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문제 6 — 단일 가우시안 변분 추론
관측치 x∈R이 다음과 같이 생성된다고 가정하자.
이를 변분 분포 q(μ)=N(μ∣m,s2)로 근사하고자 한다. 이 때 m과 s2를 구하시오.
ELBO 식은 아래와 같이 정의된다.
가우시안 하에서 각 항의 기댓값을 계산한다(Eq[μ]=m, Eq[(μ−c)2]=(m−c)2+s2).
m에 대한 미분 — σ2=1을 대입하고 ∂L/∂m=0:
s2에 대한 미분 — ∂L/∂s2=0:
의미 — 정밀도(분산의 역수)가 사전 정밀도 1/τ02와 우도 정밀도 1/σ2=1의 합이 되고, 평균은 두 정보의 정밀도 가중 평균이다. 이 모델은 켤레(conjugate)이므로 변분 해가 정확한 사후분포와 정확히 일치한다(단일 변수라 근사 오차가 없다).
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