作者：埼玉老師?編輯：學(xué)姐

人人都承認(rèn),任何事物只要存在,就有它所以存在的原因 ? 休謨

圖靈獎(jiǎng)獲得者珀?duì)柺钱?dāng)下AI領(lǐng)域最尖銳的批評(píng)者之一,珀?duì)栒J(rèn)為當(dāng)下的AI并未真正產(chǎn)生智能,因?yàn)樗鼈儾辉斫庖蚬P(guān)系。

其實(shí)在歷史的長河中,從人類從記事開始,就在不斷的探討和研究因果,嘗試對(duì)因 果進(jìn)行定義和研究。

在古希臘時(shí)期,亞里士多德提出“四因說”,即目的因、物質(zhì)因、形式因和動(dòng)力因。其中，目的因可以理解為一種解釋,他相信自然界中的每一 件事物都是有其[目的]。

到了17世紀(jì),牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)體系,后面逐漸形成了機(jī)械決定論的因果觀?即整個(gè)世界的時(shí)空都看成是一系列確定性因果事件的鏈條。基于此因果觀,法國物理學(xué)家拉普拉斯的一句話最為著名【只要給我足夠的初始條件,宇宙所有粒子的初 始位置和速度,我就可以預(yù)測一切】,此時(shí)期的因果觀是絕對(duì)性的。

同時(shí)期的休謨,雖然對(duì)因果關(guān)系的存在性保持懷疑態(tài)度,但他先后在《人性論》和 《人類理智研究》中嘗試給出了因果關(guān)系的兩個(gè)定義。一個(gè)定義是【兩個(gè)類似的對(duì) 象在時(shí)間上先行和空間上的鄰近的關(guān)系】,另一個(gè)定義是【假如沒有前一個(gè)對(duì)象,? 那么后一個(gè)對(duì)象就不可能存在】。第一個(gè)定義將因果關(guān)系表達(dá)為觀念間的聯(lián)結(jié),第 二個(gè)則涉及到了反事實(shí)推理的必要因,這是后面 潛在結(jié)果框架 的核心。

時(shí)間來到20世紀(jì),? 1923年,內(nèi)曼在他的博士畢業(yè)論文中,第一次提出了潛在結(jié)果框架 ,利用該框架來研究因果關(guān)系,并創(chuàng)新性的將因果關(guān)系和統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合了起來,? 此時(shí)的因果觀不再是絕對(duì)性的,而是概率性的。隨后,魯賓則在內(nèi)曼的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的將潛在結(jié)果框架運(yùn)用在了因果的觀察性研究中。

到了20世紀(jì)90年代,計(jì)算機(jī)科學(xué)家珀?duì)栭_始倡導(dǎo)因果信息革命,提出了因果圖框架以解決因果推斷中的反事實(shí)推斷和因果關(guān)系挖掘的問題,并證明了該框架在一定條件下和潛在結(jié)果框架的等價(jià)性。隨著時(shí)間的推移,人類正在逐步的將因果關(guān)系的 定義和研究從形而上的概念變得數(shù)學(xué)化和具象化。

到了21世紀(jì)的今天,在計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)以及算法的加持下,利用數(shù)據(jù)研究因果已經(jīng) 變得越來越常見。直至今天,國外的谷歌,蘋果、臉書等科技公司,國內(nèi)的阿里,騰訊,百度等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)每時(shí)每刻都在利用數(shù)據(jù)研究著因果——AB 實(shí)驗(yàn),? Uplift 模型都是因果理論衍生而來。

接下來,我們?cè)倏磧蓚€(gè)經(jīng)典的小故事,以說明通過數(shù)據(jù)探查因果關(guān)系的困難性和復(fù)雜性:

• 幸存者偏差

• 辛普森悖論

幸存者偏差

1941年,第二次世界大戰(zhàn)中,美國哥倫比亞大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)沃德教授(Abraham Wald)應(yīng)軍方要求,利用其在統(tǒng)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)來提供關(guān)于《飛機(jī)應(yīng)該如何加強(qiáng)防護(hù),才能降低被炮火擊落的幾率》的相關(guān)建議。

