Temporally causal representation learning aims to identify the latent causal process from time series observations, but most methods require the assumption that the latent causal processes do not have instantaneous relations. Although some recent methods achieve identifiability in the instantaneous causality case, they require either interventions on the latent variables or grouping of the observations, which are in general difficult to obtain in real-world scenarios. To fill this gap, we propose an \textbf{ID}entification framework for instantane\textbf{O}us \textbf{L}atent dynamics (\textbf{IDOL}) by imposing a sparse influence constraint that the latent causal processes have sparse time-delayed and instantaneous relations. Specifically, we establish identifiability results of the latent causal process based on sufficient variability and the sparse influence constraint by employing contextual information of time series data. Based on these theories, we incorporate a temporally variational inference architecture to estimate the latent variables and a gradient-based sparsity regularization to identify the latent causal process. Experimental results on simulation datasets illustrate that our method can identify the latent causal process. Furthermore, evaluations on multiple human motion forecasting benchmarks with instantaneous dependencies indicate the effectiveness of our method in real-world settings.


翻译:时序因果表征学习旨在从时间序列观测中辨识潜在因果过程,但多数方法需要假设潜在因果过程不存在瞬时关联。尽管近期一些方法在存在瞬时因果性的情况下实现了可辨识性,但它们通常要求对潜在变量进行干预或对观测进行分组,而这在实际场景中往往难以获取。为填补这一空白,我们提出一种基于稀疏影响约束的瞬时潜在动力学辨识框架(IDOL),该约束要求潜在因果过程具有稀疏的时滞与瞬时关联。具体而言,我们利用时间序列数据的上下文信息,基于充分变异性和稀疏影响约束建立了潜在因果过程的可辨识性理论。基于这些理论,我们结合时序变分推断架构来估计潜在变量,并采用基于梯度的稀疏正则化方法来辨识潜在因果过程。在仿真数据集上的实验结果表明,本方法能够有效辨识潜在因果过程。此外,在多个具有瞬时依赖性的人体运动预测基准测试上的评估,验证了本方法在实际场景中的有效性。

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