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Bootstrap aggregation and confidence measures to improve time series causal discovery

Debeire, Kevin und Gerhardus, Andreas und Runge, Jakob und Eyring, Veronika (2024) Bootstrap aggregation and confidence measures to improve time series causal discovery. In: 3rd Conference on Causal Learning and Reasoning, CLeaR 2024, 236, Seiten 979-1007. 3rd Conference on Causal Learning and Reasoning, CLeaR 2024 (Scopus; ISSN: 2640-3498), 2024-04-01, Los Angeles, USA. ISSN 2640-3498.

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4MB

Offizielle URL: https://proceedings.mlr.press/v236/debeire24a.html

Kurzfassung

Learning causal graphs from multivariate time series is an ubiquitous challenge in all application domains dealing with time-dependent systems, such as in Earth sciences, biology, or engineering, to name a few. Recent developments for this causal discovery learning task have shown considerable skill, notably the specific time-series adaptations of the popular conditional independence-based learning framework. However, uncertainty estimation is challenging for conditional independence- based methods. Here, we introduce a novel bootstrap approach designed for time series causal discovery that preserves the temporal dependencies and lag-structure. It can be combined with a range of time series causal discovery methods and provides a measure of confidence for the links of the time series graphs. Furthermore, next to confidence estimation, an aggregation, also called bagging, of the bootstrapped graphs by majority voting results in bagged causal discovery methods. In this work, we combine this approach with the state-of-the-art conditional-independence-based algorithm PCMCI+. With extensive numerical experiments we empirically demonstrate that, in addition to providing confidence measures for links, Bagged-PCMCI+ improves in precision and recall as compared to its base algorithm PCMCI+, at the cost of higher computational demands. These statistical performance improvements are especially pronounced in the more challenging settings (short time sample size, large number of variables, high autocorrelation). Our bootstrap approach can also be combined with other time series causal discovery algorithms and can be of considerable use in many real-world applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204713/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Bootstrap aggregation and confidence measures to improve time series causal discovery
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Debeire, KevinDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerhardus, AndreasDLR, DWhttps://orcid.org/0000-0003-1868-655XNICHT SPEZIFIZIERT
Runge, JakobDLR, DWNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eyring, VeronikaDLR, DWhttps://orcid.org/0000-0002-6887-4885NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:3rd Conference on Causal Learning and Reasoning, CLeaR 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:236
Seitenbereich:Seiten 979-1007
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Locatello, Francescolocatello.francesco (at) ista.ac.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Didelez, Vanessadidelez (at) leibniz-bips.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Name der Reihe:Proceedings of Machine Learning Research
ISSN:2640-3498
Status:veröffentlicht
Stichwörter:causal discovery, bootstrap aggregation, confidence measure
Veranstaltungstitel:3rd Conference on Causal Learning and Reasoning, CLeaR 2024 (Scopus; ISSN: 2640-3498)
Veranstaltungsort:Los Angeles, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:1 April 2024
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Jena , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystemmodell -Evaluation und -Analyse
Institut für Datenwissenschaften > Datenanalyse und -intelligenz
Hinterlegt von: Debeire, Kevin
Hinterlegt am:21 Nov 2024 09:51
Letzte Änderung:21 Nov 2024 09:51

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