贝叶斯网络中边的方向是否无关紧要?

数据挖掘 贝叶斯网络
2021-09-19 07:19:12

今天,在一次讲座中,有人声称贝叶斯网络中边的方向并不重要。它们不必代表因果关系。

很明显,您不能在贝叶斯网络中切换任何一条边。例如,让G=(V,E)V={v1,v2,v3}E={(v1,v2),(v1,v3),(v2,v3)}. 如果你愿意换(v1,v3)(v3,v1), 然后 G将不再是非周期性的,因此不再是贝叶斯网络。这似乎主要是一个实际问题如何估计概率。这种情况似乎很难回答,所以我将跳过它。

这让我问了以下问题,我希望在这里得到答案:

  1. 任何有向无环图 (DAG) 是否有可能反转所有边并且仍然有 DAG?
  2. 假设一个 DAG G并给出数据。现在我们构造逆 DAGGinv. 对于这两个 DAG,我们将数据拟合到相应的贝叶斯网络。现在我们有了一组数据,我们想使用贝叶斯网络来预测缺失的属性。两个 DAG 会不会有不同的结果?(如果你想出一个例子,奖金)
  3. 类似于 2,但更简单:假设一个 DAG G并给出数据。您可以创建一个新图表G 通过反转任何一组边,只要 G保持非周期性。贝叶斯网络在预测方面是否等效?
  4. 如果我们有代表因果关系的边,我们会得到什么吗?
3个回答

TL;DR:有时您可以通过反转箭头来制作等效的贝叶斯网络,有时则不能。

简单地反转箭头的方向会产生另一个有向图,但该图不一定是等效贝叶斯网络的图,因为反向箭头图表示的依赖关系可能与原始图表示的依赖关系不同。如果反向箭头图表示与原始图不同的依赖关系,则在某些情况下,可以通过添加更多箭头来捕获反向箭头图中缺失的依赖关系,从而创建等效的贝叶斯网络。但在某些情况下,不存在完全等效的贝叶斯网络。如果您必须添加一些箭头以捕获依赖项,

例如,a -> b -> c表示与 相同的依赖关系和独立性a <- b <- c,与 相同a <- b -> c,但与 不同a -> b <- c如果没有观察到,最后一张图表示a并且c是独立的,但在这种情况下表示并且是依赖的。我们可以直接从to添加一条边来捕获它,但是没有表示观察到时的独立性这意味着在计算后验概率时,至少有一个我们不能利用的因式分解。ba <- b -> cacacacb

所有这些关于依赖/独立、箭头及其反转等的内容都包含在贝叶斯网络的标准文本中。如果你愿意,我可以挖掘一些参考资料。

贝叶斯网络不表达因果关系。Judea Pearl 在贝叶斯网络方面做了很多工作,他还研究了他所谓的因果网络(本质上是用因果关系注释的贝叶斯网络)。

这可能有点不满意,所以请不要接受这个答案,并提前道歉。

在贝叶斯网络中,节点代表随机变量,边代表条件依赖。当您以某种方式解释节点时,条件作用自然会以某种方式流动。在建模数据的上下文中,任意反转它们并没有真正的意义。很多时候,箭头确实代表了因果关系。

问题 3

synergy.st-andrews.ac.uk/vannesmithlab声称这些图表

G1 = o->o->o and
G2 = o<-o->o

属于一个等价类。根据该来源,这些模型代表完全相同的联合概率分布。