אינפלציה: ספריית Python עבור תאימות סיבתית קלאסית וקוונטית

אינפלציה: ספריית Python עבור תאימות סיבתית קלאסית וקוונטית

עמנואל-כריסטיאן בוג'יו1, אלי וולף2, ו אלחנדרו פוזאס-קרשטנס3

1ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, המכון למדע וטכנולוגיה של ברצלונה, 08860 Castelldefels (Barcelona), ספרד
2מכון היקפי לפיזיקה תיאורטית, קרוליין סנט נ '31, ווטרלו, אונטריו, קנדה, N2L 2Y5
3Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM), 28049 מדריד, ספרד

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

אנו מציגים את Inflation, ספריית Python להערכת האם התפלגות הסתברות נצפית תואמת הסבר סיבתי. זוהי בעיה מרכזית הן במדעים התיאורטיים והן במדעים יישומיים, אשר עדה לאחרונה להתקדמות משמעותית מתחום האי-לוקאליות הקוונטית, כלומר בפיתוח טכניקות אינפלציה. אינפלציה היא ערכת כלים הניתנת להרחבה המסוגלת לפתור בעיות תאימות סיבתיות טהורות ואופטימיזציה על פני (הרפיה של) קבוצות של מתאמים תואמים הן בפרדיגמה הקלאסית והן בפרדיגמה הקוונטית. הספרייה מתוכננת להיות מודולרית ועם היכולת להיות מוכנה לשימוש, תוך שמירה על גישה נוחה לאובייקטים ברמה נמוכה לצורך שינויים מותאמים אישית.

אחד האתגרים העיקריים במדע הוא לזהות מהם הגורמים מאחורי כמה מתאמים שנצפו. האם חיסון יעיל נגד מחלה? האם העלאת שכר מעודדת הוצאות? ניתן לנסח את כל השאלות הללו בניתוח באמצעות הכלים של הסקת מסקנות סיבתיות, אך לרוב קשה לענות עליהן מבחינה מספרית. לאחרונה הופיעו כלים חדשים בתחום אי-לוקאליות קוונטית, הנקראים שיטות אינפלציה, המאפשרות להרפות את הבעיות הקשות הללו לבעיות שניתן לטפל בהן באופן מספרי. בעבודה זו אנו מציגים חבילת Python המיישמת שיטות כאלה.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] יהודה פנינה. "סיבתיות: מודלים, היגיון והסקה". הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511803161

[2] דן גייגר וכריסטופר מיק. "ביטול מכמת לבעיות סטטיסטיות". ב-Proc. Conf. 15th לא ברור. Artif. אינטל. (AUAI, 1999). עמ' 226–235. (1995). arXiv:1301.6698.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.6698
arXiv: 1301.6698

[3] ג'ין טיאן ופנינת יהודה. "על ההשלכות הניתנות לבדיקה של מודלים סיבתיים עם משתנים נסתרים". ב-Proc. Conf. 18th לא ברור. Artif. אינטל. (AUAI, 2002). עמ' 519–527. (2002). arXiv:1301.0608.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1301.0608
arXiv: 1301.0608

[4] לואיס דיוויד גרסיה, מייקל סטילמן וברנד שטורמפלס. "גיאומטריה אלגברית של רשתות בייסיאניות". ג'יי סימב. מחשוב. 39, 331–355 (2005). arXiv:math/​0301255.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jsc.2004.11.007
arXiv: מתמטיקה / 0301255

[5] לואיס דיוויד גרסיה. "סטטיסטיקה אלגברית בבחירת מודל". ב-Proc. Conf. 20 לא ברור. Artif. אינטל. (AUAI, 2004). עמ' 177–184. (2014). arXiv:1207.4112.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1207.4112
arXiv: 1207.4112

[6] סיארן מ. לי ורוברט וו. ספקנס. "הסקה סיבתית באמצעות גיאומטריה אלגברית: מבחני היתכנות למבנים סיבתיים פונקציונליים עם שני משתנים בינאריים שנצפו". J. Causal Inference 5, 20160013 (2017). arXiv:1506.03880.
https: / / doi.org/ 10.1515 / jci-2016-0013
arXiv: 1506.03880

