Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Features
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
Search
Search
データ駆動による因果仮説探索
Search
Shohei SHIMIZU
February 09, 2021
Science
5
1.9k
データ駆動による因果仮説探索
JSTワークショップ「人工知能と科学」
Shohei SHIMIZU
February 09, 2021
Tweet
Share
More Decks by Shohei SHIMIZU
See All by Shohei SHIMIZU
非ガウス性と非線形性に基づく統計的因果探索
sshimizu2006
0
430
Causal discovery based on non-Gaussianity and nonlinearity
sshimizu2006
0
200
統計的因果探索の方法
sshimizu2006
1
1.2k
Non-Gaussian methods for causal discovery
sshimizu2006
0
310
研究・教育・産学連携の循環の実践
sshimizu2006
0
350
データで課題を解決する -因果関係を調べる統計的因果推論-
sshimizu2006
5
1.7k
統計的因果探索の概要と役割
sshimizu2006
0
2.2k
統計的因果探索とAI
sshimizu2006
1
2.4k
統計的因果探索: 領域知識とデータによる因果構造グラフの推測
sshimizu2006
4
3k
Other Decks in Science
See All in Science
マクロ経済学の視点で、財政健全化は必要か
ryo18cm
1
100
ベイズ最適化をゼロから
brainpadpr
2
900
Snowflake上でRを使う: RStudioセットアップとShinyアプリケーションのデプロイ
ktatsuya
PRO
0
480
トラブルがあったコンペに学ぶデータ分析
tereka114
2
1.2k
理論計算機科学における 数学の応用: 擬似ランダムネス
nobushimi
1
370
創薬における機械学習技術について
kanojikajino
13
4.7k
ベイズのはなし
techmathproject
0
340
生成AI による論文執筆サポートの手引き(ワークショップ) / A guide to supporting dissertation writing with generative AI (workshop)
ks91
PRO
0
320
小杉考司(専修大学)
kosugitti
2
570
学術講演会中央大学学員会いわき支部
tagtag
0
100
WCS-LA-2024
lcolladotor
0
140
最適化超入門
tkm2261
14
3.3k
Featured
See All Featured
GraphQLとの向き合い方2022年版
quramy
44
13k
We Have a Design System, Now What?
morganepeng
51
7.3k
Done Done
chrislema
181
16k
VelocityConf: Rendering Performance Case Studies
addyosmani
326
24k
How to Create Impact in a Changing Tech Landscape [PerfNow 2023]
tammyeverts
48
2.2k
Fantastic passwords and where to find them - at NoRuKo
philnash
50
2.9k
Fashionably flexible responsive web design (full day workshop)
malarkey
405
65k
The Illustrated Children's Guide to Kubernetes
chrisshort
48
48k
Sharpening the Axe: The Primacy of Toolmaking
bcantrill
38
1.9k
個人開発の失敗を避けるイケてる考え方 / tips for indie hackers
panda_program
95
17k
Typedesign – Prime Four
hannesfritz
40
2.4k
StorybookのUI Testing Handbookを読んだ
zakiyama
27
5.3k
Transcript
統計的因果推論と機械学習: データ駆動による因果仮説探索 清水昌平 滋賀大学データサイエンス学系 理化学研究所革新知能統合研究センター 2021.1.22 JSTワークショップ 「人工知能と科学」
統計的因果推論と機械学習 •統計的因果推論 – 介入するとどうなるか? • チョコ消費量を変えると ノーベル賞受賞者の数は変わるのか • どのくらい増えるのか(減るのか) •機械学習
– チョコ消費量がこのくらいだと 受賞者どのくらい? 2 Messerli, (2012), New England Journal of Medicine ! " # $ 賞 受 賞 者 ( 数 相関係数: 0.79 チョコレート消費量
相関関係と因果関係のギャップ 3 チョコ 賞 ? チョコ 賞 or GDP GDP
チョコ 賞 or GDP 複数の因果関係が同じ相関関係を与える 賞 未観測共通原因 未観測共通原因 未観測共通原因 ギャップ ҼՌάϥϑ チョコ
統計的因果推論の手順の例 1. 推定したいものを決める: 介入効果 2. 領域知識を用いて因果構造を表すグラフを描く (実験か観察か含む) 3. どの変数(共通原因)で調整すべきかを理論から導く 4.
