重庆大学刘礼:因果学习与应用

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另外一个辛普森悖论的例子关于房价。10年前,某城市市中心的房价是8000元/平米,共销售了1000万平;高新区是4000元/平米,共销售了100万平;整体来看,该市7636元/平米;现在,市中心10000元/平米,销售了200万平;高新区是6000元/平米,销售了2000万平,整体来看,该市6363元/平米。因此,分区来看分别都涨了,但从整体上看,会有疑惑:为什么现在的房价反而跌了/p>

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从因果的角度,辨析腌黄瓜和暴力犯罪之间的关系需要考虑混淆变量。如上图,混淆变量会同时影响独立变量和因果变量,从而造成两者之间的伪相关。如果将传统统计和因果推断进行对比,有以下几个特点:

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为了解决上述问题,图灵奖获得者朱迪亚·珀尔提出因果关系之梯。如上图,第一层次是关联,通过概率表达描述出观察到的一堆数据。第二层次是干预,不仅是观察,而且是进行实验改变,例如如果吃了阿司匹林,我的头痛会得到治愈吗果我们禁止吸烟将会发生什么中,吃药和禁止吸烟都是干预手段。第三层次是反事实,在既定结果已经发生的情况,假设当初采取另一方案,则会发生什么。反事实不会得到观察数据,毕竟不存在两个平行世界,但确实经常遇到的情况,经典的就是人们常说的“如若当初……..就不会……”。

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反事实问题目前非常难解决,也有很多例子。黑人被警察控制事件,反事实下,就对应:如若白人被警察控制了,会发生什么影视剧中,也常发出如若是另外某个明星参演,票房会有什么变化。这些反事实问题没办法验证,但需要回答。

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因果发现需要基于已有的数据找出变量和变量之间的因果关系。目前有两套主流的方法:基于约束以及基于评分的。这两套方法不去详细讲述。但存在的问题是:随着变量的增多,需要检验因果图就会达到天文数字。因此,如何利用机器学习方法反过来提升因果发现,是目前流行的问题。

在机器学习领域中,Pearl的方法本质是基于结构方程,主流方向是用它进行因果解耦。同时,也有一些非因果的方法,例如在SVM空间中进行超平面切分。

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此外,因果方法在医疗领域有很多应用。基于结构函数的因果模型,设计因果发现框架,试图超越分子与分子之间的关联性,找出其因果性。具体操作分成两步:第一步发现变量和变量之间,包括潜变量之间的因果图;第二步基于因果图,确定明确的结构函数关系。

目前,我们开发出基于贝叶斯图学习因果模型,超越了传统学习函数步骤,使用因果图进行描述关系,也是分为两步:第一步边定向,需要满足马尔科夫等价条件,使得因果效应最大化;第二步是因果效应评估。目前,该方法已经应用在最具代表性肿瘤特征选择这一课题上。

最后一个应用是人体行为识别。人体识别多是采用传感器和视频流的方式进行,会有前后的因果关系。因此,可以用格兰杰因果方法解决时序因果中的问题。

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来源:人工智能学家

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