选择每个患者的最佳治疗计划需要随着时间的推移而准确地预测其结果轨迹的函数。虽然大型观察数据集构成丰富的信息来源，但他们也包含偏差，因为处理很少在实践中随机分配。为了提供准确和无偏见的预测，我们介绍了解除戒备的反事实经常性网络（DCRN），一种新的序列到序列架构，其通过学习患者历史的时间随时间估计治疗结果，这些历史记录被解除为三个单独的潜在因子：治疗因素，影响只有治疗选择;结果因素，影响结果;和一个混杂因素，影响两者。通过架构，完全受到治疗影响的因果结构随着时间的推移，我们推进预测准确性和疾病的理解，因为我们的建筑允许从业者推断哪个患者的轨迹影响哪些患者的轨迹，对比该领域的其他方法对比其他方法。我们证明DCRN在预测治疗响应中的当前最先进的方法，在实际和模拟数据中优于最新的方法。

随着时间的流逝，估计反事实结果有可能通过协助决策者回答“假设”问题来解锁个性化医疗保健。现有的因果推理方法通常考虑观察和治疗决策之间的定期离散时间间隔，因此无法自然地模拟不规则采样的数据，这是实践中的共同环境。为了处理任意观察模式，我们将数据解释为基础连续时间过程中的样本，并建议使用受控微分方程的数学明确地对其潜在轨迹进行建模。这导致了一种新方法，即治疗效果神经控制的微分方程（TE-CDE），该方程可在任何时间点评估潜在的结果。此外，对抗性训练用于调整时间依赖性混杂，这在纵向环境中至关重要，这是常规时间序列中未遇到的额外挑战。为了评估解决此问题的解决方案，我们提出了一个基于肿瘤生长模型的可控仿真环境，以反映出各种临床方案的一系列场景。在所有模拟场景中，TE-CDE始终优于现有方法，并具有不规则采样。

估算观察数据的个性化治疗效果（ITES）对于决策至关重要。为了获得非偏见的ITE估计，常见的假设是所有混杂因素都被观察到。然而，在实践中，我们不太可能直接观察这些混乱。相反，我们经常遵守真正的混乱的噪音测量，这可以作为有效代理。在本文中，我们解决了在观察嘈杂的代理而不是真正的混乱中估算ITE的问题。为此，我们开发了一种Deconfound Temporal AutoEncoder，这是一种利用观察到嘈杂的代理来学习反映真正隐藏的混淆的隐藏嵌入的新方法。特别地，DTA将长短期存储器自动统计器组合出具有因果正则化惩罚，该惩罚使得有条件独立于所学习的隐藏嵌入的潜在结果和治疗分配。通过DTA学习隐藏的嵌入后，最先进的结果模型可用于控制它并获得ITE的无偏见估计。使用综合性和现实世界的医疗数据，我们通过通过大幅保证金改善最先进的基准来证明我们的DTA的有效性。

因果关系的概念在人类认知中起着重要作用。在过去的几十年中，在许多领域（例如计算机科学，医学，经济学和教育）中，因果推论已经得到很好的发展。随着深度学习技术的发展，它越来越多地用于针对反事实数据的因果推断。通常，深层因果模型将协变量的特征映射到表示空间，然后设计各种客观优化函数，以根据不同的优化方法公正地估算反事实数据。本文重点介绍了深层因果模型的调查，其核心贡献如下：1）我们在多种疗法和连续剂量治疗下提供相关指标； 2）我们从时间开发和方法分类的角度综合了深层因果模型的全面概述； 3）我们协助有关相关数据集和源代码的详细且全面的分类和分析。

由于混杂偏见的复杂情况，使用观察数据估算治疗效果，尤其是个性化治疗效果（ITE），这是具有挑战性的。纵向观察数据估算治疗效果的现有方法通常是基于“不满意”的强烈假设，在现实世界实践中很难实现。在本文中，我们提出了变异的时间变形器（VTD），这种方法使用代理（即用于无法观察到的变量）来利用纵向设置中深层嵌入的方法。具体而言，VTD利用观察到的代理学习隐藏的嵌入，以反映观测数据中真正隐藏的混杂因素。因此，我们的VTD方法不依赖“不符”假设。我们在合成和实际临床数据上测试了VTD方法，结果表明，与其他现有模型相比，隐藏混杂性是主要偏见时我们的方法有效。