[7] ניקולס ברונר, דניאל קוולקנטי, סטפנו פירוניו, ולריו סקאראני וסטפני ווהנר. "לא מקומיות של פעמון". כומר מוד. פיזי. 86, 419–478 (2014). arXiv:1303.2849.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419
arXiv: 1303.2849

[8] ג'ון ס. בל. "על פרדוקס איינשטיין-פודולסקי-רוזן". Physics Physique Fizika 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[9] כריסטופר ג'יי ווד ורוברט וו. ספקנס. "הלקח של אלגוריתמים לגילוי סיבתי עבור מתאמים קוונטיים: הסברים סיבתיים של הפרות אי-שוויון בל דורשים כוונון עדין". חדש J. Phys. 17, 033002 (2015). arXiv:1208.4119.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​3/​033002
arXiv: 1208.4119

[10] רפאל צ'אבס, ריצ'רד קואנג, ג'ונתן ב' ברסק ודיוויד גרוס. "מסגרת מאחדת להרפיית ההנחות הסיבתיות במשפט בל". פיזי. הכומר לט. 114, 140403 (2015). arXiv:1411.4648.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.140403
arXiv: 1411.4648

[11] סיריל ברנסיארד, ניקולס גיסין וסטפנו פירוניו. "אפיון המתאמים הלא מקומיים שנוצרו באמצעות החלפת הסתבכות". פיזי. הכומר לט. 104, 170401 (2010). arXiv:0911.1314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.170401
arXiv: 0911.1314

[12] סיריל ברנסיארד, דניס רוסט, ניקולס גיסין וסטפנו פירוניו. "מתאמים בי-לוקאליים לעומת לא-דו-לוקאליים בניסויים בהחלפת הסתבכות". פיזי. ר' א 85, 032119 (2012). arXiv:1112.4502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.032119
arXiv: 1112.4502

[13] טוביאס פריץ. "מעבר למשפט של בל: תרחישי מתאם". חדש J. Phys. 14, 103001 (2012). arXiv:1206.5115.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​14/​10/​103001
arXiv: 1206.5115

[14] תומאס סי פרייזר ואלי וולף. "אי שוויון תאימות סיבתי המודה בהפרות קוונטיות במבנה המשולש". פיזי. ר' א 98, 022113 (2018). arXiv:1709.06242.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022113
arXiv: 1709.06242

[15] תומאס ואן הימבק, ג'ונתן בוהר ברסק, סטפנו פירוניו, רבישנקר רמנתן, אנה בלן סינץ ואלי וולף. "הפרות קוונטיות בתרחיש האינסטרומנטלי והקשר שלהן לתרחיש הפעמון". Quantum 3, 186 (2019). arXiv:1804.04119.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-16-186
arXiv: 1804.04119

[16] ארמין טבאקולי, אלחנדרו פוזאס-קרשטנס, מינג-שינג לואו ומארק אוליבייה רנו. "לא מקומיות של פעמון ברשתות". נציג פרוג. פיזי. 85, 056001 (2022). arXiv:2104.10700.
https://doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ac41bb
arXiv: 2104.10700

[17] אלחנדרו פוזאס-קרשטנס, רפאל ראבלו, לוקאש רודניצקי, רפאל צ'אבס, דניאל קוולקנטי, מיגל נבאסקוס ואנטוניו אסין. "תחמת קבוצות המתאמים הקלאסיים והקוונטיים ברשתות". פיזי. הכומר לט. 123, 140503 (2019). arXiv:1904.08943.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.140503
arXiv: 1904.08943

[18] אדיטיה קלע, קאי פון פרילביץ, יוהאן אוברג, רפאל צ'אבס ודיוויד גרוס. "בדיקות חצי מוגדרות למבנים סיבתיים סמויים". IEEE טרנס. אינפ. תיאוריה 66, 339–349 (2020). arXiv:1701.00652.
https: / doi.org/â € ‹10.1109 / TIT.2019.2935755
arXiv: 1701.00652

[19] יוהאן אוברג, ראניירי נרי, כריסטיאנו דוארטה ורפאל צ'אבס. "בדיקות חצי מוגדרות לטופולוגיות רשת קוונטיות". פיזי. הכומר לט. 125, 110505 (2020). arXiv:2002.05801.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.110505
arXiv: 2002.05801