(もしあれば) その変数を観測し調整に使い推定 4 チョコ 賞 GDP 𝐸 賞 𝑑𝑜 チョコ = 多い) = 𝐸調整に使う変数 [𝐸 賞 チョコ = 多い, 調整に使う変数)] 𝐸 賞 𝑑𝑜 チョコ = 多い) − 𝐸 賞 𝑑𝑜(チョコ = 少ない))
従来: 因果は扱いにくいもの • 「最近」起こった(広まった)こと – 理論面 (Rubin, Pearl) • 因果の数学的記述
• 領域知識と仮定を表現する道具の整備 • 因果推論のアルゴリズム化 – 適用面 • 機械学習の実用化・普及 – 機械学習では扱えないリサーチクエスチョンが何か明確に – 機械学習モデルの説明性、公平性 • Webサービス、行動経済学での因果推論の活用 – 因果推論によるビジネス、政策立案、適用領域の拡大 • 因果の科学: Causal Science (Pearl, 2020) 5
数学的フレームワーク (Imbens & Rubin, 2015; Pearl, 2001) • 構造的因果モデル (Pearl,
2001) • 因果の数学的表現 6 構造方程式 因果グラフ 構造方程式 因果グラフ 𝑥 = 𝑓) 𝑧, 𝑒) 𝑦 = 𝑓* 𝑥, 𝑧, 𝑒* 𝑥 = 1 𝑦 = 𝑓* 𝑥, 𝑧, 𝑒* 𝑝 𝑦 𝑑𝑜 𝑥 = 1 ≠ 𝑝 𝑦 𝑑𝑜 𝑥 = 0 であれば, 𝑥 causes 𝑦 𝑝 𝑦 𝑑𝑜 𝑥 = 1 𝑑𝑜 𝑥 = 1 𝑥: チョコ 𝑦: 賞 𝑧: GDP 𝑥: チョコ 𝑦: 賞 𝑧: GDP 1
推定可能性の理論 (Pearl, 2001; Spirets et al., 1993; Shimizu, 2014) •
因果グラフが描けたときに介入効果 – どの変数で調整すればよいか • 因果グラフ: 因果仮説探索 – データも使って描く: 例えば、線形性+非ガウス連続分布なら可 7 チョコ 賞 ? チョコ 賞 or GDP GDP チョコ 賞 or GDP x y z w u v q
8 データによる因果グラフ探索の適用例 https://sites.google.com/view/sshimizu06/lingam/lingampapers/applications-and-tailor-made-methods 疫学 経済学 Sleep problems Depression mood Sleep
problems Depression mood ? or OpInc.gr(t) Empl.gr(t) Sales.gr(t) R&D.gr(t) Empl.gr(t+1) Sales.gr(t+1) R&D(.grt+1) OpInc.gr(t+1) Empl.gr(t+2) Sales.gr(t+2) R&D.gr(t+2) OpInc.gr(t+2) (Moneta et al., 2012) (Rosenstrom et al., 2012) 神経科学 化学 (Campomanes et al., 2014) (Boukrina & Graves, 2013)
課題1: 未観測共通原因をどう懐柔するか • 現状: 領域知識により特定し観測する • どこまでデータにより支援できるか? – 例: 線形性と非ガウス連続分布
(Hoyer et al., 2008; Salehkaleybar et al., 2020) • 信号処理の理論: 独立成分分析 • 機械学習の理論: カーネル法 9 チョコ 賞 ? チョコ 賞 or GDP GDP チョコ 賞 or GDP 未観測共通原因 未観測共通原因 未観測共通原因 ҼՌάϥϑ
課題2: 変数をどうとるか • マクロ変数とミクロ変数 – 国レベルと個人レベル – 結果は一致するのか • 領域知識の利用
– (論文)テキストデータ等から抽出 • より一般に、データによる支援は可能? – 介入によるアルゴリズム (Chalupka et al. 2017) 10 Messerli, (2012) Chalupka et al. (2017)
まとめ: データ駆動による因果仮説探索 • 機械学習に加えて、統計的因果推論 – 因果グラフが領域知識で描ける場合は産業応用レベル – 描けない場合のデータによる支援が今後の鍵 • 課題
– 未観測共通原因 – 変数をどうとるか – データによる支援はどこまでできるか • 科学/工学の発展を加速 – 実験・調査、検証の効率化 11
12
因果グラフに関する領域知識の利用 • 領域情報+データから因果グラフを推測 – 製造業 • 製造条件 • その中間の特性 •
最終的な特性: 不良率など – 農業やマーケティングなどでも 13 最終特性 条件1 条件10 中間特性1 中間特性100 … 中間特性82 中間特性8 中間特性66 中間特性66 中間特性16 … … … … 因果探索