针对社会福利计划中个人的干预措施的主要问题之一是歧视：个性化治疗可能导致跨年龄，性别或种族等敏感属性的差异。本文解决了公平有效的治疗分配规则的设计问题。我们采用了第一次的非遗憾视角，没有危害：我们选择了帕累托边境中最公平的分配。我们将优化投入到混合构成线性程序公式中，可以使用现成的算法来解决。我们对估计的政策功能的不公平性和在帕累托前沿的不公平保证在一般公平概念下的不公平性范围内得出了遗憾。最后，我们使用教育经济学的应用来说明我们的方法。

本文提出了一种估计溢出效应存在福利最大化政策的实验设计。我考虑一个设置在其中组织成一个有限数量的大型群集，并在每个群集中以不观察到的方式交互。作为第一种贡献，我介绍了一个单波实验，以估计治疗概率的变化的边际效应，以考虑到溢出率，并测试政策最优性。该设计在群集中独立地随机化处理，并诱导局部扰动到对簇成对的治疗概率。使用估计的边际效应，我构建了对定期治疗分配规则最大化福利的实际测试，并且我表征了其渐近性质。该想法是，研究人员应报告对福利最大化政策的边际效应和测试的估计：边际效应表明福利改善的方向，并提供了关于是否值得进行额外实验以估计估计福利改善的证据治疗分配。作为第二种贡献，我设计了多波实验来估计治疗分配规则并最大化福利。我获得了小型样本保证，最大可获得的福利和估计政策（遗憾）评估的福利之间的差异。这种保证的必要性是，遗憾在迭代和集群的数量中线性会聚到零。校准在信息扩散和现金转移方案上校准的模拟表明，该方法导致了显着的福利改进。

在当今的社会中，算法建议和决策已经变得普遍存在。其中许多和其他数据驱动的政策，特别是在公共政策领域，基于已知的确定性规则，以确保其透明度和可解释性。例如，算法预审风险评估，即作为我们的激励申请，提供相对简单，确定性的分类分数和建议，以帮助法官发出释放决策。我们如何根据现有的确定性政策使用数据，并学习新的和更好的策略？不幸的是，策略学习的先前方法不适用，因为它们需要现有的政策是随机而非确定性的。我们开发了一种强大的优化方法，部分地识别策略的预期效用，然后通过最小化最坏情况后悔找到最佳策略。由此产生的政策是保守的，但具有统计安全保障，允许政策制定者限制产生比现有政策更糟糕的结果的可能性。我们将这种方法扩展到人类借助算法建议作出决策的共同和重要的环境。最后，我们将提议的方法应用于预审风险评估工具的独特现场实验。我们推出了新的分类和推荐规则，以保留现有仪器的透明度和可解释性，同时可能以较低的成本导致更好的整体结果。

最近的工作突出了因果关系在设计公平决策算法中的作用。但是，尚不清楚现有的公平因果概念如何相互关系，或者将这些定义作为设计原则的后果是什么。在这里，我们首先将算法公平性的流行因果定义组装成两个广泛的家庭：（1）那些限制决策对反事实差异的影响的家庭； （2）那些限制了法律保护特征（如种族和性别）对决策的影响。然后，我们在分析和经验上表明，两个定义的家庭\ emph {几乎总是总是} - 从一种理论意义上讲 - 导致帕累托占主导地位的决策政策，这意味着每个利益相关者都有一个偏爱的替代性，不受限制的政策从大型自然级别中绘制。例如，在大学录取决定的情况下，每位利益相关者都不支持任何对学术准备和多样性的中立或积极偏好的利益相关者，将不利于因果公平定义的政策。的确，在因果公平的明显定义下，我们证明了由此产生的政策要求承认所有具有相同概率的学生，无论学术资格或小组成员身份如何。我们的结果突出了正式的局限性和因果公平的常见数学观念的潜在不利后果。

当并非观察到所有混杂因子并获得负面对照时，我们研究因果参数的估计。最近的工作表明，这些方法如何通过两个所谓的桥梁函数来实现识别和有效估计。在本文中，我们使用阴性对照来应对因果推断的主要挑战：这些桥梁功能的识别和估计。先前的工作依赖于这些功能的完整性条件，以识别因果参数并在估计中需要进行独特性假设，并且还集中于桥梁函数的参数估计。相反，我们提供了一种新的识别策略，以避免完整性条件。而且，我们根据最小学习公式为这些功能提供新的估计量。这些估计值适合通用功能类别，例如重现Hilbert空间和神经网络。我们研究了有限样本收敛的结果，既可以估计桥梁功能本身，又要在各种假设组合下对因果参数进行最终估计。我们尽可能避免桥梁上的独特条件。