[20] מינג-שינג לו. "אי שוויון בל לא ליניארי יעיל מבחינה חישובית עבור רשתות קוונטיות". פיזי. הכומר לט. 120, 140402 (2018). arXiv:1707.09517.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.140402
arXiv: 1707.09517

[21] מארק אוליבייה רנו, יואי וואנג, סאדרה בורירי, סלמאן בייגי, ניקולס גיסין וניקולס ברונר. "מגבלות על מתאמים ברשתות למשאבים קוונטיים וללא איתות". פיזי. הכומר לט. 123, 070403 (2019). arXiv:1901.08287.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.070403
arXiv: 1901.08287

[22] אלי וולף, רוברט וו. ספקנס וטוביאס פריץ. "טכניקת האינפלציה להסקה סיבתית עם משתנים סמויים". J. Causal Inference 7, 20170020 (2019). arXiv:1609.00672.
https: / / doi.org/ 10.1515 / jci-2017-0020
arXiv: 1609.00672

[23] אלי וולף, אלחנדרו פוזאס-קרשטנס, מתן גרינברג, דניס רוסט, אנטוניו אסין ומיגל נבאסקוס. "אינפלציה קוונטית: גישה כללית להתאמה סיבתית קוונטית". פיזי. Rev. X 11, 021043 (2021). arXiv:1909.10519.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021043
arXiv: 1909.10519

[24] ניקולס גיסין, ז'אן-דניאל בנקל, יו קאי, פטריק רמי, ארמין טבאקולי, עמנואל זמבריני קרוזיירו, סנדו פופסקו וניקולס ברונר. "הגבלות על אי-מקומיות ברשתות מחוסר איתות ועצמאות". נאט. Commun. 11, 2378 (2020). arXiv:1906.06495.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16137-4
arXiv: 1906.06495

[25] אלחנדרו פוזאס-קרשטנס, ניקולס גיסין וארמין טבאקולי. "אי-לוקאליות מלאה ברשת". פיזי. הכומר לט. 128, 010403 (2022). arXiv:2105.09325.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.010403
arXiv: 2105.09325

[26] אלחנדרו פוזאס-קרשטנס, ניקולא גיסין ומארק אוליבייה רנו. "הוכחות לאי-לוקאליות קוונטית ברשת במשפחות רציפות של הפצות". פיזי. הכומר לט. 130, 090201 (2023). arXiv:2203.16543.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.090201
arXiv: 2203.16543

[27] עמנואל-כריסטיאן בוג'יו, אלי וולף ואלחנדרו פוזאס-קרשטנס. "קוד מקור לאינפלציה". Zenodo 7305544 (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7305544

[28] פלביו בקארי, דניאל קוולקנטי, פיטר וויטק ואנטוניו אסין. "זיהוי הסתבכות בלתי תלוי במכשיר עבור מערכות רב-חלקיות". פיזי. Rev. X 7, 021042 (2017). arXiv:1612.08551.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021042
arXiv: 1612.08551

[29] גרג ור סטיג וארם גלסטיאן. "רצף של הרפיות המגביל מודלים משתנים נסתרים". בהליכי הוועידה העשרים ושבעה בנושא אי ודאות בבינה מלאכותית. עמ' 717–726. UAI'11 ארלינגטון, וירג'יניה, ארה"ב (2011). עיתונות AUAI. arXiv:1106.1636.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1106.1636
arXiv: 1106.1636

[30] מיגל נבאסקוס ואלי וולף. "טכניקת האינפלציה פותרת לחלוטין את בעיית התאימות הסיבתית". J. Causal Inference 8, 70 – 91 (2020). arXiv:1707.06476.
https: / / doi.org/ 10.1515 / jci-2018-0008
arXiv: 1707.06476

[31] Laurens T. Ligthart ודיוויד גרוס. "היררכיית האינפלציה והיררכיית הקיטוב שלמות עבור התרחיש הבי-לוקאלי הקוונטי" (2022). arXiv:2212.11299.
arXiv: 2212.11299