沃德教授針對(duì)聯(lián)軍的轟炸機(jī)遭受攻擊后返回營地的轟炸機(jī)數(shù)據(jù),進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn):機(jī)翼是最容易被擊中的位置,機(jī)尾則是最 少被擊中的位置。

軍方指揮官認(rèn)為[應(yīng)該加強(qiáng)機(jī)翼的防護(hù),因?yàn)檫@是最容易被擊中的位置]。然而沃德教授卻有相反的結(jié)論,他認(rèn)為[應(yīng)該加強(qiáng)機(jī)尾的防護(hù)]。沃德教授的理由是統(tǒng)計(jì)的樣本中,只涵蓋了平安返回的轟炸機(jī),并非是機(jī)尾不易被擊中,而是因?yàn)闄C(jī)尾被擊中的飛機(jī)早已無法返航。

辛普森悖論

辛普森悖論是英國統(tǒng)計(jì)學(xué)家辛普森于 1951 年提出的悖論,即在某個(gè)條件下的兩組數(shù) 據(jù),在分別討論時(shí)都會(huì)滿足某種性質(zhì),可是一旦合并起來進(jìn)行考慮,卻可能導(dǎo)致相? 反的結(jié)論。下面我們以一個(gè)經(jīng)典的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)為例:

在這個(gè)數(shù)據(jù)中,我們有A , B兩種療法,如果將樣本分為輕癥狀和重癥狀,通過數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)現(xiàn) A 療法的治愈率都是高于B療法的。但看總計(jì)的時(shí)候,會(huì)驚奇的發(fā)現(xiàn)A療法的治愈率反而不如B療法,于是出現(xiàn)了悖論。

以上兩個(gè)小故事告訴我們,直接通過數(shù)據(jù)來推斷因果是困難且復(fù)雜的。我們不能直 接簡單的利用相關(guān)性的結(jié)論作為因果的結(jié)論。

最后我們以珀?duì)栐凇禩he book of Why》中提到的因果關(guān)系之梯來結(jié)束本文。珀?duì)栒J(rèn)為,作為一個(gè)智能體,如果要學(xué)習(xí)因果關(guān)系至少需要三種不同層級(jí)的認(rèn)知能力:

第一層級(jí)-觀察能力

第二層級(jí)-行動(dòng)能力

第三層級(jí)-想象能力

這三種不同層級(jí)的難度是逐級(jí)遞增的。

觀察能力是指發(fā)現(xiàn)環(huán)境規(guī)律的能力。

行動(dòng)能力是指預(yù)測對(duì)環(huán)境改變后的結(jié)果。

想象能力是指類似于人類的想象和反思,這是產(chǎn)生智慧的至關(guān)重要的一種能力。

珀?duì)枌⑦@三種認(rèn)知能力對(duì)應(yīng)三種不同層級(jí)的因果問題。它們分別是:

第一層級(jí)-關(guān)聯(lián)問題:如果觀察到因素X,因素Y會(huì)怎么樣?

第二層級(jí)-干預(yù)問題:如果改變了因素X,因素Y會(huì)怎么樣?

第三層級(jí)-反事實(shí)問題:假如因素X沒有發(fā)生,會(huì)如何?

例如在一個(gè)房間中有溫度計(jì),通過觀察到溫度計(jì)的示數(shù) X?我們能估計(jì)房間內(nèi)的真實(shí) 溫度 Y,這是第一層級(jí)的關(guān)聯(lián)問題。第二層級(jí)的干預(yù)問題則是要研究如果人工故意 去改變了溫度計(jì)的示數(shù) X?,? ?Y?會(huì)怎么樣。

這三個(gè)層級(jí)的因果問題組成了 因果關(guān)系之梯。目前大部分的 AI 算法都只停留在第一層級(jí)的問題。

也許,因果關(guān)系之梯真的是通往強(qiáng)人工智能的關(guān)鍵一步。

點(diǎn)擊查看：【5月28日直播回放】因果推斷在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

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