Observational studies have recently received significant attention from the machine learning community due to the increasingly available non-experimental observational data and the limitations of the experimental studies, such as considerable cost, impracticality, small and less representative sample sizes, etc. In observational studies, de-confounding is a fundamental problem of individualised treatment effects (ITE) estimation. This paper proposes disentangled representations with adversarial training to selectively balance the confounders in the binary treatment setting for the ITE estimation. The adversarial training of treatment policy selectively encourages treatment-agnostic balanced representations for the confounders and helps to estimate the ITE in the observational studies via counterfactual inference. Empirical results on synthetic and real-world datasets, with varying degrees of confounding, prove that our proposed approach improves the state-of-the-art methods in achieving lower error in the ITE estimation.

因果推断能够估计治疗效果（即，治疗结果的因果效果），使各个领域的决策受益。本研究中的一个基本挑战是观察数据的治疗偏见。为了提高对因果推断的观察研究的有效性，基于代表的方法作为最先进的方法表明了治疗效果估计的卓越性能。基于大多数基于表示的方法假设所有观察到的协变量都是预处理的（即，不受治疗影响的影响），并学习这些观察到的协变量的平衡表示，以估算治疗效果。不幸的是，这种假设往往在实践中往往是太严格的要求，因为一些协调因子是通过对治疗的干预进行改变（即，后治疗）来改变。相比之下，从不变的协变量中学到的平衡表示因此偏置治疗效果估计。

Determining causal effects of temporal multi-intervention assists decision-making. Restricted by time-varying bias, selection bias, and interactions of multiple interventions, the disentanglement and estimation of multiple treatment effects from individual temporal data is still rare. To tackle these challenges, we propose a comprehensive framework of temporal counterfactual forecasting from an individual multiple treatment perspective (TCFimt). TCFimt constructs adversarial tasks in a seq2seq framework to alleviate selection and time-varying bias and designs a contrastive learning-based block to decouple a mixed treatment effect into separated main treatment effects and causal interactions which further improves estimation accuracy. Through implementing experiments on two real-world datasets from distinct fields, the proposed method shows satisfactory performance in predicting future outcomes with specific treatments and in choosing optimal treatment type and timing than state-of-the-art methods.

为目标疾病开发新药物是一项耗时且昂贵的任务，药物重新利用已成为药物开发领域的流行话题。随着许多健康索赔数据可用，已经对数据进行了许多研究。现实世界的数据嘈杂，稀疏，并且具有许多混杂因素。此外，许多研究表明，药物的作用在人群中是异质的。近年来已经出现了许多有关估计异构治疗效果（HTE）（HTE）的高级机器学习模型，并已应用于计量经济学和机器学习社区。这些研究将医学和药物开发视为主要应用领域，但是从HTE方法论到药物开发的转化研究有限。我们旨在将HTE方法介绍到医疗保健领域，并在通过基准实验进行医疗保健行政索赔数据进行基准实验时提供可行性考虑。另外，我们希望使用基准实验来展示如何将模型应用于医疗保健研究时如何解释和评估模型。通过将最近的HTE技术引入生物医学信息学社区的广泛读者，我们希望通过机器学习促进广泛采用因果推断。我们还希望提供HTE具有个性化药物有效性的可行性。

模拟器为因果效应估计制作独特的基准，因为它们不依赖于无法验证的假设或干预现实世界的能力，但往往太简单，无法捕获实际应用的重要方面。我们提出了Alzheimer疾病的模拟器，旨在建模医疗保健数据的复杂性，同时实现因果效应和政策估算的基准。我们将系统拟合到阿尔茨海默病神经影像倡议（ADNI）数据集和地面手工制作组件，从比较治疗试验和观察治疗模式的结果中。模拟器包括改变因果推理任务的性质和难度，例如潜在变量，效果异质性，观察到的历史长度，行为策略和样本大小的参数。我们使用模拟器比较平均和条件治疗效果的估计。

