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在因果關系領域，我們想要了解一個系統在干預(例如基因剔除實驗)下是如何反應的。這些問題超出了統計上的依賴，因此不能用標準的回歸或分類技術來回答。在本教程中，你將學習因果推理的有趣問題和該領域的最新發展。不需要事先了解因果關系。

第一部分: 我們引入結構化的因果模型和形式化的干預分布。我們定義因果效應，并說明如果因果結構已知，如何計算它們。

第二部分: 我們提出了三個可以用來從數據中推斷因果結構的想法:(1)發現數據中的(條件)獨立性，(2)限制結構方程模型和(3)利用因果模型在不同環境中保持不變的事實。

第三部分: 如果時間允許，我們將展示因果概念如何在更經典的機器學習問題中使用。

//stat.mit.edu/news/four-lectures-causality/

因果學習

因果推理在許多領域都很重要，包括科學、決策制定和公共政策。確定因果關系的金標準方法使用隨機控制擾動實驗。然而，在許多情況下，這樣的實驗是昂貴的、耗時的或不可能的。從觀察數據中獲得因果信息是可替代的一種選擇，也就是說，從通過觀察感興趣系統獲得的數據中獲得而不使其受到干預。在這次演講中，我將討論從觀察數據中進行因果學習的方法，特別關注因果結構學習和變量選擇的結合，目的是估計因果效果。我們將用例子來說明這些概念。

貝葉斯概率模型為不確定性下的相干推理和預測提供了一個原則框架。近似推理解決了貝葉斯計算的關鍵挑戰，即計算棘手的后驗分布和相關數量，如貝葉斯預測分布。近十年來，貝葉斯建模技術在計算機視覺、自然語言處理、強化學習等領域的機器學習任務中得到了廣泛應用。

本教程對近似推理的最新進展進行了一個連貫的總結。我們將以介紹近似推理的概念和變分推理的基礎知識開始本教程。然后我們將描述現代近似推理的基本方面，包括可擴展推理、蒙特卡洛技術、平攤推理、近似后驗設計和優化目標。這些最新進展之間的聯系也將被討論。最后，我們將在下游不確定性估計和決策任務中的應用實例提供先進的近似推理技術，并對未來的研究方向進行討論。

我們給出了一個關于調查透明度和可解釋性的前沿教程，因為它們與NLP有關。研究團體和業界都在開發新的技術，以使黑箱型NLP模型更加透明和可解釋。來自社會科學、人機交互(HCI)和NLP研究人員的跨學科團隊的報告，我們的教程有兩個組成部分:對可解釋的人工智能(XAI)的介紹和對NLP中可解釋性研究的最新回顧; 研究結果來自一個大型跨國技術和咨詢公司在現實世界中從事NLP項目的個人的定性訪談研究。第一部分將介紹NLP中與可解釋性相關的核心概念。然后，我們將討論NLP任務的可解釋性，并對AI、NLP和HCI會議上的最新文獻進行系統的文獻綜述。第二部分報告了我們的定性訪談研究，該研究確定了包括NLP在內的現實世界開發項目中出現的實際挑戰和擔憂。

自然語言處理中可解釋AI的現狀調研

近年來，最領先的模型在性能上取得了重要的進步，但這是以模型變得越來越難以解釋為代價的。本調研提出了可解釋AI (XAI)的當前狀態的概述，在自然語言處理(NLP)領域內考慮。我們討論解釋的主要分類，以及解釋可以達到和可視化的各種方式。我們詳細介紹了目前可用來為NLP模型預測生成解釋的操作和可解釋性技術，以作為社區中模型開發人員的資源。最后，我們指出了在這個重要的研究領域目前的挑戰和未來可能工作方向。

//www.zhuanzhi.ai/paper/377e285abccf56a823a3fd0ad7a3f958

摘要：這項工作考慮了這樣一個問題: 獲取大量數據的便利程度如何影響我們學習因果效應和關系的能力。在大數據時代，學習因果關系與傳統因果關系有哪些不同或相同之處?為了回答這個問題，這項綜述提供了一個在因果關系和機器學習之間聯系的全面和結構化的回顧。