在因果推理和强盗文献中，基于观察数据的线性功能估算线性功能的问题是规范的。我们分析了首先估计治疗效果函数的广泛的两阶段程序，然后使用该数量来估计线性功能。我们证明了此类过程的均方误差上的非反应性上限：这些边界表明，为了获得非反应性最佳程序，应在特定加权$ l^2 $中最大程度地估算治疗效果的误差。 -规范。我们根据该加权规范的约束回归分析了两阶段的程序，并通过匹配非轴突局部局部最小值下限，在有限样品中建立了实例依赖性最优性。这些结果表明，除了取决于渐近效率方差之外，最佳的非质子风险除了取决于样本量支持的最富有函数类别的真实结果函数与其近似类别之间的加权规范距离。

即使在医学和公共政策等高风险设置中，数据驱动的决策也起着重要作用。从观察到的数据中学习最佳策略需要仔细制定效用函数，该功能的期望值在人群中最大化。尽管研究人员通常使用仅依赖于观察到的结果的实用程序，但在许多情况下，决策者的效用函数的特征是所有动作下的潜在结果集合。例如，``不伤害''的希波克拉底原则意味着，在未经治疗的情况下生存的患者导致死亡的成本大于预防救生治疗的成本。我们考虑使用此形式的不对称效用功能的最佳政策学习。我们表明，不对称公用事业会导致无法识别的社会福利功能，因此我们首先部分识别它。利用统计决策理论，我们通过最大程度地减少相对于替代政策的最大遗憾来得出最小的决策规则。我们表明，可以通过解决中间分类问题从观察到的数据中学习最小值决策规则。我们还确定，此过程的有限样本遗憾是由这些中间分类器的错误分类率界定的。我们将此概念框架和方法应用于有关是否使用肺高血压患者是否使用正确的心脏导管插入术的决定。

了解特定待遇或政策与许多感兴趣领域有关的影响，从政治经济学，营销到医疗保健。在本文中，我们开发了一种非参数算法，用于在合成控制的背景下检测随着时间的流逝的治疗作用。该方法基于许多算法的反事实预测，而不必假设该算法正确捕获模型。我们介绍了一种推论程序来检测治疗效果，并表明测试程序对于固定，β混合过程渐近有效，而无需对所考虑的一组基础算法施加任何限制。我们讨论了平均治疗效果估计的一致性保证，并为提出的方法提供了遗憾的界限。算法类别可能包括随机森林，套索或任何其他机器学习估计器。数值研究和应用说明了该方法的优势。

由于在数据稀缺的设置中，交叉验证的性能不佳，我们提出了一个新颖的估计器，以估计数据驱动的优化策略的样本外部性能。我们的方法利用优化问题的灵敏度分析来估计梯度关于数据中噪声量的最佳客观值，并利用估计的梯度将策略的样本中的表现为依据。与交叉验证技术不同，我们的方法避免了为测试集牺牲数据，在训练和因此非常适合数据稀缺的设置时使用所有数据。我们证明了我们估计量的偏见和方差范围，这些问题与不确定的线性目标优化问题，但已知的，可能是非凸的，可行的区域。对于更专业的优化问题，从某种意义上说，可行区域“弱耦合”，我们证明结果更强。具体而言，我们在估算器的错误上提供明确的高概率界限，该估计器在策略类别上均匀地保持，并取决于问题的维度和策略类的复杂性。我们的边界表明，在轻度条件下，随着优化问题的尺寸的增长，我们的估计器的误差也会消失，即使可用数据的量仍然很小且恒定。说不同的是，我们证明我们的估计量在小型数据中的大规模政权中表现良好。最后，我们通过数值将我们提出的方法与最先进的方法进行比较，通过使用真实数据调度紧急医疗响应服务的案例研究。我们的方法提供了更准确的样本外部性能估计，并学习了表现更好的政策。

Statistical risk assessments inform consequential decisions such as pretrial release in criminal justice, and loan approvals in consumer finance. Such risk assessments make counterfactual predictions, predicting the likelihood of an outcome under a proposed decision (e.g., what would happen if we approved this loan?). A central challenge, however, is that there may have been unmeasured confounders that jointly affected past decisions and outcomes in the historical data. This paper proposes a tractable mean outcome sensitivity model that bounds the extent to which unmeasured confounders could affect outcomes on average. The mean outcome sensitivity model partially identifies the conditional likelihood of the outcome under the proposed decision, popular predictive performance metrics (e.g., accuracy, calibration, TPR, FPR), and commonly-used predictive disparities. We derive their sharp identified sets, and we then solve three tasks that are essential to deploying statistical risk assessments in high-stakes settings. First, we propose a doubly-robust learning procedure for the bounds on the conditional likelihood of the outcome under the proposed decision. Second, we translate our estimated bounds on the conditional likelihood of the outcome under the proposed decision into a robust, plug-in decision-making policy. Third, we develop doubly-robust estimators of the bounds on the predictive performance of an existing risk assessment.

