Spatial-temporal representation learning is ubiquitous in various real-world applications, including visual comprehension, video understanding, multi-modal analysis, human-computer interaction, and urban computing. Due to the emergence of huge amounts of multi-modal heterogeneous spatial/temporal/spatial-temporal data in big data era, the existing visual methods rely heavily on large-scale data annotations and supervised learning to learn a powerful big model. However, the lack of interpretability, robustness, and out-of-distribution generalization are becoming the bottleneck problems of these models, which hinders the progress of interpretable and reliable artificial intelligence. The majority of the existing methods are based on correlation learning with the assumption that the data are independent and identically distributed, which lack an unified guidance and analysis about why modern spatial-temporal representation learning methods have limited interpretability and easily collapse into dataset bias. Inspired by the strong inference ability of human-level agents, recent years have therefore witnessed great effort in developing causal reasoning paradigms to realize robust representation and model learning with good interpretability. In this paper, we conduct a comprehensive review of existing causal reasoning methods for spatial-temporal representation learning, covering fundamental theories, models, and datasets. The limitations of current methods and datasets are also discussed. Moreover, we propose some primary challenges, opportunities, and future research directions for benchmarking causal reasoning algorithms in spatial-temporal representation learning.


翻译:由于在大数据时代出现了大量多模式不同空间/时空/时空/时空-时空数据,现有视觉方法严重依赖大规模数据说明和有监督的学习,以学习一个强大的大模型,然而,缺乏解释性、稳健性和分配范围外的概括化正在成为这些模型的瓶颈问题,这阻碍了可解释性和可靠人工智能的进展;现有方法大多以相关学习为基础,假设数据是独立和同样分布的,缺乏关于现代空间-时空/时空-时空数据学习方法为什么解释性有限和容易崩溃到数据设置偏差的统一指导和分析;但是,现有视觉方法在很大程度上依赖大规模数据说明性学习,受人品高度推论能力的启发,因此近年来在制订因果推理模型方面付出了巨大的努力,以良好的解释性为模式学习模式;在本文件中,我们进行了有关数据独立和相同分布的假设性学习;我们提出了一些关于现有因果推理学方法的全面审查;我们提出了一些关于当前数据推理学方法的理论;我们提出了一些关于当前数据推理学的理论;我们还提出了一些关于从空间角度推理的方法。

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