//www.zhuanzhi.ai/paper/6ad7902913e98bd48540a5596b978edc

因果性是結果與引起結果的原因之間的一種一般性關系。它很難定義，而且我們通常只憑直覺知道原因和結果。因為下雨，街道是濕的。因為這個學生不學習，所以他考試考得很差。因為烤箱是熱的，奶酪在披薩上融化了。當用數據學習因果關系時，我們需要意識到統計關聯和因果之間的區別。例如，當天氣炎熱時，一家冰淇淋店的老板可能會注意到高昂的電費和較高的銷售額。因此，她會觀察到電費和銷售數字之間有很強的聯系，但電費并不是導致高銷售額的原因——讓商店的燈徹夜開著不會對銷售產生影響。在這種情況下，外部溫度是高電費和高銷售額的共同原因，我們說它是一個混亂的因果關系。

學習因果關系的能力被認為是人類水平智能的重要組成部分，可以作為AI的基礎(Pearl, 2018)。從歷史上看，學習因果關系已經在包括教育在內的許多高影響領域被研究過(LaLonde, 1986;Dehejia和Wahba, 1999年;Heckerman et al ., 2006;希爾，2011)，醫學科學(馬尼和庫珀，2000;經濟學(Imbens, 2004)、流行病學(Hernan et al.， 2000;Robins等人，2000年;、氣象學(Ebert-Uphoff和Deng, 2012)和環境衛生(Li et al.， 2014)。受限于數據量，堅實的先驗因果知識是學習因果關系所必需的。研究人員對通過精心設計的實驗收集的數據進行研究，堅實的先驗因果知識至關重要(Heckerman et al.， 2006)。以隨機對照試驗的原型為例(Cook et al.， 2002)，為了研究一種藥物的療效，患者將被隨機分配服用或不服用該藥物，這將保證平均而言，治療組和未治療組(對照組)在所有相關方面是等同的，排除任何其他因素的影響。然后，藥物對某些健康結果的影響——比如，偏頭痛的持續時間——可以通過比較兩組的平均結果來衡量。

這個綜述的目的是考慮在現在的大數據時代學習因果關系的新可能性和挑戰，這里指的是海量數據集的可用性。舉個例子，考慮到無法測量的混雜因素的可能性——可能會被減輕，因為可以測量更多的特征。因此，一方面，研究人員有可能在大數據的幫助下回答有趣的因果問題。例如，Yelp的正面評論是促使顧客去餐館，還是僅僅反映了受歡迎程度而沒有影響?這個因果問題可以通過Yelp維護的龐大數據庫中的數據來解決。另一方面，用大數據來回答因果問題，會帶來一些獨特的新問題。例如,盡管公共數據庫或通過web爬行收集的數據或應用程序編程接口(api)是空前巨大的,我們有很少的直覺對什么類型的偏差數據集可以遭受——數據更豐富,也更神秘,因此,負責任地更難模型。與此同時，大數據給其他學習任務(如預測)帶來的基本統計困難，使得因果調查更具挑戰性。也許這方面最顯著的例子是現代數據的高維性(Li et al.， 2017a)，比如文本數據(Imai et al.， 2013)。

許多ML任務與信號處理有共同的實際目標和理論基礎(例如，光譜和核方法、微分方程系統、順序采樣技術和控制理論)。信號處理方法是ML許多子領域中不可分割的一部分，例如，強化學習，哈密頓蒙特卡洛，高斯過程(GP)模型，貝葉斯優化，神經ODEs /SDEs。

