Project 002 · σ-intervention

基于信息传递解释的 σ-干预及其因果演算

这项旧研究把因果干预从“改变变量的生成机制”推进到“改变变量向后代传递的信息”,并在 SCM / causal DAG 中给出对应的图变换和三条演算规则。

作者:龚鹤扬、朱珂应用数学学报 · 2023Evidence E3客观评价 →
core question

1. 核心问题

传统 Pearl do(X_A=x̃_A) 把干预理解为物理/机制操作:删除或替换 intervention variables 的结构方程。潜在结果和 SWIG 则擅长表达反事实变量与条件独立。

能否在 SCM 的形式语义里保留一个显式干预算子,同时像 SWIG 一样方便地检查事实变量与反事实变量之间的条件独立?
objects

2. do intervention vs σ intervention

do intervention

改变或钉死变量的生成机制。

\[P(x \mid do(\tilde{x}_A))=\prod_{k\in V\setminus A}P(x_k\mid x_{pa(k)})\prod_{j\in A}\mathbf{1}(x_j=\tilde{x}_j)\]

σ intervention

结构方程保留,但被干预变量向后代发送的信息被替换。

\[X_v^{\sigma(\tilde{x}_I)}=f_v(\tilde{X}_{V\cap pa(v)},X_{U\cap pa(v)})\]

Info-causal DAG 中的干预分布可以写为:

\[P(x\mid \sigma(\tilde{x}_A))=\prod_{k\in V}P(x_k\mid x^*_{pa(k)}),\quad x^*_k=\begin{cases}x_k,&k\notin A\\ \tilde{x}_k,&k\in A\end{cases}\]
invariants

3. 结构不变量

  • 非后代不变:i ∉ desc(A),则 X_i^{σ(x̃_A)} = X_i
  • 交换性:两个不交集合上的 info interventions 可交换。
  • 机制不删除:M^{σ(x̃_I)} 不删除任何结构方程。
  • 图变换方向:do 删除 pa(A) → Aσ 删除 A → ch(A)
calculus

4. Info calculus 三条规则

Rule 1 — insertion / deletion of observations

\[P(x_B\mid\sigma(\tilde{x}_A),x_C,x_D)=P(x_B\mid\sigma(\tilde{x}_A),x_D)\]

Rule 2 — action / observation exchange

\[P(x_B\mid\sigma(\tilde{x}_A),\sigma(\tilde{x}_C),x_D)=P(x_B\mid\sigma(\tilde{x}_A),\tilde{x}_C,x_D)\]

Rule 3 — insertion / deletion of actions

\[P(x_B\mid\sigma(\tilde{x}_A),\sigma(\tilde{x}_C),x_D)=P(x_B\mid\sigma(\tilde{x}_A),x_D)\]

规则的核心是:在对应的 info-intervention graph 上检查 d-separation 条件。

current positioning

5. 当前定位

这项研究有明确的形式价值:它把“因果 = 信息传递”的直觉压缩成一个可写、可算、可与 SCM/SWIG 对接的 operator。

但它不宜被包装成“显著超越 do-calculus 的新识别系统”。论文中许多结果与 do-calculus 可交换,因此更准确的定位是:

not stronger identification power, but a different representational interface for counterfactual / information-flow queries.