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 lack of interpretability, robustness, and out-of-distribution generalization are becoming the challenges of the existing visual models. The majority of the existing methods tend to fit the original data/variable distributions and ignore the essential causal relations behind the multi-modal knowledge, which lacks an unified guidance and analysis about why modern spatial-temporal representation learning methods are easily collapse into data bias and have limited generalization and cognitive abilities. 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 cognitive ability. 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. This paper aims to provide a comprehensive overview of this emerging field, attract attention, encourage discussions, bring to the forefront the urgency of developing novel causal reasoning methods, publicly available benchmarks, and consensus-building standards for reliable spatial-temporal representation learning and related real-world applications more efficiently.


翻译:由于在大数据时代出现了大量多模式的多种空间/时空/时空/时空-时空数据,缺乏解释性、稳健性和分配外的概括化正在成为现有视觉模型的挑战,大多数现有方法往往适合原始数据/可变分布,忽视了多模式知识背后的基本因果关系,而多模式知识缺乏统一的指导和分析,而现代空间-时空教学方法很容易崩溃为数据偏差、一般化和认知能力有限的原因。由于在高数据时代出现了大量多模式的多式不同空间/时空/时空/时空-时空数据,因此近年来在制订因果推理范则以良好的认知能力实现强有力的代表性和模式学习方面做出了巨大努力。在本文件中,我们全面审查了现有空间-时空代表性学习的因果推理方法,涵盖了一些基本理论、模型和数据结构的紧迫性,为当前研究方法和数据基准化的演变提供了新的方向,我们讨论了当前研究的局限性,为实地学习提供了新的方向,并提出了新的逻辑推理学,我们讨论了当前研究方法和数据推理学方面的各种机会。

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