卷 III · 认出来CH 11深度 11/24

有些变量,控制了就毁了

上一章的后门准则有两条。第二条(堵住后门)符合直觉,第一条(不要处理的后代)不符合。这一章给第一条配两个尸体——其中第二个,会让「和两边都相关就该控制」这条流传最广的经验判据彻底破产。

中介M-bias不该控制的

▷ 先判一次

研究「运动 X 是否降低心脏病风险 Y」。有人建议把 BMI 也控制进去,理由是「BMI 明显和运动相关,也明显和心脏病相关,是个重要的混淆变量」。这个建议?

A 好建议,BMI 确实两边都相关B 坏建议,BMI 是运动的后果,控制它会砍掉一部分真效应C 要看你想问什么问题D B 和 C 都对

这道题的关键不在算术,在于你到底想问哪个问题

第一种尸体:中介

假设真实结构是这样,而且我把三个系数都写死了:

X := 噪声
M := 0.8 × X + 噪声              # M 是中介
Y := 1.0 × M + 0.5 × X + 噪声

# 真【总效应】= 直接的 0.5 + 间接的 0.8 × 1.0 = 1.300

第一个按钮。两万个样本:

                        X 的系数        与真值 1.300 相比
────────────────────    ────────        ─────────────────
不控制 M                  1.2933          对
控制 M                    0.4949          砍掉了 61.9%

控制 M 之后剩下的 0.4949,其实是直接效应(那个 0.5)。它不是「错的数」——它是另一个问题的正确答案

◆ 你到底想问哪个问题
  • 总效应:多运动,心脏病风险会降多少?(包括通过减重实现的那部分)→ 不要控制 BMI
  • 直接效应:在体重不变的前提下,运动本身还有额外好处吗?→ 控制 BMI(而且还需要更多假设,见下)

绝大多数场合,你想问的是总效应——因为你能拨动的是「运动」,不是「运动但体重不许变」。能拨的那个才是决策变量。

这里还有一个更细的陷阱,值得说清楚:就算你真想要直接效应,简单地「把中介放进回归」通常也是错的。因为中介往往有自己的混淆变量(比如「饮食」同时影响 BMI 和心脏病)。一旦控制了中介 M,X → M ← 饮食 → Y 这条路就被打开了——你在测直接效应的同时引入了一个对撞机。这类问题属于中介分析(mediation analysis),需要比后门准则更强的假设,第 24 章会给入口。

第二种尸体:M-bias

这一个更难防,因为它不是 X 的后代——上一章那条粗暴的规则救不了你。

看这张图(四条边摆出一个 M 的形状,所以叫 M-bias):

   U₁            U₂          ← 两个你没测到的变量
     ↘          ↙
        Z                    ← 你测到了,而且很想控制它
     ↙          ↘
   X   ────────→  Y

点第二个按钮。数字:

                        X 的系数        真值 0.400
────────────────────    ────────        ──────────
不控制 Z                  0.4023          对
控制 Z                    0.2013          砍掉一半

现在请注意 Z 在数据里长什么样:

  • Z 和 X 相关吗?相关(通过 U₁)。
  • Z 和 Y 相关吗?相关(通过 U₂)。
  • Z 在 X 之前发生吗?是的(它不是 X 的后代)。

三条全中。按照最流行的那条经验判据——「同时和处理、和结果相关的前置变量就是混淆,应该控制」——Z 是一个完美的、教科书级别的混淆变量

而它其实是 U₁ 和 U₂ 的对撞机。控制它,X ← U₁ → Z ← U₂ → Y 这条路就通了,一条本来不存在的后门被你亲手打开。

◆ 数据永远分不出这两种情况

下面两张图,在数据里产生的相关模式可以完全一样

图甲(Z 是混淆)        图乙(Z 是 M-bias 的对撞机)
   Z                         U₁    U₂
 ↙   ↘                        ↘   ↙
X  →  Y                         Z
                              ↙   ↘
                             X  →  Y

