Jump to content

Исследовательский причинный анализ

Причинный анализ - это область экспериментального дизайна и статистического анализа, относящегося к установлению причины и следствия. [ 1 ] [ 2 ] Исследовательский причинный анализ ( ECA ), также известный как причинно -следственная связь или причинно -следственная связь [ 3 ] Является ли использование статистических алгоритмов для вывода ассоциаций в наблюдаемых наборах данных, которые потенциально причины при строгих предположениях. ECA - это тип причинного вывода, отличный от причинного моделирования и эффектов лечения в рандомизированных контролируемых исследованиях . [ 4 ] Это исследовательские исследования, как правило, предшествуют более формальным причинно -следственным исследованиям таким же образом, как анализ исследовательских данных часто предшествует статистическому тестированию гипотез в анализе данных [ 5 ] [ 6 ]

Мотивация

[ редактировать ]

Анализ данных в первую очередь связан с причинными вопросами. [ 3 ] [ 4 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Например, привели ли удобрение, вызвало выращивание культур? [ 10 ] Или можно предотвратить данную болезнь? [ 11 ] Или, почему мой друг подавлен? [ 12 ] Потенциальные результаты и методы регрессионного анализа обрабатывают такие запросы, когда данные собираются с использованием разработанных экспериментов. Данные, собранные в обсервационных исследованиях, требуют различных методов причинно -следственного вывода (потому что, например, такие вопросы, как смешание ). [ 13 ] Методы причинного вывода, используемые с экспериментальными данными, требуют дополнительных допущений для получения разумных выводов с данными наблюдения. [ 14 ] Сложность причинно -следственного вывода в таких обстоятельствах часто суммируется как « корреляция не подразумевает причинно -следственную связь ».

ECA постулирует, что существуют процедуры анализа данных, выполняемые на конкретных подмножествах переменных в более крупном наборе, выходы которых могут указывать на причинность между этими переменными. [ 3 ] Например, если мы предполагаем, что наблюдается каждая соответствующая ковариата в данных, то причинно -следственную связь . для поиска причинного эффекта между двумя наблюдательными переменными можно использовать [ 4 ] Причинность Granger также может быть использована для поиска причинности между двумя наблюдательными переменными при разных, но одинаково строгих предположениях. [ 15 ]

Два широких подхода к разработке таких процедур используют оперативные определения причинности [ 5 ] или проверка «Истиной» (то есть явно игнорируя проблему определения причинности и показания, что данное алгоритм подразумевает причинно -следственную связь в сценариях, когда известно, что причинно -следственные связи, например, с использованием синтетических данных [ 3 ] ).

Оперативные определения причинности

[ редактировать ]

Клайв Грейнджер создал первое оперативное определение причинности в 1969 году. [ 16 ] Грейнджер сделал определение вероятностной причинности, предложенной Норбертом Винером , в качестве сравнения дисперсий. [ 17 ]

Некоторые авторы предпочитают использовать методы ECA, разработанные с использованием оперативных определений причинности, потому что они считают, что это может помочь в поиске причинно -следственных механизмов. [ 5 ] [ 18 ]

Проверка "правдой"

[ редактировать ]

Питер Спиртс , Кларк Глимур и Ричард Шейнс представили идею явно не предоставлять определение причинности. [ 3 ] Spirtes и Glymour представили алгоритм ПК для причинно -следственного обнаружения в 1990 году. [ 19 ] Многие недавние алгоритмы причинно-следственных связей следуют за подходом Spirtes-Glymour к проверке. [ 20 ]

Есть много опросов причинных методов обнаружения. [ 3 ] [ 5 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] В этом разделе перечислены известные методы.

Двумерный (или "пары")

[ редактировать ]

Многомерный

[ редактировать ]

Многие из этих методов обсуждаются в учебных пособиях, предоставленных Центром причинно -следственного обнаружения (CCD) [3] .

Примеры использования

[ редактировать ]

Социальная наука

[ редактировать ]

Алгоритм ПК был применен к нескольким различным наборам данных социальных наук. [ 3 ]

Лекарство

[ редактировать ]

Алгоритм ПК был применен к медицинским данным. [ 28 ] Причинность Грейнджер была применена к данным FMRI . [ 29 ] ПЗС проверил их инструменты с использованием биомедицинских данных [4] .

ECA используется в физике для понимания физических причинно-следственных механизмов системы, например, в геофизике с использованием алгоритма St-Stable (вариант исходного алгоритма ПК) [ 30 ] и в динамических системах с использованием парного асимметричного вывода (вариант конвергентного перекрестного отображения). [ 31 ]

Существуют дискуссии о том, фактически являются ли взаимосвязь между данными, найденными с использованием причинно -следственной связи. [ 3 ] [ 25 ] Judea Pearl подчеркнула, что причинно -следственный вывод требует причинно -следственной связи, разработанной «интеллектом», посредством итеративного процесса тестирования допущений и подходящих данных. [ 7 ]

Ответ на критику указывает на то, что предположения, используемые для разработки методов ECA, могут не содержаться для данного набора данных [ 3 ] [ 14 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] и что любые причинно -следственные связи, обнаруженные во время ЭКА, зависят от этих предположений, которые держатся на уровне [ 25 ] [ 35 ]

