We study a constructive algorithm that approximates Gateaux derivatives for statistical functionals by finite-differencing, with a focus on causal inference functionals. We consider the case where probability distributions are not known a priori but also need to be estimated from data. These estimated distributions lead to empirical Gateaux derivatives, and we study the relationships between empirical, numerical, and analytical Gateaux derivatives. Starting with a case study of estimating the mean potential outcome (hence average treatment effect), we instantiate the exact relationship between finite-differences and the analytical Gateaux derivative. We then derive requirements on the rates of numerical approximation in perturbation and smoothing that preserve the statistical benefits of one-step adjustments, such as rate-double-robustness. We then study more complicated functionals such as dynamic treatment regimes and the linear-programming formulation for policy optimization in infinite-horizon Markov decision processes. The newfound ability to approximate bias adjustments in the presence of arbitrary constraints illustrates the usefulness of constructive approaches for Gateaux derivatives. We also find that the statistical structure of the functional (rate-double robustness) can permit less conservative rates of finite-difference approximation. This property, however, can be specific to particular functionals, e.g. it occurs for the mean potential outcome (hence average treatment effect) but not the infinite-horizon MDP policy value.


翻译:我们研究一种建设性的算法,通过有限的差异来接近统计功能的Gateaux衍生物,重点是因果推断功能。我们考虑的是概率分布并不先验,但也需要从数据中估计。这些估计分布导致经验性的Gateaux衍生物,我们研究经验性、数字性和分析性Gateaux衍生物之间的关系。从估计潜在潜在潜在结果(平均治疗效果)的案例研究开始,我们即时考虑有限差异与分析的Gateaux衍生物之间的确切关系。我们随后提出有关在扰动和平滑中数字接近率的要求,以保持一步调整的统计效益,如汇率的双压强度。我们然后研究更复杂的功能,如动态治疗制度和在无限偏差Markov决策程序中的线性规划优化。在存在任意制约的情况下,对偏差性调整的近度能力表明了Gateaux衍生物的建设性方法的用处。我们发现,功能(单位-稳健性)的统计结构可以使功能性调整的近似值,但实际价值不会使功能性政策产生保守性结果。但是,这种固定性政策的潜在结果是稳定的。

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