基于加性噪声模型的因果关系推断理论及其应用

发布时间：2018-03-13 23:29

  本文选题：加性噪声模型　切入点：泛化因果关系推断　出处：《广东工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：因果关系是普遍存在于事物之间的联系,也是科学研究重要的出发点之一。在科学研究领域中,因果关系比相关关系具有更好的解释性,可以为决策者提供准确的判断依据。目前,因果关系作为一种全新的研究在数据挖掘领域脱颖而出,涌现出一批经典的推断模型。其中,针对一对一因果关系而提出的基于加性噪声模型的因果关系推断方法在连续仿真数据和离散仿真数据的实验的准确率高达90%。但是该模型还有很大的改进空间,尤其是在高维离散数据领域内的应用仍处于空白。现有研究中,该模型面临两个主要瓶颈为：1.该模型无法有效地发现多对一的因果关系；2.该模型无法准确地区分推断间接的因果关系。本文针对上述两个问题,按照三部分研究思路逐步提出并完善了基于加性噪声模型的泛化因果关系推断模型。这三部分研究思路分别为：1.设计并实现基于加性噪声模型的多对一泛化因果关系推断模型；2.改进并实现稀疏离散数据中的泛化因果关系推断技术的应用；3.优化泛化因果关系推断算法的缺点并将其应用于高维离散数据。上述三部分的研究思路遵循由易到难的研究路线,根据应用目标数据复杂度的增加而不断提出改进策略,使其能够应用于各种大数据研究领域。本文主要研究内容与成果如下：1.针对已有研究无法推断离散数据中多对一因果关系的技术瓶颈,构建基于加性噪声模型的泛化因果关系推断模型(Additive Noise Model for Multiple-causes Discovery,ANMMcD),并率先将ANMMcD应用于低维稀疏离散数据的因果关系推断研究。本文针对数据中普遍存在的多个原因因素共同影响同一结果因素的现象,提出了基于多元概率统计和加性噪声模型的初步泛化因果关系推断模型。该模型能够准确推断出离散数据中的多对一因果关系结构,解决了已有因果关系推断方法只能发现离散数据中的一对一因果关系的问题,为因果关系推断方法应用在离散数据的数据挖掘研究提供了理论基础。在实例应用过程中,ANMMcD模型在软件项目风险管理数据中表现优异(数据包含27个风险因素),能够准确找出影响项目最终收益的风险因素,比已有的基于贝叶斯网络和V结构(二对一)因果关系推断模型和多种经典的特征选择算法的性能更加优秀。2.将结构学习方法与ANMMcD相结合,构成新的基于结构学习方法的泛化因果关系推断模型(Multi-causes Discovery with Structure Learning,McDSL),实现稀疏离散数据中的因果关系推断。针对离散数据中存在的间接原因因素对基于加性噪声模型的因果关系推断结果会造成干扰的问题,结合了结构学习方法和基于加性噪声模型的泛化因果关系推断模型,构建了两步式的泛化因果关系推断模型。该模型通过确定目标因素的潜在原因/结果因素,解决了间接原因因素干扰所造成的额外计算复杂度、影响准确率等问题,在低维因果关系推断中比ANMMcD模型更加有效,为高维离散数据中的因果关系推断研究提供了可行的方案。在实例应用中,McDSL模型被应用于股票收益的风险因子分析问题。股票收益风险数据比软件项目风险管理数据包含更多的风险因素(数据包含50个风险因素)和更加复杂的因果关系。实验结果表明McDSL模型找出的风险因素能够表现出市场投资规律,比已发表研究中的多种特征选择算法的收益预测的表现更加优秀。3.将智能算法与McDSL模型中的结构学习过程相结合,提出面向高维复杂的离散数据的启发式泛化因果关系推断(Heuristic Multi-causes Discovery,HMcD)模型,优化泛化因果关系推断过程的计算复杂度。针对数据中加性噪声对因果关系推断过程的影响,采用遗传算法结合泛化因果关系推断方法,构建了启发式泛化因果关系推断模型。该模型结合了遗传算法的全局搜索能力和快速收敛性质,能够在样本数据有误差的情况中,以更少的计算复杂度挖掘出更准确的信息,为高维离散数据中的因果关系推断研究提供了一个崭新的领域。该模型的实例应用采用了药物副作用数据,验证其在高维离散数据中的因果关系推断性能(数据包含1385个风险因素和888种药物)。实验结果表明,HMcD模型能够推断出准确的因果关系,比已有算法基于结构学习的因果关系分析模型(Causality Analysis model based on Structure Learning,CASTLE)找出的更加准确的原因因素,性能表现更优异。综上所述,本文提出和逐步完善基于加性噪声模型的泛化因果关系推断模型,通过理论证明和仿真实验证明模型的性能,并且应用于多个研究领域真实数据挖掘时表现突出,对因果关系领域的研究具有重要的参考价值。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.13

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 干红华;潘云鹤;;一种基于事件的因果关系的结构分析方法[J];模式识别与人工智能;2003年01期

