Causal Effect Estimation

如题所述

第1个回答  2022-06-22

下述的内容给予假设的最基本的Causal Graph
其DAG关系如下
, ,(即Z为confounder)。

1、原生的 并不能直接表示因果效应。
可以被解释为很多变量interaction的结果。其中一些是因果关系(causal),而另一些只是单纯的观察性关联(purely observational)。We can say that any statistically meaningful association is the result of a causal relationship somewhere in the system , but not necessarily of the causal effect of interest

2、定义因果效应 。
定义: ,如果我们外生地(exogenous)干涉X,能对Y造成影响,则这部分影响是我们关心的应果效应。这意味着我们必须在系统之外(outside the system)来改变X,从而影响Y。外生地改变X是为了避免系统其他变量带来的影响。

3、如何得到 :

4、得到泛化的Adjustment Formula:(即通过pre-intervention的概率分布,进行adjust,以获得causal effect)
,PA为X的父节点
即,找到X的父节点PA,然后conditioning on it,得到依赖PA的条件概率 ,再根据 计算其加权平均即可。
所以,其本质就是考虑其Parents的不同,获得加权平均。 由于直接计算P(Y|X)的话,未考虑其Parents,很可能得出相反的结论,在[4]中的例子也有讲述。

5、别的手段:通过Randomized获得Causal Effect
其实我们进行完全随机试验,就是通过实验设计本身,消除指向X的Z。即实验组对照组仅有X不同。其他都是相同的,相当于X不受系统中任意的其他变量定义。这本身就是种外生地(exogenous)地修改X的手段。

我们将上述的问题继续泛化一下。如果我们要通过Causal Graph得到 ,我们需要Conditioning on哪些变量?

Prediction: Predict Y after observing X = x
Causation: Predict Y after setting X = x.
根据上述结论Backdoor Criterion,我们可以得到正确估计 的方法:
【1】
而在Prediction中:

【2】
注意与【1】与【2】的区别。(根据Backdoor-Criterion,明显这里Z与X不是独立的,所以两者不相等)

其实很多人考虑在现实生产中,在大数据覆盖了方方面面的情况下,我们是否已经可以对万物都建模,都用特征描述了,那Confounding是否存在,或者以什么方式存在?
这个问题其实非常简单,那就是unobserved feature。举个例子,我们的特征 包含用户的历史浏览点击记录,我们有个没有观测到的特征,比如用户近期经济状况 。很好理解, 不仅影响了用户的点击行为 ,同时也影响了用户的历史反馈特征 ,而且,这样的特征通常我们都没有观察到,所以,我们的估计,潜在都存在Confounding Bias。(由于大部分系统是一个循环的生态系统,所以这些bias在某种程度也导致了推荐所谓的同质化,马太效应等等)
Feedback Loop Amplifies Biases[10]

Refer
[1] Causal Effect:
目录: https://david-salazar.github.io/post/
见: https://david-salazar.github.io/2020/07/22/causality-invariance-under-interventions/
见: https://blog.csdn.net/wangyf112/article/details/109347121#d-%E5%88%86%E5%89%B2%EF%BC%9A%E4%B8%AD%E6%96%AD%E4%BF%A1%E6%81%AF%E7%9A%84%E6%B5%81%E5%8A%A8
之前对bias有些粗浅的讨论: Causal Bias

[2]D-Seperation
见: https://david-salazar.github.io/2020/07/18/causality-bayesian-networks/
简略: https://blog.csdn.net/u014717398/article/details/53559247

[4]Causal Effect定义Intervention
见: https://david-salazar.github.io/2020/07/22/causality-invariance-under-interventions/
简略: https://blog.csdn.net/wangyf112/article/details/109482192

[5]Backdoor Criterion
见: https://david-salazar.github.io/2020/07/25/causality-to-adjust-or-not-to-adjust/
简略: https://blog.csdn.net/wangyf112/article/details/109661332

[6] Causal Inference CMU
http://www.stat.cmu.edu/~larry/=stat401/Causal.pdf
estimator的选择见2.1章节,在prediction中,bias and variance are not equally important.。优化loss function的时候,其实也同时优化了bias and variance。

[7]在 小样本AB test 中,我们可以用随机AA实验 + 分层显著性校验,校验每一个分层的 是否有显著性差异。
interventional distribution:Identification of Conditional Interventional Distributions

[8]Nonparametric_regression
[Linear regression] is a restricted case of nonparametric regression where is assumed to be affine.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nonparametric_regression

[9]Semiparametric_model
https://en.wikipedia.org/wiki/Semiparametric_model

[10]
Feedback Loop and Bias Amplification in Recommender Systems

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