Программные пакеты

[ редактировать ]

Комплексные наборы инструментов

[ редактировать ]
  • Tetrad -это программа Java на основе графического интерфейса с открытым исходным интерфейсом, которая предоставляет коллекцию алгоритмов причинно-следственной связи. [ 36 ] Библиотека алгоритмов, используемая Tetrad, также доступна в качестве инструмента командной строки , Python API и R -оболочки. [ 37 ]
  • Информация Java Dynamics Toolkit (JIDT) -это библиотека Java с открытым исходным кодом для выполнения теоретико-причинно-следственного обнаружения информации (то есть, энтропия передачи, энтропия условной передачи и т. Д.) [5] . Примеры использования библиотеки в Matlab , GNU Octave , Python , R , Julia и Clojure представлены в документации [6] .
  • PCALG -это R- пакет, который предоставляет некоторые из тех же алгоритмов причинно-следственных связей, предоставленных в тетраде [7] архивировании 2017-07-20 на машине Wayback .

Конкретные методы

[ редактировать ]

Грейнджер причинность

[ редактировать ]

Конвергентное перекрестное картирование

[ редактировать ]

Существует также набор инструментов и данных, которые хранятся в команде Cuessality Workbench [12] и командой CCD [13] .

  1. ^ Rohlfing, Ingo; Schneider, Carsten Q. (2018). «Объединенная структура для причинно-следственного анализа в исследовании сет-теоретикового мультиметода» (PDF) . Социологические методы и исследования . 47 (1): 37–63. doi : 10.1177/0049124115626170 . S2CID   124804330 . Архивировано из оригинала (PDF) 9 октября 2022 года . Получено 29 февраля 2020 года .
  2. ^ Брэди, Генри Э. (7 июля 2011 г.). «Причинность и объяснение в социальной науке» . Оксфордский справочник политологии . doi : 10.1093/oxfordhb/9780199604456.013.0049 . Получено 29 февраля 2020 года .
  3. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k Spipmes, p .; Гламур, C.; Кажется, Р. (2012). Крутника, прогноз и поиск . Springer Science & Business Media. ISBN  978-1461227489 .
  4. ^ Jump up to: а беременный в Розенбаум, Пол (2017). Наблюдение и эксперимент: введение в причинный вывод . Гарвардский университет издательство. ISBN  9780674975576 .
  5. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый МакКракен, Джеймс (2016). Исследовательский причинный анализ с данными временных рядов (лекции синтеза о сборе данных и обнаружении знаний) . Morgan & Claypool Publishers. ISBN  978-1627059343 .
  6. ^ Тьюки, Джон У. (1977). Исследовательский анализ данных . Пирсон. ISBN  978-0201076165 .
  7. ^ Jump up to: а беременный Перл, Иудея (2018). Книга почему: новая наука о причине и следствии . Основные книги. ISBN  978-0465097616 .
  8. ^ Кляйнберг, Саманта (2015). Почему: Руководство по поиску и использованию причин . O'Reilly Media, Inc. ISBN  978-1491952191 .
  9. ^ Иллари, П.; Руссо Ф. (2014). Причинность: философская теория соответствует научной практике . УП Оксфорд. ISBN  978-0191639685 .
  10. ^ Фишер Р. (1937). Дизайн экспериментов . Оливер и Бойд.
  11. ^ Хилл, Б. (1955). Принципы медицинской статистики . Lancet Limited.
  12. ^ Halpern, J. (2016). Фактическая причинность . MIT Press. ISBN  978-0262035026 .
  13. ^ Перл, Дж.; Glymour, M.; Jewell, NP (2016). Причинный вывод в статистике: праймер . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-1119186847 .
  14. ^ Jump up to: а беременный Стоун, Р. (1993). «Предположения, на которых лежат причинные выводы». Журнал Королевского статистического общества. Серия B (методологический) . 55 (2): 455–466. doi : 10.1111/j.2517-6161.1993.tb01915.x .
  15. ^ Грейнджер, С. (1980). «Тестирование на причинность: личная точка зрения». Журнал экономической динамики и контроля . 2 : 329–352. doi : 10.1016/0165-1889 (80) 90069-X .
  16. ^ Грейнджер, CWJ (1969). «Исследование причинно-следственных связей с помощью эконометрических моделей и кросс-спектральных методов». Econcemetrica . 37 (3): 424–438. doi : 10.2307/1912791 . JSTOR   1912791 .
  17. ^ Грейнджер, Клайв. «Призовая лекция. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2018» .
  18. ^ Вудворд, Джеймс (2004). Создание вещей: теория причинно -следственного объяснения (Оксфордские исследования в области философии науки) . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-1435619999 .
