由于选择偏差，观察数据估算平均治疗效果（ATE）是有挑战性的。现有作品主要以两种方式应对这一挑战。一些研究人员建议构建满足正交条件的分数函数，该函数确保已建立的估计量“正交”更加健壮。其他人探索表示模型，以实现治疗组和受控群体之间的平衡表示。但是，现有研究未能进行1）在表示空间中歧视受控单元以避免过度平衡的问题； 2）充分利用“正交信息”。在本文中，我们提出了一个基于最新协变量平衡表示方法和正交机器学习理论的中等平衡的表示学习（MBRL）框架。该框架可保护表示形式免于通过多任务学习过度平衡。同时，MBRL将噪声正交性信息纳入培训和验证阶段，以实现更好的ATE估计。与现有的最新方法相比，基准和模拟数据集的全面实验表明，我们方法对治疗效应估计的优越性和鲁棒性。

Causal learning is the key to obtaining stable predictions and answering \textit{what if} problems in decision-makings. In causal learning, it is central to seek methods to estimate the average treatment effect (ATE) from observational data. The Double/Debiased Machine Learning (DML) is one of the prevalent methods to estimate ATE. However, the DML estimators can suffer from an \textit{error-compounding issue} and even give extreme estimates when the propensity scores are close to 0 or 1. Previous studies have overcome this issue through some empirical tricks such as propensity score trimming, yet none of the existing works solves it from a theoretical standpoint. In this paper, we propose a \textit{Robust Causal Learning (RCL)} method to offset the deficiencies of DML estimators. Theoretically, the RCL estimators i) satisfy the (higher-order) orthogonal condition and are as \textit{consistent and doubly robust} as the DML estimators, and ii) get rid of the error-compounding issue. Empirically, the comprehensive experiments show that: i) the RCL estimators give more stable estimations of the causal parameters than DML; ii) the RCL estimators outperform traditional estimators and their variants when applying different machine learning models on both simulation and benchmark datasets, and a mimic consumer credit dataset generated by WGAN.

经济学和医疗保健方面的许多实际决策问题寻求从观察数据中估算平均治疗效果（ATE）。双重/辩护的机器学习（DML）是观察性研究中估计吃量的普遍方法之一。但是，DML估计器可能会遇到错误的问题，甚至在倾向分数被弄错或非常接近0或1时进行极端估计。现有文献从理论的角度解决了这个问题。在本文中，我们提出了一种健壮的因果学习（RCL）方法，以抵消DML估计量的缺陷。从理论上讲，RCL估计量i）与DML估计器一样一致且双重稳健，ii）可以摆脱错误混合问题。从经验上讲，全面的实验表明，i）RCL估计器比DML估计器给出了因果参数的稳定估计，ii）RCL估计器在模拟和基准标准数据集上应用不同的机器学习模型时，RCL估计器优于传统估计器及其变体。 。

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。

因果推论在电子商务和精确医学等各个领域都有广泛的应用，其性能在很大程度上取决于对个体治疗效果（ITE）的准确估计。通常，通过在其各个样品空间中分别对处理和控制响应函数进行建模来预测ITE。但是，这种方法通常会在实践中遇到两个问题，即治疗偏见引起的治疗组和对照组之间的分布分布以及其人口规模的显着样本失衡。本文提出了深层的整个空间跨网络（DESCN），以从端到端的角度进行建模治疗效果。 DESCN通过多任务学习方式捕获了治疗倾向，反应和隐藏治疗效果的综合信息。我们的方法共同学习了整个样品空间中的治疗和反应功能，以避免治疗偏见，并采用中间伪治疗效应预测网络来减轻样品失衡。从电子商务凭证分销业务的合成数据集和大规模生产数据集进行了广泛的实验。结果表明，DESCN可以成功提高ITE估计的准确性并提高提升排名的性能。发布生产数据集和源代码的样本是为了促进社区的未来研究，据我们所知，这是首个大型公共偏见的因果推理数据集。