[32] Laurens T. Ligthart, Mariami Gachechiladze, ו-David Gross. "היררכיית אינפלציה מתכנסת למבנים סיבתיים קוונטיים" (2021). arXiv:2110.14659.
arXiv: 2110.14659

[33] צ'ארלס אר האריס, ק' ג'רוד מילמן, סטפן ג'יי ואן דר וולט ועוד. "תכנות מערך עם NumPy". טבע 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[34] אהרון מאורר, כריסטופר פ. סמית', מתאוש פאפרוקי ועוד. "SymPy: מחשוב סמלי ב-Python". PeerJ Comput. Sci. 3, e103 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.7717/​peerj-cs.103

[35] Pauli Virtanen, Ralf Gommers, Travis E. Oliphant, et al. "SciPy 1.0: אלגוריתמים בסיסיים למחשוב מדעי ב-Python". נאט. שיטות 17, 261–272 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41592-019-0686-2

[36] סיו קוואן לאם, אנטואן פיטרו וסטנלי זייברט. "Numba: מהדר Python JIT מבוסס LLVM". בהליכי הסדנה השנייה על תשתית מהדר LLVM ב-HPC. LLVM '15 ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב (2015). האגודה למכונות מחשוב.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[37] MOSEK ApS. "MOSEK Fusion API עבור Python". https://​/​docs.mosek.com/​latest/​pythonfusion/​index.html (2019).
https://​/​docs.mosek.com/​latest/​pythonfusion/​index.html

[38] יוהאן לופברג. "YALMIP: ארגז כלים למידול ואופטימיזציה ב-MATLAB". בהליכי ועידת CACSD. טייפה, טייוואן (2004). כתובת אתר: yalmip.github.io/​.
https://yalmip.github.io/

[39] מיגל נבאסקוס, סטפנו פירוניו ואנטוניו אסין. "תחמת קבוצת המתאמים הקוונטיים". פיזי. הכומר לט. 98, 010401 (2007). arXiv:quant-ph/​0607119.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401
arXiv: quant-ph / 0607119

[40] מיגל נבאסקוס, סטפנו פירוניו ואנטוניו אסין. "היררכיה מתכנסת של תוכניות חצי מוגדרות המאפיינות את קבוצת המתאמים הקוונטיים". חדש J. Phys. 10, 073013 (2008). arXiv:0803.4290.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013
arXiv: 0803.4290

[41] סטפנו פירוניו, מיגל נאוואסקוס ואנטוניו אסין. "הרפיה מתכנסת של בעיות אופטימיזציה פולינומית עם משתנים שאינם נוסעים". סיאם ג'יי אופטימ. 20, 2157–2180 (2010). arXiv:0903.4368.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 090760155
arXiv: 0903.4368

[42] טוביאס מורודר, ז'אן-דניאל בנקל, יונג-צ'רנג ליאנג, מרטין הופמן ואוטפריד גהנה. "כימת הסתבכות בלתי תלויה במכשיר ויישומים קשורים". פיזי. הכומר לט. 111, 030501 (2013). arXiv:1302.1336.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.030501
arXiv: 1302.1336

[43] אלחנדרו פוזאס-קרשטנס. "מידע קוונטי מחוץ למידע קוונטי". עבודת דוקטורט. אוניברסיטת פוליטקניקה של קטלוניה. (2019). כתובת אתר: http://hdl.handle.net/​10803/​667696.
http: // hdl.handle.net/ 10803 / 667696

[44] נ' דוד מרמין. "תעלומות קוונטיות נבדקו מחדש". עאמר. J. Phys. 58, 731–734 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.16503

[45] פאולו אביוסו, תמאס קריבאצ'י, עמנואל-כריסטיאן בוג'יו, מארק אוליבייה רנו, אלחנדרו פוזאס-קרשטנס ואנטוניו אסין. "אי-לוקאליות של פוטון בודד ברשתות קוונטיות". פיזי. Rev. Research 4, L012041 (2022). arXiv:2108.01726.
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.4.L012041
arXiv: 2108.01726

