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Discovering causal relations and equations from data

Camps-Valls, Gustau und Gerhardus, Andreas und Ninad, Urmi und Varando, Gherardo und Martius, Georg und Balaguer-Ballester, Emili und Vinuesa, Ricardo und Diaz, Emiliano und Zanna, Laure und Runge, Jakob (2023) Discovering causal relations and equations from data. Physics Reports, 1044, Seiten 1-68. Elsevier. doi: 10.1016/j.physrep.2023.10.005. ISSN 0370-1573.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Kurzfassung

Physics is a field of science that has traditionally used the scientific method to answer questions about why natural phenomena occur and to make testable models that explain the phenomena. Discovering equations, laws, and principles that are invariant, robust, and causal has been fundamental in physical sciences throughout the centuries. Discoveries emerge from observing the world and, when possible, performing interventions on the system under study. With the advent of big data and data-driven methods, the fields of causal and equation discovery have developed and accelerated progress in computer science, physics, statistics, philosophy, and many applied fields. This paper reviews the concepts, methods, and relevant works on causal and equation discovery in the broad field of physics and outlines the most important challenges and promising future lines of research. We also provide a taxonomy for data-driven causal and equation discovery, point out connections, and showcase comprehensive case studies in Earth and climate sciences, fluid dynamics and mechanics, and the neurosciences. This review demonstrates that discovering fundamental laws and causal relations by observing natural phenomena is revolutionised with the efficient exploitation of observational data and simulations, modern machine learning algorithms and the combination with domain knowledge. Exciting times are ahead with many challenges and opportunities to improve our understanding of complex systems.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201063/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Discovering causal relations and equations from data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Camps-Valls, GustauUniversity of Valencia, Valencia, Spainhttps://orcid.org/0000-0003-1683-2138NICHT SPEZIFIZIERT
Gerhardus, AndreasAndreas.Gerhardus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ninad, Urmiurmi.ninad (at) tu-berlin.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Varando, GherardoUniversitat de ValènciaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Martius, GeorgUniversity of TübingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Balaguer-Ballester, EmiliBournemouth UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vinuesa, RicardoFLOW, Engineering Mechanics, KTH Royal Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Diaz, EmilianoUniversitat de ValènciaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zanna, LaureNew York UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Runge, JakobJakob.Runge (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2023
Erschienen in:Physics Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:1044
DOI:10.1016/j.physrep.2023.10.005
Seitenbereich:Seiten 1-68
Verlag:Elsevier
ISSN:0370-1573
Status:veröffentlicht
Stichwörter:causal inference, causal discovery, complex systems, nonlinear dynamics, equation discovery, knowledge discovery, understanding, artificial intelligence, neuroscience, climate science
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Jena
Institute & Einrichtungen:Institut für Datenwissenschaften > Datenanalyse und -intelligenz
Hinterlegt von: Gerhardus, Andreas
Hinterlegt am:08 Jan 2024 13:38
Letzte Änderung:08 Jan 2024 13:38

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