Statistika Matematika II
Metode maksimum likelihood merupakan salah satu cara untuk menaksir parameter populasi yang tidak diketahui. Dalam prosesnya, metode ini berupaya menemukan nilai estimator bagi parameter yang dapat memaksimalkan fungsi likelihood.
Metode estimasi kemungkinan maksimum (maximum likelihood estimation, MLE) merupakan salah satu cara untuk menaksir atau mengestimasi parameter populasi yang tidak diketahui. Dalam prosesnya, metode ini berupaya menemukan nilai estimator bagi parameter yang dapat memaksimalkan fungsi likelihood.
Adapun definisi fungsi likelihood diberikan sebagai berikut.
Fungsi Likelihood
Misalkan x1,…,xn adalah sampel acak dengan fungsi kepadatan gabungannya (joint pdf) yaitu f(x1,…,xn;θ). Fungsi kepadatan gabungan ini disebut sebagai fungsi likelihood dan dinotasikan dengan L(θ,x). Jadi, jika x1,…,xn menyatakan sampel acak (random sample) dari f(x;θ) maka
Secara aljabar, fungsi likelihood L(θ;x) sama dengan distribusi f(x;θ), tetapi artinya sedikit berbeda karena f(x;θ) merupakan fungsi dari x, sedangkan fungsi likelihood L(θ;x) merupakan fungsi dari θ. Akibatnya, grafik suatu fungsi likelihood biasanya tampak sangat berbeda dari grafik distribusi peluang.
Sebagai contoh, anggaplah peubah acak X berdistribusi Bernoulli dengan parameter yang tidak diketahui yaitu p. Fungsi kepadatan peluang dari distribusi ini yaitu:
f(x;p)=px(1−p)1−x;x=0,1
Kita bisa membuat grafik distribusi ini untuk setiap nilai tetap dari p. Misalnya, jika p=0.5, kita peroleh:
Sekarang misalkan kita mengamati nilai dari X, katakanlah X=1. Dengan memasukkan nilai X=1 ke f(x;p)=px(1−p)1−x memberikan fungsi likelihood L(p;x)=p, yang mana grafiknya tampak pada Gambar di bawah.
Maximum Likelihood Estimator
Anggap L(θ)=f(x1,…,xn;θ), di mana θ∈Ω (Ω : parameter space), adalah joint pdf dari X1,…,Xn. Untuk sekumpulan pengamatan, x1,…,xn, sebuah nilai ˆθ dalam Ω yang memaksimumkan L(θ) disebut sebagai estimator maksimum likelihood (maximum likelihood estimator, MLE) dari θ, di mana ˆθ adalah sebuah nilai dari θ yang memenuhi
Berikut ini adalah tahapan untuk menerapkan metode maximum likelihood:
Berikut diberikan beberapa contoh terkait metode kemungkinan maksimum untuk menaksir atau mengestimasi parameter populasi yang tidak diketahui.
Contoh 1:
Anggap Xi∼BIN(1,p). Tentukan estimator maksimum likelihoodnya (MLE).
Pembahasan:
Karena peubah acak Xi berdistribusi binomial dengan n = 1 atau disebut juga berdistribusi Bernoulli, maka fungsi kepadatan peluangnya yaitu
Untuk mencari estimator maksimum likelihood, kita ikuti beberapa langkah yang telah dijelaskan di atas, yakni
Langkah 1: Tentukan fungsi likelihood
Langkah 2: Tentukan lnL(p)
Langkah 3: Maksimumkan fungsi lnL(p)
Untuk memaksimumkan fungsi lnL(p), kita mencari turunan pertamanya kemudian menyamakannya dengan nol. Setelah itu, kita selesaikan persamaan untuk mendapatkan estimator yang diinginkan.
Langkah 4: Tentukan ˆp
Jadi, estimator maksimum likelihood nya yaitu ˆpMLE=¯x.
Contoh 2:
Anggap X1,…,Xn adalah sampel acak dari distribusi eksponensial.
Tentukan ˆθMLE.
Pembahasan:
Langkah 1: Tentukan fungsi likelihood
Langkah 2: Tentukan lnL(θ)
Langkah 3: Maksimumkan fungsi lnL(θ)
Untuk memaksimumkan fungsi lnL(θ), kita mencari turunan pertamanya kemudian menyamakannya dengan nol. Setelah itu, kita selesaikan persamaan untuk mendapatkan estimator yang diinginkan.
Langkah 4: Tentukan ˆθ
Jadi, estimator maksimum likelihood nya yaitu ˆθMLE=¯x.
Contoh 3:
Anggap X1,…,Xn adalah random sampel dari distribusi normal dengan parameter (θ1,θ2), yakni Xi∼N(θ1,θ2). Tentukan ˆθ1 dan ˆθ2 dengan menggunakan metode maksimum likehood.
Pembahasan:
Fungsi kepadatan peluang dari distribusi normal dengan parameter (θ1,θ2), yaitu
Langkah 1: Tentukan fungsi likelihood
Langkah 2: Tentukan lnL(θ1,θ2)
Langkah 3: Maksimumkan fungsi lnL(θ1,θ2)
Untuk memaksimumkan fungsi lnL(θ1,θ2), kita mencari turunan pertama masing-masing terhadap θ1 dan θ2, kemudian menyamakannya dengan nol. Setelah itu, kita selesaikan persamaan untuk mendapatkan estimator yang diinginkan.
Dari hasil penghitungan diperoleh turunan pertama terhadap θ1 dan terhadap θ2, yaitu:
Dengan membuat kedua turunan ini sama dengan nol dan menyelesaikan ini secara simultan; akan diperoleh MLE bagi θ1 dan θ2 sebagai berikut:
Jadi, penduga maksimum likelihood bagi parameter ˆθ1 adalah ¯x.
Jadi, penduga maksimum likelihood bagi parameter ˆθ2 adalah √∑ni=1(xi−¯x)2n.
Cukup sekian ulasan singkat mengenai metode maksimum likelihood untuk mencari estimator bagi suatu parameter populasi dalam artikel ini. Terima kasih telah membaca sampai selesai. Jika Anda merasa artikel ini bermanfaat, boleh dibantu share ke teman-temannya, supaya mereka juga bisa belajar dari artikel ini.
Never leave ’till tomorrow which you can do today.
Benjamin Franklin