The discovery of causal mechanisms from time series data is a key problem in fields working with complex systems. Most identifiability results and learning algorithms assume the underlying dynamics to be discrete in time. Comparatively few, in contrast, explicitly define causal associations in infinitesimal intervals of time, independently of the scale of observation and of the regularity of sampling. In this paper, we consider causal discovery in continuous-time for the study of dynamical systems. We prove that for vector fields parameterized in a large class of neural networks, adaptive regularization schemes consistently recover causal graphs in systems of ordinary differential equations (ODEs). Using this insight, we propose a causal discovery algorithm based on penalized Neural ODEs that we show to be applicable to the general setting of irregularly-sampled multivariate time series and to strongly outperform the state of the art.


翻译:从时间序列数据中发现因果机制是复杂系统工作领域的一个关键问题。大多数可识别性结果和学习算法都假设基本动态在时间上是分离的。相比之下,在不考虑观察规模和抽样规律的情况下,在极小的时间间隔中明确定义因果联系的情况相对较少。在本文中,我们考虑连续时间研究动态系统。我们证明,对于在大量神经网络中参数化的矢量字段来说,适应性正规化计划始终在普通差异方程式系统中恢复因果图表。我们利用这一洞察力,提出一个基于惩罚性神经变量的因果发现算法,我们表明该算法适用于非常规抽样多变时间序列的总体设置,并大大超越了艺术的状态。

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