我们在具有不对称损耗功能的数据丰富的环境中研究了二元选择问题。经济学学文献涵盖非参数二元选择问题，但在富含数据的环境中没有提供计算上有吸引力的解决方案。机器学习文献具有许多算法，但主要集中在独立于协变量的损耗功能上。我们表明，通过基于损失的损失的重量或最先进的机器学习技术，可以通过非常简单的损失的重量来实现关于与一般损失函数的二元成果的理论上有效决策。我们将我们的分析应用于审前拘留中的种族正义。

个性化决定规则（IDR）是一个决定函数，可根据他/她观察到的特征分配给定的治疗。文献中的大多数现有工作考虑使用二进制或有限的许多治疗方案的设置。在本文中，我们专注于连续治疗设定，并提出跳跃间隔 - 学习，开发一个最大化预期结果的个性化间隔值决定规则（I2DR）。与推荐单一治疗的IDRS不同，所提出的I2DR为每个人产生了一系列治疗方案，使其在实践中实施更加灵活。为了获得最佳I2DR，我们的跳跃间隔学习方法估计通过跳转惩罚回归给予治疗和协变量的结果的条件平均值，并基于估计的结果回归函数来衍生相应的最佳I2DR。允许回归线是用于清晰的解释或深神经网络的线性，以模拟复杂的处理 - 协调会相互作用。为了实现跳跃间隔学习，我们开发了一种基于动态编程的搜索算法，其有效计算结果回归函数。当结果回归函数是处理空间的分段或连续功能时，建立所得I2DR的统计特性。我们进一步制定了一个程序，以推断（估计）最佳政策下的平均结果。进行广泛的模拟和对华法林研究的真实数据应用，以证明所提出的I2DR的经验有效性。

我们探索了一个新的强盗实验模型，其中潜在的非组织序列会影响武器的性能。上下文 - 统一算法可能会混淆，而那些执行正确的推理面部信息延迟的算法。我们的主要见解是，我们称之为Deconfounst Thompson采样的算法在适应性和健壮性之间取得了微妙的平衡。它的适应性在易于固定实例中带来了最佳效率，但是在硬性非平稳性方面显示出令人惊讶的弹性，这会导致其他自适应算法失败。

当我们对优化模型中的不确定参数进行观察以及对协变量的同时观察时，我们研究了数据驱动决策的优化。鉴于新的协变量观察，目标是选择一个决定以此观察为条件的预期成本的决定。我们研究了三个数据驱动的框架，这些框架将机器学习预测模型集成在随机编程样本平均值近似（SAA）中，以近似解决该问题的解决方案。 SAA框架中的两个是新的，并使用了场景生成的剩余预测模型的样本外残差。我们研究的框架是灵活的，并且可以容纳参数，非参数和半参数回归技术。我们在数据生成过程，预测模型和随机程序中得出条件，在这些程序下，这些数据驱动的SaaS的解决方案是一致且渐近最佳的，并且还得出了收敛速率和有限的样本保证。计算实验验证了我们的理论结果，证明了我们数据驱动的公式比现有方法的潜在优势（即使预测模型被误解了），并说明了我们在有限的数据制度中新的数据驱动配方的好处。

非政策评估和学习（OPE/L）使用离线观察数据来做出更好的决策，这对于在线实验有限的应用至关重要。但是，完全取决于记录的数据，OPE/L对环境分布的变化很敏感 - 数据生成环境和部署策略的差异。 \ citet {si2020distributional}提议的分布在稳健的OPE/L（Drope/L）解决此问题，但该提案依赖于逆向权重，如果估计错误和遗憾，如果倾向是非参数估计的，即使其差异是次级估计，即使是次级估计的，其估计错误和遗憾将降低。对于标准的，非体，OPE/L，这是通过双重鲁棒（DR）方法来解决的，但它们并不自然地扩展到更复杂的drop/l，涉及最糟糕的期望。在本文中，我们提出了具有KL-Divergence不确定性集的DROPE/L的第一个DR算法。为了进行评估，我们提出了局部双重稳健的drope（LDR $^2 $ ope），并表明它在弱产品速率条件下实现了半摩托效率。多亏了本地化技术，LDR $^2 $ OPE仅需要安装少量回归，就像标准OPE的DR方法一样。为了学习，我们提出了连续的双重稳健下降（CDR $^2 $ opl），并表明，在涉及连续回归的产品速率条件下，它具有$ \ Mathcal {o} \ left的快速后悔率（n^） {-1/2} \ right）$即使未知的倾向是非参数估计的。我们从经验上验证了模拟中的算法，并将结果进一步扩展到一般$ f $ divergence的不确定性集。

