In social and health sciences, it is critically important to identify subgroups of the study population where a treatment has a notably larger or smaller causal effect compared to the population average. In recent years, there have been many methodological developments for addressing heterogeneity of causal effects. A common approach is to estimate the conditional average treatment effect (CATE) given a pre-specified set of covariates. However, this approach does not allow to discover new subgroups. Recent causal machine learning (ML) approaches estimate the CATE at an individual level in presence of large number of observations and covariates with great accuracy. Nevertheless, the bulk of these ML approaches do not provide an interpretable characterization of the heterogeneous subgroups. In this paper, we propose a new Causal Rule Ensemble (CRE) method that: 1) discovers de novo subgroups with significantly heterogeneous treatment effects (causal rules); 2) ensures interpretability of these subgroups because they are defined in terms of decision rules; and 3) estimates the CATE for each of these newly discovered subgroups with small bias and high statistical precision. We provide theoretical results that guarantee consistency of the estimated causal effects for the newly discovered causal rules. A nice feature of CRE is that it is agnostic to the choices of the ML algorithms that can be used to discover the causal rules, and the estimation methods for the causal effects within the discovered causal rules. Via simulations, we show that the CRE method has competitive performance as compared to existing approaches while providing enhanced interpretability. We also introduce a new sensitivity analysis to unmeasured confounding bias. We apply the CRE method to discover subgroups that are more vulnerable to the causal effects of long-term exposure to air pollution on mortality.


翻译:在社会和卫生科学中,确定研究人群中的分组至关重要,因为与人口平均数相比,治疗具有明显大或小得多的因果关系影响。近年来,在处理因果影响的不均匀性方面出现了许多方法上的发展动态。一个共同的方法是,根据一套预先指定的共差来估计有条件平均治疗效果(CATE)。然而,这种方法无法发现新的分组。最近因果机学(ML)方法在大量观察和变异的情况下,对个体水平的CATE进行了估算。然而,这些ML方法的大部分没有提供可解释的混合分组的因果关系。在本文件中,我们提出了一个新的方法:1)发现无因果性平均治疗效应(CATE),并预先指定了一系列相异的治疗效应(CEEEE),但是,由于对每个新发现且不准确的分组都进行估算,因此CATE(C)方法的常态性选择不能提供解释。我们提供的理论结果是,对新发现因果性规则的直系性解释,而CRE(C)的直系结果显示新发现的因果性规则的直系。

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