传统的因果推理方法利用观察性研究数据来估计潜在治疗的观察到的差异和未观察到的结果，称为条件平均治疗效果（CATE）。然而，凯特就对应于仅第一刻的比较，因此可能不足以反映治疗效果的全部情况。作为替代方案，估计全部潜在结果分布可以提供更多的见解。但是，估计治疗效果的现有方法潜在的结果分布通常对这些分布施加限制性或简单的假设。在这里，我们提出了合作因果网络（CCN），这是一种新颖的方法，它通过学习全部潜在结果分布而超出了CATE的估计。通过CCN框架估算结果分布不需要对基础数据生成过程的限制性假设。此外，CCN促进了每种可能处理的效用的估计，并允许通过效用函数进行特定的特定变异。 CCN不仅将结果估计扩展到传统的风险差异之外，而且还可以通过定义灵活的比较来实现更全面的决策过程。根据因果文献中通常做出的假设，我们表明CCN学习了渐近捕获真正潜在结果分布的分布。此外，我们提出了一种调整方法，该方法在经验上可以有效地减轻观察数据中治疗组之间的样本失衡。最后，我们评估了CCN在多个合成和半合成实验中的性能。我们证明，与现有的贝叶斯和深层生成方法相比，CCN学会了改进的分布估计值，以及对各种效用功能的改进决策。

There is intense interest in applying machine learning to problems of causal inference in fields such as healthcare, economics and education. In particular, individual-level causal inference has important applications such as precision medicine. We give a new theoretical analysis and family of algorithms for predicting individual treatment effect (ITE) from observational data, under the assumption known as strong ignorability. The algorithms learn a "balanced" representation such that the induced treated and control distributions look similar. We give a novel, simple and intuitive generalization-error bound showing that the expected ITE estimation error of a representation is bounded by a sum of the standard generalization-error of that representation and the distance between the treated and control distributions induced by the representation. We use Integral Probability Metrics to measure distances between distributions, deriving explicit bounds for the Wasserstein and Maximum Mean Discrepancy (MMD) distances. Experiments on real and simulated data show the new algorithms match or outperform the state-of-the-art.

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。

大型观察数据越来越多地提供健康，经济和社会科学等学科，研究人员对因果问题而不是预测感兴趣。在本文中，从旨在调查参与学校膳食计划对健康指标的实证研究，研究了使用非参数回归的方法估算异质治疗效果的问题。首先，我们介绍了与观察或非完全随机数据进行因果推断相关的设置和相关的问题，以及如何在统计学习工具的帮助下解决这些问题。然后，我们审查并制定现有最先进的框架的统一分类，允许通过非参数回归模型来估算单个治疗效果。在介绍模型选择问题的简要概述后，我们说明了一些关于三种不同模拟研究的方法的性能。我们通过展示一些关于学校膳食计划数据的实证分析的一些方法的使用来结束。

因果推断是在采用干预时估计因果关系中的因果效应。确切地说，在具有二进制干预措施的因果模型中，即控制和治疗，因果效应仅仅是事实和反事实之间的差异。困难是必须估算反事实，因此因果效应只能是估计。估计反事实的主要挑战是确定影响结果和治疗的混杂因素。一种典型的方法是将因果推论作为监督学习问题，因此可以预测反事实。包括线性回归和深度学习模型，最近的机器学习方法已适应因果推断。在本文中，我们提出了一种通过使用变分信息瓶颈（CEVIB）来估计因果效应的方法。有希望的点是，VIB能够自然地将变量从数据中蒸馏出来，从而可以通过使用观察数据来估计因果效应。我们通过将CEVIB应用于三个数据集，表明我们的方法实现了最佳性能，将其应用于其他方法。我们还实验表明了我们方法的鲁棒性。

我们定期考虑在实践中回答反事实问题，例如“糖尿病患者会选择另一种药物，会更好吗？”。观察性研究在回答此类问题的显着性上增长，因为它们的广泛积累和比随机对照试验（RCT）比较容易获得的。最近，一些作品将表示和域的适应性引入了反事实推断。但是，大多数目前的作品都集中在二进制治疗的设置上。他们都没有认为不同治疗的样本量不平衡，尤其是由于固有的用户偏好，某些治疗组中的数据示例相对有限。在本文中，我们为反事实推断设计了一种新的算法框架，从元学习来估算单个治疗效果（元地铁）以填补上述研究空白，尤其是考虑多种不平衡治疗方法。具体而言，我们将反事实推断的治疗组之间的数据发作视为元学习任务。我们从一组有足够样品的源治疗组中训练一个元学习者，并通过梯度下降进行梯度下降，而在目标治疗中样本有限。此外，我们引入了两个互补的损失。一个是多种来源治疗的监督损失。提出了与各个治疗组之间潜在分布对齐的另一个损失，以减少差异。我们在两个现实世界数据集上执行实验，以评估推理准确性和概括能力。实验结果表明，模型元地铁匹配/跑赢大的方法。

