Apêndice 6.B Seção 2.5 (Modelo Causal (Causal Model))

Prova do Lema 2.27.

Realizaremos a demonstração por indução. Para tal, defina 𝒱(1)={V𝒱:Pa(V)=∅︀}{\mathcal{V}}^{(1)}=\{V\in{\mathcal{V}}:Pa(V)=\emptyset\}, e para cada i>2i>2, 𝒱(i)={V𝒱:Pa(V)𝒱(i1)}{\mathcal{V}}^{(i)}=\{V\in{\mathcal{V}}:Pa(V)\subseteq{\mathcal{V}}^{(i-1)}\}.

Se Y𝒱(1)Y\in{\mathcal{V}}^{(1)}, então por construção 𝔼[Y]=μY{\mathbb{E}}[Y]=\mu_{Y}. Também, como Pa(Y)=∅︀Pa(Y)=\emptyset, V,Y=∅︀\mathbb{C}_{V,Y}=\emptyset, para todo VYV\neq Y, e Y,Y\mathbb{C}_{Y,Y} tem apenas o caminho unitário, C=(Y)C^{*}=(Y). Assim,

V𝒱CV,YμVi=1|C|1βCi+1,Ci\displaystyle\sum_{V\in\mathbb{{\mathcal{V}}}}\sum_{C\in\mathbb{C}_{V,Y}}\mu_{% V}\cdot\prod_{i=1}^{|C|-1}\beta_{C_{i+1},C_{i}} =μYi=1|C|1βCi+1,Ci\displaystyle=\mu_{Y}\cdot\prod_{i=1}^{|C^{*}|-1}\beta_{C^{*}_{i+1},C^{*}_{i}}
=μY\displaystyle=\mu_{Y}

A seguir, suponha que para todo W𝒱(i1)W\in{\mathcal{V}}^{(i-1)}, 𝔼[W]=V𝒱CV,WμVi=1|C|1βCi+1,Ci{\mathbb{E}}[W]=\sum_{V\in\mathbb{{\mathcal{V}}}}\sum_{C\in\mathbb{C}_{V,W}}% \mu_{V}\cdot\prod_{i=1}^{|C|-1}\beta_{C_{i+1},C_{i}} e tome Y𝒱(i)Y\in{\mathcal{V}}^{(i)}. Como todo caminho direcionado que chega em YY a partir de VYV\neq Y tem como penúltimo elemento um pai de YY, podemos escrever

V,Y\displaystyle\mathbb{C}_{V,Y} =WPa(Y){(C,Y):CV,W}\displaystyle=\cup_{W\in Pa(Y)}\{(C,Y):C\in\mathbb{C}_{V,W}\} (7)

Portanto, obtemos:

V𝒱CV,YμVi=1|C|1βCi+1,Ci\displaystyle\sum_{V\in\mathbb{{\mathcal{V}}}}\sum_{C\in\mathbb{C}_{V,Y}}\mu_{% V}\cdot\prod_{i=1}^{|C|-1}\beta_{C_{i+1},C_{i}}
=\displaystyle= μY+VYWPa(Y){C=(C,Y):CV,W}μV(i=1|C|1βCi+1,Ci)\displaystyle\mu_{Y}+\sum_{V\neq Y}\sum_{\cup_{W\in Pa(Y)}\{C^{*}=(C,Y):C\in% \mathbb{C}_{V,W}\}}\mu_{V}\cdot\left(\prod_{i=1}^{|C^{*}|-1}\beta_{C^{*}_{i+1}% ,C^{*}_{i}}\right)
=\displaystyle= μY+VYWPa(Y)CV,WμV(i=1|C|1βCi+1,Ci)βY,W\displaystyle\mu_{Y}+\sum_{V\neq Y}\sum_{W\in Pa(Y)}\sum_{C\in\mathbb{C}_{V,W}% }\mu_{V}\cdot\left(\prod_{i=1}^{|C|-1}\beta_{C_{i+1},C_{i}}\right)\cdot\beta_{% Y,W}
=\displaystyle= μY+WPa(Y)βY,WV𝒱CV,WμV(i=1|C|1βCi+1,Ci)\displaystyle\mu_{Y}+\sum_{W\in Pa(Y)}\beta_{Y,W}\sum_{V\in{\mathcal{V}}}\sum_% {C\in\mathbb{C}_{V,W}}\mu_{V}\cdot\left(\prod_{i=1}^{|C|-1}\beta_{C_{i+1},C_{i% }}\right)
=\displaystyle= μY+WPa(Y)βY,W𝔼[W]\displaystyle\mu_{Y}+\sum_{W\in Pa(Y)}\beta_{Y,W}{\mathbb{E}}[W] W𝒱(i1)\displaystyle W\in{\mathcal{V}}^{(i-1)}
=\displaystyle= 𝔼[μY+WPa(Y)βY,WW]\displaystyle{\mathbb{E}}\left[\mu_{Y}+\sum_{W\in Pa(Y)}\beta_{Y,W}W\right]
=\displaystyle= 𝔼[𝔼[Y|Pa(Y)]]=𝔼[Y]\displaystyle{\mathbb{E}}[{\mathbb{E}}[Y|Pa(Y)]]={\mathbb{E}}[Y]