合成控制方法开创了一类强大的数据驱动技术，以估算捐助单元的单位的反事实现实。从本质上讲，该技术涉及在干预前时期安装的线性模型，该模型结合了供体结果以产生反事实。但是，使用时间不足的权重在每个时间实例上线性组合空间信息都无法捕获重要的单位间和单位内的时间上下文以及真实数据的复杂非线性动力学。相反，我们提出了一种在干预开始之前使用局部时空信息作为估计反事实序列的有希望的方法的方法。为此，我们建议了一个变压器模型，该模型利用特定的位置嵌入，修改的解码器掩模以及一项新的预训练任务来执行时空序列到序列建模。我们对合成数据的实验证明了我们方法在典型的小型供体池设置中的功效及其对噪声的稳健性。我们还通过模拟全州范围的公共卫生政策来评估其有效性，对哮喘药物进行支持，以支持随机对照试验的疾病，以及针对弗里德雷希共济失调的患者改进的医疗干预措施，从而在人口和患者水平上产生可行的医疗保健见解，以评估其有效性。临床决策并促进个性化治疗。

This invited review discusses causal learning in the context of robotic intelligence. The paper introduced the psychological findings on causal learning in human cognition, then it introduced the traditional statistical solutions on causal discovery and causal inference. The paper reviewed recent deep causal learning algorithms with a focus on their architectures and the benefits of using deep nets and discussed the gap between deep causal learning and the needs of robotic intelligence.

Causal learning has attracted much attention in recent years because causality reveals the essential relationship between things and indicates how the world progresses. However, there are many problems and bottlenecks in traditional causal learning methods, such as high-dimensional unstructured variables, combinatorial optimization problems, unknown intervention, unobserved confounders, selection bias and estimation bias. Deep causal learning, that is, causal learning based on deep neural networks, brings new insights for addressing these problems. While many deep learning-based causal discovery and causal inference methods have been proposed, there is a lack of reviews exploring the internal mechanism of deep learning to improve causal learning. In this article, we comprehensively review how deep learning can contribute to causal learning by addressing conventional challenges from three aspects: representation, discovery, and inference. We point out that deep causal learning is important for the theoretical extension and application expansion of causal science and is also an indispensable part of general artificial intelligence. We conclude the article with a summary of open issues and potential directions for future work.

在广泛的任务中，在包括医疗处理，广告和营销和政策制定的发​​展中，对观测数据进行因果推断非常有用。使用观察数据进行因果推断有两种重大挑战：治疗分配异质性（\ Texit {IE}，治疗和未经处理的群体之间的差异），并且没有反事实数据（\ TEXTIT {IE}，不知道是什么已经发生了，如果确实得到治疗的人，反而尚未得到治疗）。通过组合结构化推论和有针对性的学习来解决这两个挑战。在结构方面，我们将联合分布分解为风险，混淆，仪器和杂项因素，以及在目标学习方面，我们应用来自影响曲线的规则器，以减少残余偏差。进行了一项消融研究，对基准数据集进行评估表明，TVAE具有竞争力和最先进的艺术表现。

数据驱动的社会事件预测方法利用相关的历史信息来预测未来的事件。这些方法依赖于历史标记数据，并且当数据有限或质量差时无法准确地预测事件。研究事件之间的因果效应超出相关性分析，并且可以有助于更强大的事件预测。然而，由于若干因素，在数据驱动事件预测中纳入因果区分析是具有挑战性的：（i）事件发生在复杂和充满活力的社交环境中。许多未观察到的变量，即隐藏的混乱，影响潜在的原因和结果。 （ii）给予时尚非独立和相同分布的（非IID）数据，为准确的因果效应估计建模隐藏的混淆并不差。在这项工作中，我们介绍了一个深入的学习框架，将因果效应估计整合到事件预测中。我们首先研究了从时空属性的观察事件数据的单个治疗效果（ITE）估计的问题，并提出了一种新的因果推断模型来估计ites。然后，我们将学习的事件相关的因果信息纳入事件预测作为先验知识。引入了两个强大的学习模块，包括特征重载模块和近似约束损耗，以实现先验知识注入。我们通过将学习的因果信息送入不同的深度学习方法，评估了真实世界事件数据集的提出的因果推断模型，并验证了在事件预测中提出的强大学习模块的有效性。实验结果展示了社会事件中拟议的因果推断模型的强度，并展示了社会事件预测中强大的学习模块的有益特性。

