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因果关系之梯从观察到想象的能力进阶 [复制链接]

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因果关系之梯是图灵奖得主、加州大学洛杉矶分校计算机科学教授朱迪亚·珀尔提出的一种分类框架,该分类法回答了“因果推理主体可以做什么”这一问题。因果关系之梯包括三个层级:关联(association)、干预(intervention)和反事实(counterfactual),分别对应逐级复杂的因果问题。

第一层级的梯子上站着的是机器人和动物,它们通过“观察”进行学习,能够做的就是基于被动观察来做出预测。比如观察到症状,这意味着和疾病有关;观察到调查结果,我们知道人们会如何投票。

在这个层级上,问题都是基于“关联”,即相关性的,其典型问题是:“如果我观察到……会怎样?”比如,一家百货公司的销售经理可能会问:“购买牙膏的顾客同时购买牙线的可能性有多大?”

相关性问题正是统计学的安身立命之本,统计学家主要通过收集和分析数据给出答案。朱迪亚·珀尔认为,目前为止我们的机器学习进展都还是在这一层级的,无论大家认为它有多么强大。

第二层级的梯子上站着的是原始人类和婴儿,它们学会了“行动”,即有意图地去使用工具,对周遭环境进行干预。

在这个层级上,就涉及到了对现实世界的“干预”,并预测干预结果。其典型问题就是:“如果我们实施……行动,将会怎样?”比如“如果我们把牙膏的价格翻倍,牙线的销售额将会怎么样?”

干预比关联更高级,因为它不仅涉及被动观察,还涉及主动改变现状。深度学习系统,无论数据集有多大或者神经网络有多深,只要使用的是被动收集的数据,都永远无法回答干预问题,因为干预行动据其本意就是要打破机器训练的环境规则。

第三层级的梯子上站着的是有较高智慧的人类,拥有“想象”、“反思”的能力,能够在大脑中将真实的世界与虚构的世界进行对比。

在这个层级,通过“反事实”的问题,构建一个虚拟世界,与现在进行对比,问题的答案就是对比的结果。其典型问题是:“假如我当时做了……现在会怎样?”。回到牙膏的例子,针对这个例子,最高层级的问题是:“假如我们把牙膏的价格提高一倍,则之前买了牙膏的顾客仍然选择购买的概率是多少?”

在这个问题中,我们所做的就是将真实的世界(在真实的世界,我们知道顾客以当前的价格购买了牙膏)和虚构的世界(在虚构的世界,牙膏价格是当前的2倍)进行对比。

反事实与数据之间存在着一种特别棘手的关系,因为数据顾名思义就是事实。数据无法告诉我们在反事实或虚构的世界里会发生什么,在反事实世界里,观察到的事实被直截了当地否定了。然而,人类的思维却能可靠地、重复地进行这种寻求背后解释的推断。

参考资料:

朱迪亚·珀尔,达纳·麦肯齐著,江生,于华译,“为什么:关于因果关系的新科学”,中信出版集团,.

因果之梯-集智百科

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