[46] מריאמי גצ'צ'ילדזה, ניקולאי מיקלין ורפאל צ'אבס. "כימת השפעות סיבתיות בנוכחות סיבה קוונטית שכיחה". פיזי. הכומר לט. 125, 230401 (2020). arXiv:2007.01221.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.230401
arXiv: 2007.01221

[47] איריס אגרסטי, דוידה פודריני, ליאונרדו גריני, מישל מנקוסי, גונסאלו קרוואצ'ו, ליאנדרו אאוליטה, דניאל קוולקנטי, רפאל צ'אבס ופאביו סקיארינו. "יצירת אקראיות מוסמכת בלתי תלויה במכשיר עם מבנה סיבתי אינסטרומנטלי". Commun. פיזי. 3, 110 (2020). arXiv:1905.02027.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-020-0375-6
arXiv: 1905.02027

[48] איריס אגרסטי, דויד פודריני, ביאטריס פולאצ'י, ניקולאי מיקלין, מריאמי גצ'צ'ילדזה, אלסיה סופרנו, עמנואל פולינו, ג'ורג'יו מילאני, גונסאלו קרוואצ'ו, רפאל צ'אבס ופאביו סקיארינו. "מבחן ניסוי של השפעות סיבתיות קוונטיות". Sci. עו"ד 8, eabm1515 (2022). arXiv:2108.08926.
https:/​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abm1515
arXiv: 2108.08926

[49] שיין מנספילד וטוביאס פריץ. "הפרדוקס הלא-מקומי של הרדי ותנאים אפשריים לאי-מקומיות". מצאתי. פיזי. 42, 709–719 (2012). arXiv:1105.1819.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-012-9640-1
arXiv: 1105.1819

[50] דניס רוסט, פליפה מונטאלגרה-מורה וז'אן-דניאל בנקל. "RepLAB: גישה חישובית/מספרית לתיאוריית הייצוג". בתורת הקוונטים ובסימטריות. עמודים 643–653. סדרת CRM בפיזיקה מתמטית. הליכים של הסימפוזיון הבינלאומי ה-11, מונטריאול, ספרינגר (2021). arXiv:1911.09154.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-55777-5_60
arXiv: 1911.09154

[51] Kim-Chuan Toh, Michael J. Todd, and Reha H. Tütüncü. "SDPT3 - חבילת תוכנה MATLAB לתכנות חצי מוגדר". אופטימ. שיטות softw. 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[52] סטיבן דיימונד וסטיבן בויד. "CVXPY: שפת דוגמנות משובצת ב-Python לאופטימיזציה קמורה". ג'יי מאך. לִלמוֹד. מילון 17, 1–5 (2016). arXiv:1603.00943.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1603.00943
arXiv: 1603.00943

[53] ברנדן אודונוגהו, אריק צ'ו, ניל פאריך וסטיבן בויד. "SCS: Splitting Conic Solver". https://github.com/​cvxgrp/​scs (2021).
https://github.com/​cvxgrp/​scs

[54] Gurobi Optimization, LLC. "מדריך עזר ל-Gurobi Optimizer". https://www.gurobi.com (2022).
https://www.gurobi.com

[55] גיום סגנול ומקסימיליאן סטאלברג. "PICOS: ממשק Python לפותרי אופטימיזציה חרוטית". J. תוכנת קוד פתוח. 7, 3915 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21105 / joss.03915

[56] מרטין ס. אנדרסן, יואכים דאל, ולייבן ונדנברגה. "CVXOPT: תוכנת Python לאופטימיזציה קמורה". http://​/​cvxopt.org/​ (2015).
http://​/​cvxopt.org/​

[57] דניאל ברוש ​​ואטיין דה קלרק. "הפחתת סימטריה ירדנית לאופטימיזציה חרוטית על פני החרוט הלא-שלילי הכפול: תיאוריה ותוכנה". אופטימ. שיטות softw. 37, 2001–2020 (2022). arXiv:2001.11348.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556788.2021.2022146
arXiv: 2001.11348

מצוטט על ידי

[1] רובין לורנץ ושון טול, "מודלים סיבתיים בדיאגרמות מחרוזות", arXiv: 2304.07638, (2023).

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2023-05-05 01:00:09). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2023-05-05 01:00:08)

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים