
Judea Pearl, DAG, and the causal revolution
How Pearl transformed statistics from descriptive to causal and what it means for the analyst.
What you will learn
- Classificare una domanda analitica nei tre livelli di Pearl, associazione, intervento e controfattuale
- Disegnare un DAG con frecce causali e assunzioni di non causalità esplicite
- Applicare il criterio della backdoor per scegliere quali confondenti controllare
Judea Pearl, DAG, and the causal revolution
Nel binario ml-tabellare, per decidere sotto incertezza non basta osservare correlazioni. Serve un metodo per distinguere associazione e causalità. Il lavoro di Judea Pearl, con i DAG e quella che lui chiama la rivoluzione causale, dà gli strumenti per rendere esplicite le assunzioni, riconoscere i confondenti e ragionare sugli interventi.
La rivoluzione in una frase
La rivoluzione causale di Pearl separa tre domande diverse, vedere, fare e immaginare alternative, e assegna a ciascuna i suoi strumenti invece di chiedere tutto alla correlazione. Se la tua domanda è “cosa succede se intervengo”, la correlazione da sola non basta mai.
Pearl’s three levels of causality
| Level | Name | Question | Tool |
|---|---|---|---|
| L1 | Association | Cosa vedo | Conditional probability, correlation, regression |
| L2 | Intervention | Cosa succede se faccio X | DAG con do-calculus, esperimenti randomizzati |
| L3 | Counterfactual | Cosa sarebbe successo se avessi fatto Y invece di X | Modelli strutturali causali |
Non puoi rispondere a domande di L2 o L3 usando solo strumenti di L1. Un modello di regressione descrive associazioni. Per passare a cosa succede se fai X devi avere un modello causale esplicito.
Verdetto: se la domanda parla di interventi, modella il grafo e progetta l’esperimento, perché nessuna regressione su dati osservati risponde da sola a cosa succede se fai X.
DAGs: Directed Acyclic Graphs
A DAG è un grafo diretto aciclico che rappresenta relazioni causali tra variabili. Una freccia indica causalità diretta. L’assenza di freccia è un’assunzione altrettanto importante di non causalità.
Example: ice cream and drownings
flowchart TD
A["Summer Temperature"] --> B["Ice Cream Sales"]
A --> C["Drownings"]
Summer temperature causes both ice cream sales and drownings. There’s no arrow between ice cream and drownings: we assume no direct causality. Controlling for temperature, the correlation disappears.
Example: app onboarding
flowchart LR
A["Onboarding quality"] --> B["Day 0 activation"]
B --> C["Day 7 retention"]
A --> C
Due percorsi causali dall’onboarding alla retention: uno mediato dall’attivazione, uno diretto. Il DAG mostra quali variabili controllare per isolare l’effetto.
The do-operator: distinguere vedere da fare
P(Y | X) è la probabilità di Y given that I have observed X, ed è una domanda di livello L1. P(Y | do(X)) è la probabilità di Y if I force X, ed è una domanda di livello L2.
Esempio: chi usa la feature search ha retention più alta. La probabilità condizionata è alta, ma cosa succede se forzi un utente a usare la search potrebbe essere tutt’altra cosa. Forzare è esattamente ciò che fa un A/B test. Senza esperimenti puoi approssimare l’intervento aggiustando per i confondenti, ma ti serve conoscere il DAG.
How to apply Pearl today
Disegna il DAG prima di modellare, anche solo con carta e penna. Chiediti quali variabili causano quali e cosa confonde cosa. Poi individua il livello della tua analisi: se la domanda è di tipo L2 ma stai usando strumenti L1, stai rispondendo male alla domanda sbagliata. Infine applica il criterio della backdoor: per stimare l’effetto causale di X over Y, controlla tutte le variabili che causano sia X sia Y.
Cinque passi per un’analisi causale
- Scrivi la domanda causale e classificala: osservazione, intervento o controfattuale.
- Disegna il grafo delle variabili con le frecce che credi vere e quelle che escludi.
- Individua i confondenti, cioè le variabili che causano sia l’esposizione sia l’esito.
- Se puoi, randomizza l’intervento e misura l’effetto sul gruppo trattato.
- Se non puoi, aggiusta solo per i confondenti e dichiara le assunzioni non verificabili.
Typical mistake to avoid
Questa lezione non è una definizione da ricordare, è un protocollo decisionale. Evita di presentare metriche senza baseline, grafici senza ipotesi o raccomandazioni senza stimare il costo dell’errore. Chiediti sempre: se questo risultato fosse falso, quale decisione sbaglieresti. Se non sai rispondere, devi approfondire prima di decidere.
References: Pearl, J. (2000). Causality: Models, Reasoning, and Inference. Cambridge University Press. Pearl, J. e Mackenzie, D. (2018). The Book of Why. Basic Books. Pearl, J., Glymour, M. e Jewell, N. P. (2016). Causal Inference in Statistics: A Primer. Wiley.
La pompa che ha anticipato Pearl
Durante l’epidemia di colera del 1854 a Soho, Londra, John Snow segnò ogni caso su una mappa e trovò una concentrazione anomala intorno alla pompa di Broad Street. Invece di fermarsi alla correlazione, convinse le autorità a rimuovere la maniglia della pompa, forzando la variabile sospetta come in un intervento pianificato. La distribuzione dei casi reggeva solo leggendo la pompa come causa comune, non come coincidenza. È la lezione di Pearl con 150 anni di anticipo: il grafo va disegnato prima e l’intervento decide cosa è causa.
Domande per chiudere la lezione
- La tua domanda chiede cosa vedi, cosa succede se intervieni o cosa sarebbe successo?
- Quale freccia del tuo grafo è un’assunzione e non un fatto?
- Quale confondente causa sia l’esposizione sia l’esito nel tuo caso?
- Cosa ti impedisce di randomizzare e come lo compensi?
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