估计治疗的个性化影响是一个复杂但普遍存在的问题。为了解决这个问题，机器学习（ML）关于异质治疗效果估计的最新发展引起了许多复杂的，但不透明的工具：由于它们的灵活性，模块化和学习受限的表示的能力，尤其是神经网络，因此已成为中心对此文学。不幸的是，这种黑匣子的资产是有代价的：模型通常涉及无数的非平凡操作，因此很难理解他们所学到的知识。然而，理解这些模型可能至关重要 - 例如，在医学背景下，发现有关治疗效果的知识异质性可以在临床实践中为治疗处方提供信息。因此，在这项工作中，我们使用事后特征重要性方法来识别影响模型预测的功能。这使我们能够评估沿着先前工作中忽略的新重要维度的治疗效应估计量：我们构建了一个基准测试环境，以经验研究个性化治疗效果模型鉴定预测协变量的能力 - 确定治疗差异反应的协变量。然后，我们的基准测量环境使我们能够对不同类型的治疗效果模型的优势和劣势提供新的见解，因为我们调节了针对治疗效果估计的不同挑战 - 例如预后与预测信息的比率，潜在结果的可能非线性以及混杂的存在和类型。

电力行业正在大力实施智能网格技术，以提高可靠性，可用性，安全性和效率。该实施需要技术进步，标准和法规的发展以及测试和计划。智能电网载荷预测和管理对于降低需求波动和改善连接发电机，分销商和零售商的市场机制至关重要。在政策实施或外部干预措施中，有必要分析其对电力需求的影响的不确定性，以使系统对需求的波动更加准确。本文分析了外部干预的不确定性对电力需求的影响。它实现了一种结合概率和全局预测模型的框架，使用深度学习方法来估计干预措施的因果影响分布。通过预测受影响实例的反事实分布结果，然后将其与实际结果进行对比来评估因果效应。我们将COVID-19锁定对能源使用的影响视为评估这种干预对电力需求分布的不均匀影响的案例研究。我们可以证明，在澳大利亚和某些欧洲国家的最初封锁期间，槽通常比峰值更大的下降，而平均值几乎不受影响。

估算观察数据（个人 - 或人口层面）的因果效应对于制作许多类型的决策至关重要。解决此任务的一种方法是学习数据潜在因素的分解表示;当有混淆因素时（影响原因和效果），这变得明显更具挑战性。在本文中，我们采取了一种生成的方法，在变分自动编码器的最近进步上建立了同时学习这些潜在因素以及因果效应。我们提出了一种渐进模型序列，每个模型序列都改善了前一个，最终在混合模型中。我们的经验结果表明，所有三种拟议模型的性能优于最先进的判别以及文献中的其他生成方法。

训练因果效果变分性自身摩托（CEVAE）以预测给定的观察治疗数据的结果，而使用重要性采样均匀的处理分布训练均匀治疗变分性自身培训（UTVAE）。在本文中，我们表明，通过减轻训练训练以测试时间发生的分布换档，使用对观察治疗分布的均匀处理导致更好的因果化推断。我们还探讨了统一和观察治疗分布的组合，推断和生成网络培训目标，以找到更好的培训程序，用于推断治疗效果。实验，我们发现所提出的Utvae在综合效应误差估计比Sycleiny和IHDP数据集上的CEVAE估计的估计是更好的绝对平均处理效果误差和精度。

Causal inference is the process of using assumptions, study designs, and estimation strategies to draw conclusions about the causal relationships between variables based on data. This allows researchers to better understand the underlying mechanisms at work in complex systems and make more informed decisions. In many settings, we may not fully observe all the confounders that affect both the treatment and outcome variables, complicating the estimation of causal effects. To address this problem, a growing literature in both causal inference and machine learning proposes to use Instrumental Variables (IV). This paper serves as the first effort to systematically and comprehensively introduce and discuss the IV methods and their applications in both causal inference and machine learning. First, we provide the formal definition of IVs and discuss the identification problem of IV regression methods under different assumptions. Second, we categorize the existing work on IV methods into three streams according to the focus on the proposed methods, including two-stage least squares with IVs, control function with IVs, and evaluation of IVs. For each stream, we present both the classical causal inference methods, and recent developments in the machine learning literature. Then, we introduce a variety of applications of IV methods in real-world scenarios and provide a summary of the available datasets and algorithms. Finally, we summarize the literature, discuss the open problems and suggest promising future research directions for IV methods and their applications. We also develop a toolkit of IVs methods reviewed in this survey at https://github.com/causal-machine-learning-lab/mliv.