It is a common saying that testing for conditional independence, i.e., testing whether whether two random vectors $X$ and $Y$ are independent, given $Z$, is a hard statistical problem if $Z$ is a continuous random variable (or vector). In this paper, we prove that conditional independence is indeed a particularly difficult hypothesis to test for. Valid statistical tests are required to have a size that is smaller than a predefined significance level, and different tests usually have power against a different class of alternatives. We prove that a valid test for conditional independence does not have power against any alternative. Given the non-existence of a uniformly valid conditional independence test, we argue that tests must be designed so their suitability for a particular problem may be judged easily. To address this need, we propose in the case where $X$ and $Y$ are univariate to nonlinearly regress $X$ on $Z$, and $Y$ on $Z$ and then compute a test statistic based on the sample covariance between the residuals, which we call the generalised covariance measure (GCM). We prove that validity of this form of test relies almost entirely on the weak requirement that the regression procedures are able to estimate the conditional means $X$ given $Z$, and $Y$ given $Z$, at a slow rate. We extend the methodology to handle settings where $X$ and $Y$ may be multivariate or even high-dimensional. While our general procedure can be tailored to the setting at hand by combining it with any regression technique, we develop the theoretical guarantees for kernel ridge regression. A simulation study shows that the test based on GCM is competitive with state of the art conditional independence tests. Code is available as the R package GeneralisedCovarianceMeasure on CRAN.


翻译:一种常见的说法是,测试有条件独立,即测试两个随机矢量是否独立(X)美元和美元(Y)美元是否独立,如果给Z美元是一个连续随机变数(或向量),则测试是一个困难的统计问题。 在本文中,我们证明有条件独立确实是一个特别难以测试的假设。 有效的统计测试要求其大小小于预先定义的意义水平, 不同的测试通常对不同类别的替代品具有力量。 我们证明, 有效的有条件独立测试没有力量对抗任何选择。 鉴于不存在统一有效的有条件独立测试, 我们辩称, 测试必须设计起来, 以便很容易地判断它们是否适合某个特定问题。 为了解决这一需要, 我们建议, 有条件独立, 美元和美元(Y) 的测试是非线性递增递增的, 美元(Y) 美元(Y), 美元(Y) 美元(美元) 的测试, 以样本处理方式进行测试, 我们称之为通用的逆差度测量(GCM) 。 我们证明, 美元(x) 美元(x) 的货币(x) 的货币(x) 标准测试方法的正确性, 以最慢的货币(US) 标准的测试法是, 。

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