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From: Bayesian Models for Astrophysical Data, Cambridge Univ. Press

(c) 2017,  Joseph M. Hilbe, Rafael S. de Souza and Emille E. O. Ishida 

 

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Code 10.17 Negative binomial model in Python using Stan, for modeling the relationship between globular cluster population and host galaxy visual magnitude

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import numpy as np
import pandas as pd
import pystan 
import statsmodels.api as sm

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# Data
path_to_data = 'https://raw.githubusercontent.com/astrobayes/BMAD/master/data/Section_10p7/GCs.csv'

data_frame = dict(pd.read_csv(path_to_data))

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# prepare data for Stan
data = {}
data['X'] = sm.add_constant(np.array(data_frame['MV_T']))
data['Y'] = np.array(data_frame['N_GC'])
data['N'] = len(data['X'])
data['K'] = 2

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# Fit
stan_code="""
data{
    int<lower=0> N;                                                  # number of data points
    int<lower=1> K;                                                  # number of linear predictor coefficients  
    matrix[N,K] X;                                                    # galaxy visual magnitude
    int Y[N];                                                              # size of globular cluster population
}
parameters{
    vector[K] beta;                                                      # linear predictor coefficients
    real<lower=0> theta;
}
model{
    vector[N] mu;                                                        # linear predictor

    mu = exp(X * beta);

    theta ~ gamma(0.001, 0.001);

    # likelihood
    Y ~ neg_binomial_2(mu, theta);
}
generated quantities{
    real dispersion;
    vector[N] expY;                                                        # mean
    vector[N] varY;                                                        # variance
    vector[N] PRes;
    vector[N] mu2;

​

    mu2 = exp(X * beta);
    expY = mu2;
 
    for (i in 1:N){ 
        varY[i] = mu2[i] + pow(mu2[i], 2) / theta;
        PRes[i] = pow((Y[i] - expY[i]) / sqrt(varY[i]),2); 
    }

    dispersion = sum(PRes) / (N - (K + 1));
}
"""

​

# Run mcmc
fit = pystan.stan(model_code=stan_code, data=data, iter=10000, chains=3,
                            warmup=5000, thin=1, n_jobs=3)

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# Output
nlines = 9                                                                   # number of lines in screen output

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output = str(fit).split('\n')


for item in output[:nlines]:
    print(item) 

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Output on screen:

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Inference for Stan model: anon_model_723b570e1a19f3dc30e5da8afbc7bc52.
3 chains, each with iter=10000; warmup=5000; thin=1; 
post-warmup draws per chain=5000, total post-warmup draws=15000.

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                   mean     se_mean          sd       2.5%        25%        50%         75%        97.5%       n_eff       Rhat
beta[0]       -11.73        5.4e-3       0.33    -12.36      -11.95     -11.73       -11.51       -11.08        3645         1.0
beta[1]        -0.88        2.7e-4        0.02      -0.91        -0.89      -0.88         -0.87         -0.85        3661         1.0
theta               1.1        9.6e-4        0.07       0.97         1.05          1.1          1.15           1.25        5573        1.0
dispersion    1.93        2.2e-3          0.2       1.55         1.78        1.92           2.06          2.36        8955         1.0

 

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