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。

对于许多具有观察数据的生物医学应用，估计治疗效果至关重要。特别是，对于许多生物医学研究人员来说，可解释性可解释性。在本文中，我们首先提供理论分析，并在强大的无知性假设下获得平均治疗效果（ATE）估计的偏差的上限。通过利用加权能量距离的吸引力性能得出，我们的上限比文献中报道的更紧密。在理论分析的激励下，我们提出了一个新的目标函数，用于估计使用能量距离平衡评分的ATE，因此不需要正确规范倾向得分模型。我们还利用最近开发的神经添加剂模型来改善用于潜在结果预测的深度学习模型的可解释性。我们通过能量距离平衡评分加权正则化进一步增强了我们提出的模型。在半合成实验中，使用两个基准数据集（即IHDP和ACIC）证明了我们提出的模型比当前最新方法的优势。

Estimating treatment effects from observational data is a central problem in causal inference. Methods to solve this problem exploit inductive biases and heuristics from causal inference to design multi-head neural network architectures and regularizers. In this work, we propose to use neurosymbolic program synthesis, a data-efficient, and interpretable technique, to solve the treatment effect estimation problem. We theoretically show that neurosymbolic programming can solve the treatment effect estimation problem. By designing a Domain Specific Language (DSL) for treatment effect estimation problem based on the inductive biases used in literature, we argue that neurosymbolic programming is a better alternative to treatment effect estimation than traditional methods. Our empirical study reveals that our method, which implicitly encodes inductive biases in a DSL, achieves better performance on benchmark datasets than the state-of-the-art methods.

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.

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。

作为因果推断中的重要问题，我们讨论了治疗效果（TES）的估计。代表混淆器作为潜在的变量，我们提出了完整的VAE，这是一个变形AutoEncoder（VAE）的新变种，其具有足以识别TES的预后分数的动机。我们的VAE也自然地提供了使用其之前用于治疗组的陈述。（半）合成数据集的实验显示在各种环境下的最先进的性能，包括不观察到的混淆。基于我们模型的可识别性，我们在不协调下证明TES的识别，并讨论（可能）扩展到更难的设置。

Observational studies are rising in importance due to the widespread accumulation of data in fields such as healthcare, education, employment and ecology. We consider the task of answering counterfactual questions such as, "Would this patient have lower blood sugar had she received a different medication?". We propose a new algorithmic framework for counterfactual inference which brings together ideas from domain adaptation and representation learning. In addition to a theoretical justification, we perform an empirical comparison with previous approaches to causal inference from observational data. Our deep learning algorithm significantly outperforms the previous state-of-the-art.

绘制因果推断的基本挑战是，任何单位都没有完全观察到反事实。此外，在观察性研究中，治疗分配可能会混淆。在不满足的条件下，已经出现了许多统计方法，这些方法在给定预处理的协变量下，包括基于倾向得分的方法，基于预后分数的方法和双重稳健方法。不幸的是，对于应用研究人员而言，没有“一定大小的”因果方法可以在普遍上表现出色。实际上，因果方法主要根据手工制作的模拟数据进行定量评估。这样的数据产生程序可能具有有限的价值，因为它们通常是现实的风格化模型。它们被简化为障碍性，缺乏现实世界数据的复杂性。对于应用研究人员，了解方法对手头数据的表现效果很好至关重要。我们的工作介绍了基于生成模型的深层框架，以验证因果推理方法。该框架的新颖性源于其产生锚定在观察到的样品的经验分布上的合成数据的能力，因此与后者几乎没有区别。该方法使用户可以为因果效应的形式和幅度指定地面真理，并将偏见作为协变量的功能。因此，模拟数据集用于评估与观察到的样本相似的数据时，各种因果估计方法的潜在性能。我们证明了Credence在广泛的仿真研究中准确评估因果估计技术的相对性能以及来自Lalonde和Project Star研究的两个现实世界数据应用的能力。

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.