333 0.007000000 0.013666667 0.026666667
## [8,] 0.003333333 0.003333333 0.007000000 0.013666667 0.027333333
## [9,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.008000000 0.012666667
## [10,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.008000000 0.012666667
## [11,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.009000000
## [12,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [13,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [,6] [,7] [,8] [,9] [,10]
## [1,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [2,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [3,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [4,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [5,] 0.008333333 0.008666667 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [6,] 0.012333333 0.012000000 0.005000000 0.006333333 0.003333333
## [7,] 0.036666667 0.026333333 0.014666667 0.006333333 0.003333333
## [8,] 0.060000000 0.030000000 0.026000000 0.014000000 0.003333333
## [9,] 0.027000000 0.013333333 0.013333333 0.014000000 0.003333333
## [10,] 0.013000000 0.013333333 0.006000000 0.005333333 0.003333333
## [11,] 0.013000000 0.005333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [12,] 0.004333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [13,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [,11] [,12] [,13]
## [1,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [2,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [3,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [4,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [5,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [6,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [7,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [8,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [9,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [10,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [11,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [12,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
## [13,] 0.003333333 0.003333333 0.003333333
sum(priorMat)
## [1] 1
oceanData <- data.frame(index=c(1:169),
longitude=rep(c(1:13),each=13),
latitude=rep(c(1:13),13),
Day0prob=c(priorMat))
oceanData[10,]
## index longitude latitude Day0prob
## 10 10 1 10 0.003333333
oceanData[,2]
## [1] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
## [24] 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4
## [47] 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6
## [70] 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8
## [93] 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
## [116] 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11
## [139] 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13
## [162] 13 13 13 13 13 13 13 13
oceanData[10,2]
## [1] 1
maxArea <- which.max(oceanData$Day0prob)
maxArea
## [1] 73
oceanData[maxArea,]
## index longitude latitude Day0prob
## 73 73 6 8 0.06
suppressPackageStartupMessages(library(ggplot2))
ggplot(oceanData, aes(x = longitude, y = latitude)) + geom_raster(aes(fill = Day0prob)) + scale_fill_gradientn(colours=c("#4B0082", "#0000FF", "#00FF00", "#FFFF00", "#FF9900","#FF0000"))
EXERCISE 2
\(P(A_{73}) = 0.06\)
\(P(F_{73}|A_{73}) = \frac{1}{4}\)
\(P(F_{73}|A_{73}^c) = 1\)
\[\begin{split} P(F_{73}) & = P(F_{73}|A_{73})P(A_{73}) + P(F_{73}|A_{73}^c)P(A_{73}^c) \\ & = \frac{1}{4}*(0.06) + 1*(0.94) \\ & = 0.955 \end{split}\]
\[\begin{split} P(A_{73} | F_{73}) & = \frac{P(F_{73} | A_{73})P(A_{73})}{P(F_{73})} \\ & = \frac{(0.25)(0.06)}{(0.955)} & = 0.01570681 \end{split}\]
\[\begin{split} P(A_{74} | F_{73}) & = \frac{P(F_{73} | A_{74})P(A_{74})}{P(F_{73})} \\ & = \frac{(1)(0.027)}{0.955} \\ & = 0.028272 \end{split}\]
Area 73 was more likely than Area 74 a priori (0.06 v. 0.027), but after F73, Area 74 is more likely (0.028272 v. 0.014325)
EXERCISE 3
prior <- oceanData$Day0prob
area <- 73
day <- 1
prior[1]
## [1] 0.003333333
prior[73]
## [1] 0.06
probFail <- (day/(day+3))*prior[area] + (1-prior[area])
posterior = (1*prior)/probFail
posterior[area] = ((day/(day+3))*prior[area])/probFail
print(posterior)
## [1] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [6] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [11] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [16] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [21] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [26] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [31] 0.003490401 0.003490401 0.007329843 0.007329843 0.003490401
## [36] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [41] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.007678883
## [46] 0.014310646 0.014310646 0.008376963 0.008376963 0.003490401
## [51] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [56] 0.003490401 0.004886562 0.015008726 0.027923211 0.028621291
## [61] 0.013263525 0.013263525 0.009424084 0.003490401 0.003490401
## [66] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.008726003
## [71] 0.012914485 0.038394415 0.015706806 0.028272251 0.013612565
## [76] 0.013612565 0.004537522 