上面的解释说明,相关 < 干预 < 反事实(即解决反事实问题的方法可以处理干预和相关问题,反之不成立)。传统的机器学习方法是处理相关性问题的,而因果推断关注反事实层。因此因果推断能解释的事情,将比传统的机器学习方法更“高级”,也更贴合日常的需要
2. 基础理论
2.1 业界流派
因果推断是根据一个结果发生的条件对因果关系得出结论的过程。存在两种研究方法[5]
实验性研究:通过大量随机对照实验(Rct)得出结论。因果推断的难点在于反事实,因此对照实验需要“足够随机”。对上面的例子而言,我们需要在实验组和对照组中确保喝酒的比例是均等的。这是代价昂贵且费时费力的。
观测性研究:对于已有的观测数据,通过建模进行因果关系的研究。这种方式对数学的要求较高且存在准确率的问题,但可操作性强。
显然,实验性研究是理论上最完美的方式,但实际中我们不可能穷举类似“喝酒状态”这种影响因和果的因素,随机对照试验的成本是极大的,仅存在理论的可能。业界的研究重点是,如何优化观测性研究的方法,使其准确度逐步逼近实验性研究。
当前,观测性研究存在两大流派,分别是pearl创立的结构因果图模型(Scm)和Rubin创建的潜在结果模型(Rcm)。[6][7]
2.2 变量定义与说明
为了便于后续介绍,这里先对因果推断的常用变量做一个说明。黑色粗体为重要定义,treatment Effect是衡量干预效果的指标,也是我们期望优化的目标以及模型的输出[5][7][8][9]
2.3 因果分析流程
介绍推断的具体方法之前,我们先说明因果分析的流程。如下图,主要有两个步骤[1][10]:
Identification(因果识别):基于观测数据,输出不同干预下的统计分布(即“原因因子”状态不同时结果因子的分布),以分布的gap作为衡量因果关系的依据。Scm模型主要解决这部分问题(并不是说Scm不能做后续的推断)
Estimation(因果推断):根据统计结果,做反事实的推断,以反事实与观测的gap作为效果大小的衡量,这个过程叫Estimation。Rcm模型重点在这部分
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