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
440
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
ベイズ最適化をゼロから
brainpadpr
2
900
山形とさくらんぼに関するレクチャー(YG-900)
07jp27
1
230
インフラだけではない MLOps の話 @事例でわかるMLOps 機械学習の成果をスケールさせる処方箋 発売記念
icoxfog417
PRO
2
620
DEIM2024 チュートリアル ~AWSで生成AIのRAGを使ったチャットボットを作ってみよう~
yamahiro
3
1.4k
Factorized Diffusion: Perceptual Illusions by Noise Decomposition
tomoaki0705
0
270
Science of Scienceおよび科学計量学に関する研究論文の俯瞰可視化_ポスター版
hayataka88
0
150
ACL読み会2024@名大 REANO: Optimising Retrieval-Augmented Reader Models through Knowledge Graph Generation
takuma_matsubara
0
100
論文紹介: PEFA: Parameter-Free Adapters for Large-scale Embedding-based Retrieval Models (WSDM 2024)
ynakano
0
170
Improving Search @scale with efficient query experimentation @BerlinBuzzwords 2024
searchhub
0
250
いまAI組織が求める企画開発エンジニアとは?
roadroller
2
1.3k
機械学習を支える連続最適化
nearme_tech
PRO
1
180
LIMEを用いた判断根拠の可視化
kentaitakura
0
370
Featured
See All Featured
How to Think Like a Performance Engineer
csswizardry
22
1.2k
Art, The Web, and Tiny UX
lynnandtonic
298
20k
Understanding Cognitive Biases in Performance Measurement
bluesmoon
26
1.5k
It's Worth the Effort
3n
183
28k
The Pragmatic Product Professional
lauravandoore
32
6.3k
Rails Girls Zürich Keynote
gr2m
94
13k
Large-scale JavaScript Application Architecture
addyosmani
510
110k
How GitHub (no longer) Works
holman
311
140k
How to Create Impact in a Changing Tech Landscape [PerfNow 2023]
tammyeverts
48
2.2k
Principles of Awesome APIs and How to Build Them.
keavy
126
17k
Scaling GitHub
holman
458
140k
The Invisible Side of Design
smashingmag
298
50k
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