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SCM具有马尔可夫性质,当且仅当这个SCM不包含任何的有向环,且所有外生变量均相互独立。因为外生变量通常被理解为某种「误差项」或「噪音项」,所以如果某些外生变量之间存在相关性,那么它们之间可能存在混淆变量。在一个马尔可夫式SCM中,我们可以得到以下的基本定理:
因果马尔可夫条件:
其中, 代表我们感兴趣的变量, 代表它的父节点中的所有内生变量。利用因果马尔可夫条件,我们可以把一个联合概率分布分解为多个条件概率分布的积。
一个符合因果马尔可夫条件的SCM经过介入之后,仍然符合因果马尔可夫条件,条件概率计算如下:
其中,X是一系列受到干预的变量,x是X中变量受干预之后的数值。 表示, 里同时也在X里(即在 中)的变量将被赋值为 的对应值。
以图1为例,在干预之前, ,而在干预 之后, 。注意,由于从Z到X的因果箭头已经被切断, ,因为直接改变X无法影响Z。
在《Causality》中,Pearl证明了一个更广泛的结论:
其中,每一个t都代表X所有父节点的一种可能取值。由于所有直接指向X的箭头已经被切断,所以自然有 。
反事实推理(counterfactual inference)的核心在于:虽然现实情况下 ,但是假如 的话,Y会怎么样呢?
有些人后悔,「如果我当年……,那么我现在就能……。」这一思维方式就是反事实推理。
反事实推理与FPCI(因果推断的根本问题)息息相关。对于一个已经接受了实验组介入的样本u,我们只能观察到u的 ,却永远无法观察到 ,反之亦然。RCM(虚拟事实模型)对反事实推理有一定的描述,但RCM整体不如SCM清晰、明确、易解释。
下面,我将用SCM重新表达2.2部分中提到的介入主义因果观。
因此,SCM可以回答类似「假如 而非现实中的 ,Y的值是什么?」的反事实问题。但是,在现实生活中,由于个体信息 通常未知,而复杂的非线性结构方程可能会随着U的分布变化而变化,所以反事实推理普遍比较困难。
总而言之,所有RCM均可以用SCM表达,而且SCM的白箱比RCM的黑箱更清晰、更稳定。