Identifying causality is a challenging task in many data-intensive scenarios. Many algorithms have been proposed for this critical task. However, most of them consider the learning algorithms for directed acyclic graph (DAG) of Bayesian network (BN). These BN-based models only have limited causal explainability because of the issue of Markov equivalence class. Moreover, they are dependent on the assumption of stationarity, whereas many sampling time series from complex system are nonstationary. The nonstationary time series bring dataset shift problem, which leads to the unsatisfactory performances of these algorithms. To fill these gaps, a novel causation model named Unique Causal Network (UCN) is proposed in this paper. Different from the previous BN-based models, UCN considers the influence of time delay, and proves the uniqueness of obtained network structure, which addresses the issue of Markov equivalence class. Furthermore, based on the decomposability property of UCN, a higher-order causal entropy (HCE) algorithm is designed to identify the structure of UCN in a distributed way. HCE algorithm measures the strength of causality by using nearest-neighbors entropy estimator, which works well on nonstationary time series. Finally, lots of experiments validate that HCE algorithm achieves state-of-the-art accuracy when time series are nonstationary, compared to the other baseline algorithms.


翻译:因果识别是许多数据密集型场景中的一项具有挑战性的任务。针对这一关键任务,研究者已提出多种算法。然而,大多数算法考虑的是贝叶斯网络(BN)中有向无环图(DAG)的学习方法。这些基于BN的模型因马尔可夫等价类问题而仅具有有限的因果可解释性。此外,它们依赖于平稳性假设,而来自复杂系统的许多采样时间序列却是非平稳的。非平稳时间序列带来了数据集偏移问题,导致这些算法性能不佳。为弥补这些不足,本文提出了一种名为唯一因果网络(UCN)的新型因果模型。与以往基于BN的模型不同,UCN考虑了时间延迟的影响,并证明了所获网络结构的唯一性,从而解决了马尔可夫等价类问题。进一步地,基于UCN的可分解特性,设计了一种高阶因果熵(HCE)算法,以分布式方式识别UCN的结构。HCE算法利用最近邻熵估计器衡量因果强度,该估计器在非平稳时间序列上表现良好。最后,大量实验验证了,在时间序列非平稳的情况下,与其他基线算法相比,HCE算法达到了最先进的精度。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月16日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月13日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
VIP会员
最新内容
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:03
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:31
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
10+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员