"我用了 AIPW,它是双稳健的,所以估计可以信"——威斯康星大学这门课的练习第 20 题,就是拿这句话当题面,让人解释双稳健到底保证了什么、还该追问什么。讲义里那句判断更直接:双稳健这个名字容易误导,它强调的只是其中一个函数恰好正确的情形。
课程是 BMI/POP HLTH 661《Causal Inference, Surveys, and Missing Data for Population Health》,2026 年秋季,授课教师 Amy Cochran,周二、周四下午 4:00—5:15 在 726 WARF 上课。公开在网上的不是课件 PDF,而是一本可以逐章读的在线书,章节按因果推断的教学顺序排。
公开到哪一步
已公开 19 章加 4 组练习:动机部分 4 章(用数据当侦探、概率不够用、临床试验作为范例、概率作为形式语言),构造部分 6 章(结构因果模型、因果图、全局马尔可夫性、潜在结果、单世界干预图),可测混杂 5 章(结果回归、匹配、倾向得分、逆概率加权、稳健估计),不可测混杂 4 章(不可测混杂、工具变量、断点回归、其他策略)。练习按章分组,第三组做到第 21 题。
侧栏里还有三块只有标题没有正文:敏感性分析、缺失数据、复杂调查。课程进度表把它们排在 11 月 10 日之后,网页上没有对应章节,读不到就是不存在的,别把课程计划当已发布讲义。
三张误差式子把双重稳健讲透
稳健估计那一章从"模型错了会怎样"起手,先分开算两种偏差,再合成。
结果回归的偏差是拟合结果函数与真实条件均值之差的期望:E[μ(X,
1)] E[Y
(1)] = E[μ(X,
1) μ(X,
1)]。如果每个协变量取值上预测都低两个单位,平均下来也低两个单位,误差不会被平均掉。
逆概率加权的偏差落在倾向得分上。用 Horvitz–Thompson 形式(除以 n 而不是权重之和),偏差写成 E[{e(X) ê(X)}/ê(X) · μ(X,
1)]:某组的处理概率被低估,这组的处理组结果就被赋予过高权重。两个式子说明同一件事,结果回归靠结果函数对,IPW 靠倾向函数对,各只对一半。
AIPW 把两边拼起来,剩下的是两个误差的乘积:E[{μ(X,
1) μ(X,
1)} · {ê(X) e(X)}/ê(X)]。讲义在这里给了一句很实用的推断:结果均值误差 0.
10、相对倾向误差 0.10,乘起来是 0.01,两个模型都不精确,剩余偏差却比任一单项误差都小。所以"所有模型都错"不是放弃的理由,重点是把两个函数都估好。
四人算例:同一组数,三种答案
讲义用四个人把三种算法算了一遍。倾向得分是 0.25、0.25、0.75、0.75,结果模型取 μ(x,
a) = 3 + 2x + 4a。四个人分别叫 Hickory、Hazel、Willow、Chestnut,处理与结果依次是 (1,
6)、(0,
2)、(1,
10)、(0,
4)。
结果的对比表是这样的:
| 方法 | E[Y
(1)] | E[Y(0)] | ATE |
| 结果回归 | 8.00 | 4.00 | 4.00 |
| IPW(加权均值) | 7.00 | 3.50 | 3.50 |
| AIPW | 7.33 | 2.67 | 4.67 |
三种方法瞄的是同一个 ATE,数值差出一截。AIPW 的算法是:先按处理值预测每个人的结果,再用该人实际观测到的结果算加权修正项,最后对全部人取平均。Hickory 在处理 1 下的预测是
7、实际
6、权重 1/0.25 = 4,修正项就是 4×(6
7) = 4,贡献 3;Willow 的权重是 4/3,修正 4/3,贡献 31/3。四个人平均得 22/3。
手算这四个数比读十遍公式有用,因为能看到修正项如何把人往真实值上拽,也能看到 IPW 换了分母(除以 n 而非权重和)结果就会变。
练习 19 换了一组数,答案在源文件里
网页上的练习只给题不给答案。第 19 题是另一组四人格:Hickory (A=1, Y=12, ê=1/
2)、Hazel (0, 6, 1/
4)、Willow (1, 8, 3/
4)、Chestnut (0, 10, 1/
2),结果预测也换成另一套数,要求把权重、修正项、贡献三列填完再算 ATE。
答案藏在课程仓库的源文件里:_exercises/03e-robust-estimators.qmd,171 行,三个 **Solution** 区块,对应第 19、20、21 题。网页渲染时这些块被隐藏,读源码才看得到。第 20 题给的数是一个协变量点上真实值与拟合值都已知的对照(结果均值 10 对
12、倾向得分 0.40 对 0.50),让人分别算三种方法的建模偏差;第 21 题用训练误差 1.36 与交叉验证误差 1.45 的加性线性模型,对 0.25 与 0.29 的灵活模型,问该选哪个。
灵活模型那一段为什么值得读
讲义没有停在 AIPW 就收,接着讲"两个平庸模型合起来不如一个好模型"。它引了 2016 年 Atlantic Causal Inference Conference 竞赛的结论:灵活建模结果条件均值的方法表现突出,其中包括不建倾向模型、只做结果建模的 BART。
之后用回归树解释"用平面拼出曲线":一棵树把协变量切成若干区间,每个区间给一个预测值,区间越窄台阶越贴曲线。再到 BART,把很多棵小树加起来,μ(x,
a) = Σ g_j(x,
a),先验压住单棵树的贡献。
例子是 189 位母亲的出生体重数据,dbarts::bart() 拟合,nskip = 500,种子设为 661;做法是把每位母亲的吸烟值分别改成 1 和 0 各预测一次,再在两个处理值上取平均。这套"同一批人做两次预测再平均"的路子,和前面 AIPW 的计算骨架是同一个。
跑代码前要留意的三件事
课程用 R,出生体重数据来自 MASS 包(网页版会先找 data/birthwt.csv,找不到就退回 MASS::birthwt),BART 部分要装 dbarts。讲义代码块带 set.seed(661),换种子后 BART 的预测会有小幅波动,这属于后验抽样,不是错误。
练习不需要拟合任何模型,题面把预测值和评估结果都给了,纸笔加计算器就能做完,这一点在第 19 题开头写得很清楚。
公开的是课程网页与 GitHub 源文件,选课、Canvas 提交、评分与项目细则都不在公开范围内。课程评估里项目占 35 分,要求做一次目标试验模拟(target trial emulation),分六个节点交,这部分只有在校生能拿到细则。
版权:没有许可声明
课程页、章页与 GitHub 仓库都没有许可声明,仓库里也没有 LICENSE 文件。所以这里只做中文导读与公式转述,不转存章节页、不打包源文件;要引用请回到课程页,署名课程名、教师与学期。整批转载或用于培训之前,得先问作者。
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需要课程页与 GitHub 源文件的直达地址、19 章的逐章清单、练习 19 到 21 的答案要点,以及出生体重与 BART 那段的代码口径,回帖后可见。
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