本教程旨在涵蓋與離散時間和連續時間信號處理方法相聯系的機器學習方面。重點介紹了隨機微分方程(SDEs)、狀態空間模型和高斯過程模型的遞推估計(貝葉斯濾波和平滑)。目標是介紹基本原則之間的直接聯系信號處理和機器學習, (2) 提供一個直觀的實踐理解隨機微分方程都是關于什么, (3) 展示了這些方法在加速學習的真正好處,提高推理,模型建立,演示和實際應用例子。這將展示ML如何利用現有理論來改進和加速研究，并為從事這些方法交叉工作的ICML社區成員提供統一的概述。

哥倫比亞大學Elias Bareinboim副教授ICML 2020教程《因果強化學習》！

因果推理提供了一套工具和原則，允許人們結合數據和環境的結構不變性來推理反事實性質的問題。如果現實不是這樣，會發生什么呢? 即使想象中的現實沒有數據可用。強化學習關心的是在交互和不確定的環境中有效地找到一個優化特定功能的策略(例如，獎勵，后悔)。這兩個學科是獨立發展的，它們之間幾乎沒有相互作用。然而，在現實中，它們對同一個構建塊的不同方面進行操作，這使得他們緊密相連。

在本教程中，我們將基于這一觀察結果引入統一的處理方法，并將這兩個學科置于相同的概念和理論框架下。我們表明，當這一聯系完全建立時，就會出現許多自然的和普遍的學習問題，而這不能單獨從任何一個學科中看到。特別地，我們將討論廣義策略學習(在線、非策略和做微積分學習的組合)、何時何地干預、反事實決策(自由意志、自主、人與人工智能協作)、策略通用性和因果模仿學習等等。這種新的理解導致了對什么是反事實學習的更廣泛的觀點，并暗示了因果關系和強化學習并行研究的巨大潛力。我們稱這種新的研究為“因果強化學習”(簡稱CRL)。

地址：

//crl.causalai.net/

【導讀】機器學習暑期學校(MLSS)系列開始于2002年，致力于傳播統計機器學習和推理的現代方法。今年因新冠疫情在線舉行，從6月28號到7月10號講述了眾多機器學習主題。本文推薦來自德國人工智能教授 Bernhard Sch?lkopf教授講述《因果性》，177頁ppt系統性講述了機器學習中的因果性，非常干貨。

由Judea Pearl開創的圖因果推理起源于人工智能(AI)的研究，在很長一段時間內與機器學習領域幾乎沒有聯系。本文認為，機器學習和人工智能的硬開放問題本質上與因果關系有關，并解釋了該領域是如何開始理解它們的。

近年來，機器學習社區對因果關系的興趣顯著增加。我對因果關系的理解是由Judea Pearl和許多合作者和同事所啟發的，其中的大部分內容來自與Dominik Janzing和Jonas Peters合著的一本書(Peters et al.， 2017)。我已經在各種場合談論過這個話題，其中一些正在進入機器學習的主流，特別是因果建模可以提升機器學習模型的魯棒性。因果性和機器學習的交叉的發展令人興奮。這篇報告不僅能夠對討論因果思維對AI的重要性有所幫助，而且還可以為機器學習的觀眾介紹一些圖或結構因果模型的相關概念。

盡管最近取得了諸多成功，但如果我們將機器學習的能力與動物的能力進行比較，我們會發現，在一些動物擅長的關鍵技能上，前者相當糟糕。這包括遷移到新問題,任何形式的泛化,不是從一個數據點到下一個從相同的分布(采樣),而是從一個問題到下一個——都被稱為泛化。這個缺點并不是太令人吃驚，因為機器學習經常忽略生物大量使用的信息: 世界干預、領域遷移、時間結構。最后，機器學習也不擅長思考，在康拉德洛倫茨的意義上，即，在想象的空間中行動。我認為，因果性關注建模和推理，可以對理解和解決這些問題做出實質性的貢獻，從而將該領域帶入下一個層次。

視頻： //www.youtube.com/watch?v=btmJtThWmhA&feature=youtu.be

目錄內容：

• 背景介紹
• 結構化因果模型
• 獨立機制與解纏分解
• 做微積分
• 混淆
• 因果發現：兩變量情況
• 因果機器學習
• 時間序列