使用历史观察数据的政策学习是发现广泛应用程序的重要问题。示例包括选择优惠，价格，要发送给客户的广告，以及选择要开出患者的药物。但是，现有的文献取决于这样一个关键假设，即将在未来部署学习策略的未来环境与生成数据的过去环境相同 - 这个假设通常是错误或太粗糙的近似值。在本文中，我们提高了这一假设，并旨在通过不完整的观察数据来学习一项稳健的策略。我们首先提出了一个政策评估程序，该程序使我们能够评估政策在最坏情况下的转变下的表现。然后，我们为此建议的政策评估计划建立了中心限制定理类型保证。利用这种评估方案，我们进一步提出了一种新颖的学习算法，该算法能够学习一项对对抗性扰动和未知协变量转移的策略，并根据统一收敛理论的性能保证进行了绩效保证。最后，我们从经验上测试了合成数据集中提出的算法的有效性，并证明它提供了使用标准策略学习算法缺失的鲁棒性。我们通过在现实世界投票数据集的背景下提供了我们方法的全面应用来结束本文。

This paper studies offline policy learning, which aims at utilizing observations collected a priori (from either fixed or adaptively evolving behavior policies) to learn an optimal individualized decision rule that achieves the best overall outcomes for a given population. Existing policy learning methods rely on a uniform overlap assumption, i.e., the propensities of exploring all actions for all individual characteristics are lower bounded in the offline dataset; put differently, the performance of the existing methods depends on the worst-case propensity in the offline dataset. As one has no control over the data collection process, this assumption can be unrealistic in many situations, especially when the behavior policies are allowed to evolve over time with diminishing propensities for certain actions. In this paper, we propose a new algorithm that optimizes lower confidence bounds (LCBs) -- instead of point estimates -- of the policy values. The LCBs are constructed using knowledge of the behavior policies for collecting the offline data. Without assuming any uniform overlap condition, we establish a data-dependent upper bound for the suboptimality of our algorithm, which only depends on (i) the overlap for the optimal policy, and (ii) the complexity of the policy class we optimize over. As an implication, for adaptively collected data, we ensure efficient policy learning as long as the propensities for optimal actions are lower bounded over time, while those for suboptimal ones are allowed to diminish arbitrarily fast. In our theoretical analysis, we develop a new self-normalized type concentration inequality for inverse-propensity-weighting estimators, generalizing the well-known empirical Bernstein's inequality to unbounded and non-i.i.d. data.

我们研究了对识别的非唯一麻烦的线性功能的通用推断，该功能定义为未识别条件矩限制的解决方案。这个问题出现在各种应用中，包括非参数仪器变量模型，未衡量的混杂性下的近端因果推断以及带有阴影变量的丢失 - 与随机数据。尽管感兴趣的线性功能（例如平均治疗效应）在适当的条件下是可以识别出的，但令人讨厌的非独家性对统计推断构成了严重的挑战，因为在这种情况下，常见的滋扰估计器可能是不稳定的，并且缺乏固定限制。在本文中，我们提出了对滋扰功能的受惩罚的最小估计器，并表明它们在这种挑战性的环境中有效推断。提出的滋扰估计器可以适应灵活的功能类别，重要的是，无论滋扰是否是唯一的，它们都可以融合到由惩罚确定的固定限制。我们使用受惩罚的滋扰估计器来形成有关感兴趣的线性功能的依据估计量，并在通用高级条件下证明其渐近正态性，这提供了渐近有效的置信区间。

我们在无限地平线马尔可夫决策过程中考虑批量（离线）策略学习问题。通过移动健康应用程序的推动，我们专注于学习最大化长期平均奖励的政策。我们为平均奖励提出了一款双重强大估算器，并表明它实现了半导体效率。此外，我们开发了一种优化算法来计算参数化随机策略类中的最佳策略。估计政策的履行是通过政策阶级的最佳平均奖励与估计政策的平均奖励之间的差异来衡量，我们建立了有限样本的遗憾保证。通过模拟研究和促进体育活动的移动健康研究的分析来说明该方法的性能。

预测一组结果 - 而不是独特的结果 - 是统计学习中不确定性定量的有前途的解决方案。尽管有关于构建具有统计保证的预测集的丰富文献，但适应未知的协变量转变（实践中普遍存在的问题）还是一个严重的未解决的挑战。在本文中，我们表明具有有限样本覆盖范围保证的预测集是非信息性的，并提出了一种新型的无灵活分配方法PredSet-1Step，以有效地构建了在未知协方差转移下具有渐近覆盖范围保证的预测集。我们正式表明我们的方法是\ textIt {渐近上可能是近似正确}，对大型样本的置信度有很好的覆盖误差。我们说明，在南非队列研究中，它在许多实验和有关HIV风险预测的数据集中实现了名义覆盖范围。我们的理论取决于基于一般渐近线性估计器的WALD置信区间覆盖范围的融合率的新结合。