viernes, 9 de diciembre de 2016

La independencia condicional de sucesos y la paradoja de Simpson (I)

Definición I.0.- Sean Ω,ℙ un espacio de probabilidad y A,B,C tres sucesos en él. Se dice que A y B son independientes condicionalmente a C si se verifica que

ℙ(A∩B|C)=ℙ(A|C)ℙ(B|C)


Proposición I.1.- En las condiciones de la Definición anterior, si A y B son sucesos independientes condicionalmente a C, entonces se cumple que

ℙ(A|B∩C)=ℙ(A|C), ℙ(B|A∩C)=ℙ(B|C)

Demostración.- Se demuestra la primera igualdad, y la segunda se deduce por simetría.

ℙ(A|B∩C)=ℙ(A∩B∩C)ℙ(B∩C)=ℙ(A∩B|C)ℙ(C)ℙ(B|C)ℙ(C)=ℙ(A|C)ℙ(B|C)ℙ(C)ℙ(B|C)ℙ(C)=ℙ(A|C)

supuesto que ℙ(B|C) y ℙ(C) son no nulos. Q.E.D.

El concepto de independencia condicional transcribe la noción de independencia en el espacio de probabilidad Ω,ℙ(·|C), obtenido al condicionar por el suceso C. Así, la independencia condicional a C expresa que, si se sabe que C ha ocurrido, la aparición de B no modifica la probabilidad de A, y viceversa.

Más aún: Los sucesos A y B pueden ser condicionalmente independientes, tanto a C como a Cc y no ser independientes. Es decir, pueden cumplirse simultáneamente las condiciones:

ℙ(A|B∩C)=ℙ(A|C),ℙ(A|B∩Cc)=ℙ(A|Cc), y no darse   ℙ(A|B)=ℙ(A)


Ello parece contrario a la intuición. Si, cuando se sabe que C ha ocurrido, B no aporta ninguna información sobre A, y tampoco lo hace cuando se sabe que C no ha ocurrido (ha ocurrido su suceso contrario: Cc), parece que podría concluirse que B no aporta información sobre A. Esto no es necesariamente así, y lo demostraremos en la segunda parte.

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