We propose Universal Causality, an overarching framework based on category theory that defines the universal property that underlies causal inference independent of the underlying representational formalism used. More formally, universal causal models are defined as categories consisting of objects and morphisms between them representing causal influences, as well as structures for carrying out interventions (experiments) and evaluating their outcomes (observations). Functors map between categories, and natural transformations map between a pair of functors across the same two categories. Abstract causal diagrams in our framework are built using universal constructions from category theory, including the limit or co-limit of an abstract causal diagram, or more generally, the Kan extension. We present two foundational results in universal causal inference. The first result, called the Universal Causality Theorem (UCT), pertains to the universality of diagrams, which are viewed as functors mapping both objects and relationships from an indexing category of abstract causal diagrams to an actual causal model whose nodes are labeled by random variables, and edges represent functional or probabilistic relationships. UCT states that any causal inference can be represented in a canonical way as the co-limit of an abstract causal diagram of representable objects. UCT follows from a basic result in the theory of sheaves. The second result, the Causal Reproducing Property (CRP), states that any causal influence of a object X on another object Y is representable as a natural transformation between two abstract causal diagrams. CRP follows from the Yoneda Lemma, one of the deepest results in category theory. The CRP property is analogous to the reproducing property in Reproducing Kernel Hilbert Spaces that served as the foundation for kernel methods in machine learning.


翻译:我们提出了一个基于类别理论的总体框架,即通用因果关系,这个框架基于类别理论,定义了通用属性,而其依据的因果关系推断与所采用的基本形式形式主义无关。更正式地说,通用因果模型被定义为由物体和形态构成的类别,代表了因果关系的影响,以及实施干预(实验)和评估其结果(观察)的结构。类别之间的堆肥图和两个类别之间自然变异图。我们框架中的抽象因果图是根据分类理论的通用结构构建的,包括抽象因果图的限度或共同界限,或更一般地说,Kan扩展。我们给出了两种基本结果,即由物体和形态的因果关系构成的物体和形态。第一个结果称为通用的Caccal Cailality Theorem(UCT),与图表的普遍性有关,后者被视为从一个抽象因果图类的索引类别到一个实际因果模型,其节点被随机变量标为URCR,其边缘代表了功能或稳定关系。UCT 国家称,任何因果的因果结果都代表了基本因果结果,在数学结果中可以代表了Yralalal的直判结果。

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