貝葉斯網(wǎng)絡(luò)局部因果結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)方法研究及其應(yīng)用.pdf

1、在過去的數(shù)年間,大量的研究集中在基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式發(fā)現(xiàn)因果貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。因果關(guān)系揭示了系統(tǒng)要素作用的本質(zhì),因果結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)已成為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中一種重要的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)方法。但是從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)全局貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)NP難題,并且人們通常僅關(guān)心其感興趣的變量的局部因果結(jié)構(gòu)。因此,學(xué)習(xí)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于目標(biāo)變量的局部因果結(jié)構(gòu)成為該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。局部因果結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)方法可以應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的因果知識(shí)。發(fā)現(xiàn)目標(biāo)變量的局部因果結(jié)構(gòu)是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)性的問題,同

2、時(shí)也具有重要的科學(xué)意義和較高的應(yīng)用價(jià)值。
　　論文中,將針對(duì)目標(biāo)變量局部因果結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)展開一系列的探討。局部因果結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)主要包括兩個(gè)方面:一是,從數(shù)據(jù)中獲取關(guān)于目標(biāo)變量的局部模型;二是,發(fā)現(xiàn)局部模型中變量間的因果關(guān)系。針對(duì)這兩個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容,本文所開展的研究工作具體如下:
　　第一,為了能夠有效的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)變量的局部因果結(jié)構(gòu),提出了基于擾動(dòng)學(xué)習(xí)的局部因果結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)方法(I-LCSL方法)。首先,利用馬爾可夫毯的結(jié)構(gòu)劃分能力

3、從觀測(cè)數(shù)據(jù)中獲取目標(biāo)變量的局部模型。其次,利用擾動(dòng)學(xué)習(xí)的因果發(fā)現(xiàn)能力,從局部模型中隨機(jī)選擇一個(gè)擾動(dòng)變量進(jìn)行擾動(dòng),進(jìn)而獲取一組擾動(dòng)數(shù)據(jù)。最后,聯(lián)合觀測(cè)數(shù)據(jù)和擾動(dòng)數(shù)據(jù),利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法學(xué)習(xí)關(guān)于變量的局部因果結(jié)構(gòu)。利用邊的錯(cuò)誤率對(duì)I-LCSL方法學(xué)習(xí)到的局部因果結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。
　　第二,針對(duì)現(xiàn)有方法都難以確定擾動(dòng)節(jié)點(diǎn)的缺點(diǎn),提出一種基于因果強(qiáng)度的局部因果結(jié)構(gòu)主動(dòng)學(xué)習(xí)方法(CSI-LCSL方法)。首先,尋找目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的馬爾可夫毯生成關(guān)于目標(biāo)

4、節(jié)點(diǎn)的局部模型;其次,利用不對(duì)稱信息熵對(duì)局部模型中的每一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行因果強(qiáng)度分析,選取因果強(qiáng)度值較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擾動(dòng),生成擾動(dòng)數(shù)據(jù);再次,聯(lián)合擾動(dòng)數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)邊的后驗(yàn)概率,從而獲得一個(gè)關(guān)于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的局部因果網(wǎng)絡(luò)。最后,利用結(jié)構(gòu)信息熵對(duì)CSI-LCSL方法的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。
　　通過現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù),對(duì)本文所提出的方法進(jìn)行了綜合評(píng)估。實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的方法能夠有效發(fā)現(xiàn)目標(biāo)變量的局部因果結(jié)構(gòu),且學(xué)習(xí)結(jié)果優(yōu)于當(dāng)前的其它算法。