Most neural models of causality assume static causal graphs, failing to capture the dynamic and sparse nature of physical interactions where causal relationships emerge and dissolve over time. We introduce the Causal Process Framework and its neural implementation, Causal Process Models (CPMs), for learning sparse, time-varying causal graphs from visual observations. Unlike traditional approaches that maintain dense connectivity, our model explicitly constructs causal edges only when objects actively interact, dramatically improving both interpretability and computational efficiency. We achieve this by casting dynamic interaction-graph construction for world modeling as a multi-agent reinforcement learning problem, where specialized agents sequentially decide which objects are causally connected at each timestep. Our key innovation is a structured representation that factorizes object and force vectors along three learned dimensions (mutability, causal relevance, and control relevance), enabling the automatic discovery of semantically meaningful encodings. We demonstrate that a CPM significantly outperforms dense graph baselines on physical prediction tasks, particularly for longer horizons and varying object counts.


翻译:大多数因果关系的神经模型假设静态因果图,未能捕捉物理交互中因果关系的动态与稀疏性——这种关系随时间产生和消散。我们提出因果过程框架及其神经实现——因果过程模型(CPMs),用于从视觉观测中学习稀疏、时变的因果图。与保持稠密连接的传统方法不同,我们的模型仅在物体主动交互时显式构建因果边,显著提升了可解释性与计算效率。我们通过将世界建模中的动态交互图构建转化为多智能体强化学习问题实现这一目标:专用智能体按序决定每个时间步中哪些物体存在因果联系。我们的核心创新是结构化表示,将物体与力向量沿三个学习维度(可变性、因果相关性与控制相关性)进行分解,从而自动发现具有语义意义的编码。实验表明,在物理预测任务中,CPM显著优于稠密图基线方法,尤其在长时域及变物体数量的场景下表现更为突出。

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS2020】可处理的反事实推理的深度结构因果模型
专知会员服务
49+阅读 · 2020年9月28日
因果关联学习,Causal Relational Learning
专知会员服务
185+阅读 · 2020年4月21日
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
【学界】融合对抗学习的因果关系抽取
GAN生成式对抗网络
16+阅读 · 2018年7月14日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
21+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 3月26日
Arxiv
0+阅读 · 3月16日
Arxiv
29+阅读 · 2023年2月10日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
【NeurIPS2020】可处理的反事实推理的深度结构因果模型
专知会员服务
49+阅读 · 2020年9月28日
因果关联学习,Causal Relational Learning
专知会员服务
185+阅读 · 2020年4月21日
相关基金
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
21+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员