  19. ^ Spirtes, P.; Glymour, C. (1991). «Алгоритм быстрого восстановления редких причинно -следственных связей». Social Science Computer Review . 9 (1): 62–72. doi : 10.1177/089443939100900106 . S2CID   38398322 .
  20. ^ Jump up to: а беременный Го, Руохенг; Ченг, Лу; Ли, Джундонг; Хан, П. Ричард; Лю, Хуан (2020). «Обзор причинности обучения с данными». ACM вычислительные исследования . 53 (4): 1–37. Arxiv : 1809.09337 . doi : 10.1145/3397269 . S2CID   52822969 .
  21. ^ Малинский, Даниэль; Дэнкс, Дэвид (2018). «Алгоритмы причинного открытия: практическое руководство» . Философия компас . 13 (1): E12470. doi : 10.1111/phc3.12470 .
  22. ^ Spirtes, P.; Чжан, К. (2016). «Причинное открытие и вывод: концепции и недавние методологические достижения» . Appl Inform (Berl) . 3 : 3. DOI : 10.1186/S40535-016-0018-X . PMC   4841209 . PMID   27195202 .
  23. ^ Ю, Куй; Ли, Джиуён; Лю, Лин; Ричард Хан, П.; Лю, Хуан (2016). «Обзор алгоритмов причинного обнаружения на основе ограничений». Arxiv : 1611.03977 [ Cs.ai ].
  24. ^ Солнце, Цзе; Боллт, Эрик М.; Ли, Джундонг; Ричард Хан, П.; Лю, Хуан (2014). «Причина энтропии идентифицирует косвенные влияния, доминирование соседей и упреждающие муфты». Physica D: нелинейные явления . 267 : 49–57. Arxiv : 1504.03769 . Bibcode : 2014Phyd..267 ... 49 с . doi : 10.1016/j.physd.2013.07.001 . S2CID   14422483 .
  25. ^ Jump up to: а беременный в Фридман, Дэвид; Хамфрис, Пол (1999). «Существуют ли алгоритмы, которые обнаруживают причинную структуру?». Синтез . 121 (1–2): 29–54. doi : 10.1023/a: 1005277613752 . S2CID   6826436 .
  26. ^ Рагху, Вк; Рэмси, JD; Моррис, А.; Манатакис, DV; Спрайты, P.; Chrysanthis, pk; Glymour, C.; Бенос, П.В. (2018). «Сравнение стратегий для масштабируемого причинно -следственного обнаружения моделей скрытых переменных из смешанных данных» . Международный журнал по науке о данных и аналитике . 6 (33): 33–45. doi : 10.1007/s41060-018-0104-3 . PMC   6096780 . PMID   30148202 .
  27. ^ Shimizu, S (2014). «Лингам: негауссовые методы оценки причинно-следственных связей». Behaviormetrika . 41 (1): 65–98. doi : 10.2333/bhmk.41.65 . S2CID   49238101 .
  28. ^ Щека, C.; Zheng, H.; Hallstrom, Br; Хьюз, Re (2018). «Применение алгоритма причинного обнаружения к анализу данных реестра артропластики» . Биомедицинская инженерия и вычислительная биология . 9 : 117959721875689. DOI : 10.1177/1179597218756896 . PMC   5826097 . PMID   29511363 .
  29. ^ Вэнь, х.; Рангараджан, Г.; Дин, М. (2013). "Является ли Грейнджер причинностью жизнеспособной методикой для анализа данных FMRI?" Полем Plos один . 8 (7): E67428. BIBCODE : 2013PLOSO ... 867428W . doi : 10.1371/journal.pone.0067428 . PMC   3701552 . PMID   23861763 .
  30. ^ Ebert-Uphoff, Imme; Дэн, Йи (2017). «Причинное обнаружение в« Геоссауки » - использование синтетических данных, чтобы узнать, как интерпретировать результаты» . Компьютеры и геологические науки . 99 : 50–60. Bibcode : 2017cg ..... 99 ... 50e . doi : 10.1016/j.cageo.2016.10.008 .
  31. ^ МакКракен, JM; Weigel, Rs; Ли, Джундонг; Ричард Хан, П.; Лю, Хуан (2014). «Конвергентное перекрестное картирование и парное асимметричное вывод». Физический Преподобный 90 (6): 062903. Arxiv : 1407.5696 . BIBCODE : 2014FRVE..90F2903M . doi : 10.1103/physreve.90.062903 . PMID   25615160 . S2CID   7506718 .
  32. ^ Scheines, R. (1997). «Введение в причинный вывод» (PDF) . Причинность в кризисе : 185–199.
  33. ^ Голландия, PW (1986). «Статистика и причинный вывод». Журнал Американской статистической ассоциации . 81 (396): 945–960. doi : 10.1080/01621459.1986.10478354 . S2CID   14377504 .
  34. ^ Imbens, GW; Рубин, Д.Б. (2015). Причинный вывод в статистике, социальных и биомедицинских науках . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521885881 .
  35. ^ Морган, SL; Winship, C. (2015). Контрфактуальные и причинно -следственные дела . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-1107065079 .
  36. ^ «Причинные модели и статистические данные, проект тетрада» .
  37. ^ «Инструменты, Центр причинного открытия, Университет Питтсбурга» . 10 августа 2016 года.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ade276be7dd3d0f70ec457c6dfeb319a__1723654740
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ad/9a/ade276be7dd3d0f70ec457c6dfeb319a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Exploratory causal analysis - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)