2 金锡谟;;关于因果不当(上)[J];新闻与写作;1988年08期

3 贺乐天，孙永强;刻划分布式计算中的因果关系[J];计算机工程;1996年02期

4 杨伯淑;关于因果关系的标准、辨识及测试的一些探索[J];河北大学学报(哲学社会科学版);2003年01期

5 田树军;;采用合并贮能元法处理微分因果关系[J];机床与液压;1990年04期

6 黄建业;张艳霞;;平衡计分卡应用方法研究[J];物流技术;2005年12期

7 赵建康;因果关系与档案违法行为[J];中国档案;1994年06期

8 张万寅;试论档案犯罪中因果关系的确立原则[J];档案学通讯;2002年02期

9 欧福永;;论欧盟反补贴调查中补贴与损害之间因果关系的认定——以欧盟对中国铜版纸反补贴案为例[J];传播与版权;2013年07期

10 黄鸿森;“由于”三议[J];新闻通讯;1995年02期

相关会议论文 前10条

1 魏刚;;试论溺爱式家庭与子女心理问题的关系[A];中国首届心理咨询师大会暨心理危机干预研讨会论文集[C];2008年

2 简泽;;经济学中的因果关系[A];首届上海青年经济学者论坛论文集[C];2006年

3 胡月军;;再论假定因果关系的认定[A];当代法学论坛（2011年第4辑）[C];2011年

4 肖祥云;;渎职犯罪因果关系研究[A];当代法学论坛（2006年第4辑）[C];2006年

5 刘凤英;;类别因果关系对基于类别的特征推理任务的影响研究[A];第十一届全国心理学学术会议论文摘要集[C];2007年

6 简泽;;经济学中的因果关系[A];上海市经济学会学术年刊（2006）[C];2007年

7 ;第三十章 货币一产出的因果关系和影响关系检验[A];21世纪数量经济学（第2卷）[C];2001年

8 冷英;莫雷;;隐含因果关系对不同阅读者确定代词意义影响的实验研究[A];第九届全国心理学学术会议文摘选集[C];2001年

9 李伟;张怀金;;颅脑外伤与精神障碍的因果关系鉴定研究[A];中国法医学会全国第十五次法医临床学学术研讨会论文集[C];2012年

10 石峰;李群;朱一凡;王维平;;基于槽约束的行为因果关系追溯方法[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 柴秉升;法医学鉴定中伤害赔偿的因果关系判定[N];甘肃经济日报;2005年

2 韩 疆;民事侵权因果关系判断[N];人民法院报;2003年

3 李玉璧 刘 锐;民事侵权因果关系的认定[N];人民法院报;2005年

4 福建省厦门市中级人民法院 陈朝阳;证券侵权责任因果关系之法理分析[N];人民法院报;2002年

5 余红蔓　蒋海英;车辆溜坡后致人死亡 责任依因果关系而定[N];人民法院报;2011年

6 清华大学法学院副教授、法学博士 周光权;因果关系的判断[N];人民法院报;2003年

7 马栩生;因果关系推定研究[N];人民法院报;2004年

8 上海海事法院海事庭 汪洋;滞留单证与退税损失之间有无因果关系？[N];国际商报;2007年

9 浙江省宁波市鄞州区人民法院 郭敬波;“因”与“果”的距离[N];人民法院报;2011年

10 杨素娟;“举证责任倒置”与“因果关系推定”[N];中国环境报;2002年

相关博士学位论文 前10条

1 周彬彬;美国侵权法中因果关系不确定的解决进路研究[D];山东大学;2015年

2 王小艳;隐含因果关系中的自我服务偏向研究[D];华东师范大学;2016年

3 陈蔚琦;基于加性噪声模型的因果关系推断理论及其应用[D];广东工业大学;2016年

4 葛洪涛;论侵权法中的因果关系[D];山东大学;2008年

5 丁小斌;特征间因果关系在归类中的作用[D];天津师范大学;2009年

6 韩强;法律因果关系理论学说史述评[D];华东政法大学;2007年

7 张雪莹;俄语中的因果关系研究[D];黑龙江大学;2012年

8 裘江南;汉语文本中突发事件因果关系抽取方法研究[D];大连理工大学;2012年

9 干红华;基于事件的因果关系可计算化分析研究[D];浙江大学;2003年

10 郭水霞;Granger因果关系的理论及其在系统生物学中的应用[D];湖南师范大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 栾兰;因果关系的逻辑解析及其科学价值[D];燕山大学;2009年

2 袁俊龙;浅论法律因果关系[D];山东大学;2014年

3 李燕;环境侵权责任因果关系推定研究[D];河北大学;2015年

4 张齐家;药品缺陷责任研究[D];内蒙古大学;2015年

5 姜伯宁;渎职罪的因果关系研究[D];中国青年政治学院;2014年

6 胡玲玲;侵权法中可预见性规则研究[D];新疆大学;2015年

7 董鑫园;医疗损害侵权因果关系问题研究[D];华东政法大学;2015年

8 罗洋洋;医疗损害案件中之存活机会丧失[D];华东政法大学;2015年

9 陈庆强;论侵权责任中的超越因果关系[D];黑龙江大学;2015年

10 刘晓倩;论环境犯罪因果关系的推定[D];浙江农林大学;2015年

，

本文编号：1608625