图甲里必须控制 Z,图乙里绝对不能控制 Z。而没有任何统计检验能把它们分开——因为 U₁、U₂ 你没测到。

决定权只在一个地方:你对这件事的了解。这不是这门学问的缺陷,这是它逼你面对的现实——你以前也在用这些了解,只是没写出来。

一份「不要控制」清单

把前面几章的结论收一下。下面这些变量,放进回归会主动制造偏差:

类型为什么不能控制怎么认出来
中介 X→M→Y砍掉一部分真效应处理之后才发生,而且在通往结果的路上
对撞机 X→S←Y凭空造出关联处理和结果共同影响的东西
对撞机的后代和控制对撞机一样坏受某个对撞机影响的任何东西
结果的后代 Y→D相当于控制了部分 Y结果之后发生的事
M-bias 的 Z打开一条本来不存在的后门认不出来——只能靠对机制的了解
工具变量 Z→X把工具的价值消耗掉,还放大偏差只影响处理、不直接影响结果的东西(第 19 章)

最后一行是一个漂亮的意外:工具变量放进回归不但没用,还会让偏差变大(这个现象叫 Z-bias 或 bias amplification)。它是你手上最值钱的一样东西——但价值在于拿它做第一阶段,不在于把它塞进控制变量。

▸ 在现实里

产品分析中最常见的中介误控:评估「新引导流程」对次留的影响时,把「完成引导的步数」控制进去。步数是引导流程的直接后果,控制它等于问「在完成同样多步的前提下,新流程有什么用」——而新流程的价值恰恰就在于让人多走几步。

薪资研究中的经典争论:研究性别对薪资的影响时,要不要控制「职位」?如果性别会影响晋升,那职位就是中介,控制它会把这部分歧视抹掉,估计出的差距变小。这场争论至今没有共识——但争论的焦点很清楚:它是在争那张图,不是在争统计方法。这本身就是这门学问的一个成果:它把一场关于数字的争吵,变成了一场关于结构的争吵。

✗ 这个直觉是错的
一个变量如果既和处理相关、又和结果相关,而且发生在处理之前,那它就是混淆,该控制。 这条判据会把 M-bias 里的 Z 误判成混淆。它在处理之前,两边都相关,而控制它会把 0.402 变成 0.201。

这条判据在文献里流传极广,因为它在只有混淆的世界里是对的。问题是你不知道自己在哪个世界。

正确的判据只有一个:后门准则。而它需要输入一张图。「我不想画图,能不能给我一条不用图的判据」——答案是不能,因为要区分的东西(谁导致谁)本来就不在数据里。

补一句公平的话:M-bias 在实践中有多常见、值不值得为它放弃「控制所有前置变量」这条简单策略,学界是有争论的(有人认为需要非常特殊的参数配置才会造成严重偏差)。本书的立场是:你至少要知道它存在,然后自己判断手上这个问题像不像它。

◇ 判词

DB 和 C 都对。

B 说的是事实:BMI 是运动的后果(运动 → 减重 → 心脏病风险降低),控制它会砍掉总效应里通过减重实现的那一大块。C 说的是更根本的一层——该不该控制,取决于你问的是总效应还是直接效应,而这个问题数据回答不了,只有你能回答。

实践中的默认答案是不控制:因为你能拨动的旋钮是「运动量」,不是「运动量但体重不变」。决策要用的是总效应。

A 「两边都相关」——本章要杀死的那条判据。它对中介成立(中介确实两边相关),对对撞机成立,对 M-bias 成立——它对所有该控制和不该控制的变量都成立,所以它什么都没说。 B 对,但只答了一半。它没有指出「直接效应」这个问题本身是合法的(在某些研究里恰恰是要问的)。 C 对,但太软了。大多数决策场景要的就是总效应,所以默认答案应该是明确的「不控制」,而不是「看情况」。

这一章的一句话

不是所有相关的变量都该控制;中介会砍掉真效应,M-bias 里的对撞机会伪装成完美的混淆,而唯一可靠的判据是一张你必须自己画出来的图。

下一章是这本书的招牌。同一份两万人的数据,四种控制变量的选法,四个答案:−3.32、+4.96、+3.31、−4.81。真值是 +5.00,写在结构方程里。数据一个字节都没变。