因果推断(一)-基础

1.因果推断定义

根源：因果推断就是找到事情发生的原因

重要的现象：桑普森悖论，Casualty和Association之间的区别

Association是人工智能的基础

人工智能Association的问题：知其然，不知其所以然

• 不可解释性
• 无法满足独立同分布假设
• 公平性问题
• 不可回溯性

产生Association的三种方式：

• 因果机制
• 混淆效应
• 样本选择偏差

2.因果推断的两个关键问题

Causal discovery(因果关系挖掘): 比如研究：温度升高是否是电费增加的原因？或者在商品价格，商品转化率，商品上市时间，商品成本等几个变量之间探究一个因果图，即变量两两之间是否有因果关系？如果有，谁是因谁是果？

Causal effect(因果效应推理): 比如我们已经知道温度升高是电费增加的原因，我们想知道温度从20度升至30度，会对电费带来多少增加？

下面我们也会以因果关系挖掘和因果效应推理的框架分别进行学习。

 3.因果推断的两个主要框架

Structural Causal Models(SCM) – Judea Pearl: A causal model by SCMs consists of two components: the causal graph (causal diagram) and the structural equations. 即我们需要先得到一张因果图，然后对于因果图，我们去使用Structural Equations来描述它。

比如对于这一张因果图，箭头由因指向果，X和E都是变量。然后右边的一系列方程就是Structural Equations来描述这个图，每一个方程f都表示着由因到果的一个映射或者说一个表达式，这个方程可以是linear也可以是nonlinear的，取决于他们的因果关系是否线性。

Potential Outcome Framework– Donald Rubin: It is mainly applied to learning causal effect as it corresponds to a given treatment-outcome pair (D,Y). 简单来说，计算因果效应最直接的手段就是控制住所有的变量不变，只变化cause，比如把温度从20变到30度，然后直接看outcome变化，也就是直接用30度时的电费减去20度时的电费，既可以得到causal effect。HOWEVER，easier said than done！！！如果这个世界有两个平行时空，那么我们可以做这个实验，但是如果没有呢？我们知道温度不可能在同一个地方，同一个时间，即20度又30度，那么必然20度的时候，30度时的电费就叫potential outcome。而这个framework，就是相方设法从能观察到的数据中得到这个potential的结果，然后二者相减，就是我们想要的答案啦！

最后

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