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [81] 0.003490401 0.003490401 0.009075044 0.012565445 0.027574171
## [86] 0.031413613 0.013961606 0.013961606 0.005584642 0.003490401
## [91] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [96] 0.003490401 0.005235602 0.015357766 0.027225131 0.013961606
## [101] 0.006282723 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [106] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.006631763
## [111] 0.006631763 0.014659686 0.014659686 0.005584642 0.003490401
## [116] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [121] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [126] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [131] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [136] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [141] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [146] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [151] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [156] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [161] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
## [166] 0.003490401 0.003490401 0.003490401 0.003490401
sum(posterior)
## [1] 1
posterior[73]
## [1] 0.01570681
searchProb <- function(prior, area, day){
probFail <- (day/(day+3))*prior[area] + (1-prior[area])
posterior <- (1*prior)/probFail
posterior[area] <- ((day/(day+3))*prior[area])/probFail
return(posterior)
}
oceanData$Day1prob = searchProb(prior=oceanData$Day0prob, area=73, day=1)
ggplot(oceanData, aes(x=longitude, y=latitude)) +
geom_raster(aes(fill = Day1prob)) +
scale_fill_gradientn(colours=c("#4B0082", "#0000FF", "#00FF00", "#FFFF00", "#FF9900","#FF0000"))
EXERCISE 4
next_ind = which.max(oceanData$Day1prob)
oceanData$Day2prob = searchProb(prior=oceanData$Day1prob, area = next_ind, day = 2)
ggplot(oceanData, aes(x=longitude, y=latitude)) +
geom_raster(aes(fill = Day2prob)) +
scale_fill_gradientn(colours=c("#4B0082", "#0000FF", "#00FF00", "#FFFF00", "#FF9900","#FF0000"))
next_ind = which.max(oceanData$Day2prob)
oceanData$Day3prob = searchProb(prior=oceanData$Day2prob, area = next_ind, day = 3)
ggplot(oceanData, aes(x=longitude, y=latitude)) +
geom_raster(aes(fill = Day3prob)) +
scale_fill_gradientn(colours=c("#4B0082", "#0000FF", "#00FF00", "#FFFF00", "#FF9900","#FF0000"))
next_ind = which.max(oceanData$Day3prob)
oceanData$Day4prob = searchProb(prior=oceanData$Day3prob, area = next_ind, day = 4)
ggplot(oceanData, aes(x=longitude, y=latitude)) +
geom_raster(aes(fill = Day4prob)) +
scale_fill_gradientn(colours=c("#4B0082", "#0000FF", "#00FF00", "#FFFF00", "#FF9900","#FF0000"))
EXERCISE 5
| \(x\) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(f_X(x)\) | \(\frac{11}{36}\) | \(\frac{9}{36}\) | \(\frac{7}{36}\) | \(\frac{5}{36}\) | \(\frac{3}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{36}{36}\) |
| \(y\) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(f_Y(y)\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{3}{36}\) | \(\frac{5}{36}\) | \(\frac{7}{36}\) | \(\frac{9}{36}\) | \(\frac{11}{36}\) | \(\frac{36}{36}\) |
EXERCISE 6
| \(f_{X,Y}(x,y)\) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) |
| 2 | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{3}{36}\) |
| 3 | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{5}{36}\) |
| 4 | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{7}{36}\) |
| 5 | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{0}{36}\) | \(\frac{9}{36}\) |
| 6 | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{2}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) | \(\frac{11}{36}\) |
| Totals | \(\frac{11}{36}\) | \(\frac{9}{36}\) | \(\frac{7}{36}\) | \(\frac{5}{36}\) | \(\frac{3}{36}\) | \(\frac{1}{36}\) |
\(P(\{X=4\} \cap \{Y=5\}) = \frac{2}{36}\)
\(P(\{X=4\}) = \frac{5}{36}\)
\(P(\{X=2\} \cap \{Y\ge4\}) = \frac{6}{36}\)
\[\sum_{x=1}^6\sum_{y=1}^6 f_{X,Y}(x,y) = 1\]
\[\begin{split} f_X(x) & = P(X) \\ & = P(X | Y = 1) + P(X | Y = 2) + P(X | Y = 3) + P(X | Y = 4) + P(X | Y = 5) + P(X | Y = 6) \\ & = f_{X,Y}(x, 1) + f_{X,Y}(x, 2) + f_{X,Y}(x, 3) + f_{X,Y}(x, 4) + f_{X,Y}(x, 5) + f_{X,Y}(x, 6) \\ & = \sum_{y=1}^6 f_{X,Y}(x,y) \\ \end{split}\]
\[\begin{split} f_Y(y) & = P(Y) \\ & = P(Y | X = 1) + P(Y | X = 2) + P(Y | X = 3) + P(Y | X = 4) + P(Y | X = 5) + P(Y | X = 6) \\ & = f_{X,Y}(1, y) + f_{X,Y}(2, y) + f_{X,Y}(3, y) + f_{X,Y}(4, y) + f_{X,Y}(5, y) + f_{X,Y}(6, y) \\ & = \sum_{x=1}^6 f_{X,Y}(x,y) \\ \end{split}\]
EXERCISE 7
\[\begin{split} P(\{X=2\} | \{Y=3\}) = \frac{2}{5} \end{split}\]
| \(x\) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(f_{X|Y=3}(x|y=3)\) | \(\frac{2}{5}\) | \(\frac{2}{5}\) | \(\frac{1}{5}\) | \(\frac{0}{5}\) | \(\frac{0}{5}\) | \(\frac{0}{5}\) | \(\frac{5}{5}\) |
| \(x\) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Total |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \(f_{X|Y=4}(x|y=4)\) | \(\frac{2}{7}\) | \(\frac{2}{7}\) | \(\frac{2}{7}\) | \(\frac{1}{7}\) | \(\frac{0}{7}\) | \(\frac{0}{7}\) | \(\frac{7}{7}\) |
\[\begin{split} f_{X|Y=y}(x|y) & = P(X | Y) \\ & = \frac{P(X \cap Y)}{P(Y)} & = \frac{f_{X,Y}(x,y)}{f_Y(y)} \\ \end{split}\]