Explainable Artificial Intelligence (XAI) techniques hold significant potential for enhancing the causal discovery process, which is crucial for understanding complex systems in areas like healthcare, economics, and artificial intelligence. However, no causal discovery methods currently incorporate explainability into their models to derive the causal graphs. Thus, in this paper we explore this innovative approach, as it offers substantial potential and represents a promising new direction worth investigating. Specifically, we introduce ReX, a causal discovery method that leverages machine learning (ML) models coupled with explainability techniques, specifically Shapley values, to identify and interpret significant causal relationships among variables. Comparative evaluations on synthetic datasets comprising continuous tabular data reveal that ReX outperforms state-of-the-art causal discovery methods across diverse data generation processes, including non-linear and additive noise models. Moreover, ReX was tested on the Sachs single-cell protein-signaling dataset, achieving a precision of 0.952 and recovering key causal relationships with no incorrect edges. Taking together, these results showcase ReX's effectiveness in accurately recovering true causal structures while minimizing false positive predictions, its robustness across diverse datasets, and its applicability to real-world problems. By combining ML and explainability techniques with causal discovery, ReX bridges the gap between predictive modeling and causal inference, offering an effective tool for understanding complex causal structures.


翻译:可解释人工智能(XAI)技术在增强因果发现过程方面具有巨大潜力,这对于理解医疗保健、经济学和人工智能等领域的复杂系统至关重要。然而,目前尚无因果发现方法将可解释性纳入其模型以推导因果图。因此,本文探索这一创新途径,因其展现出显著潜力并代表了一个值得研究的新兴方向。具体而言,我们提出ReX——一种利用机器学习(ML)模型结合可解释性技术(特别是沙普利值)来识别和解释变量间重要因果关系的因果发现方法。在包含连续表格数据的合成数据集上的对比评估表明,ReX在包括非线性和加性噪声模型在内的多种数据生成过程中,均优于当前最先进的因果发现方法。此外,ReX在Sachs单细胞蛋白信号数据集上进行了测试,取得了0.952的精确度,并恢复了关键因果关系且无错误边。综合来看,这些结果证明了ReX在准确还原真实因果结构的同时最小化误报预测的有效性、其在多样化数据集上的鲁棒性,以及其对实际问题的适用性。通过将机器学习和可解释性技术与因果发现相结合,ReX弥合了预测建模与因果推断之间的鸿沟,为理解复杂因果结构提供了有效工具。

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