[論文レビュー] Why scatter plots suggest causality, and what we can do about it

Carl T. Bergstrom, Jevin D. West|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2018

Data Visualization and Analytics参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、従来の散布図において縦軸を横軸に依存すると見なす習慣的因果関係バイアスを軽減するため、45°回転させた1:1の縦横比を持つダイヤモンドプロットを提案する。この図法は両変数を対称的に扱い、因果関係の仮定を視覚的に崩すことで、相関関係のみを強調する。インタラクティブ版では、標準の散布図に切り替え可能であり、対称性を強化する。

ABSTRACT

Scatter plots carry an implicit if subtle message about causality. Whether we look at functions of one variable in pure mathematics, plots of experimental measurements as a function of the experimental conditions, or scatter plots of predictor and response variables, the value plotted on the vertical axis is by convention assumed to be determined or influenced by the value on the horizontal axis. This is a problem for the public understanding of scientific results and perhaps also for professional scientists' interpretations of scatter plots. To avoid suggesting a causal relationship between the x and y values in a scatter plot, we propose a new type of data visualization, the diamond plot. Diamond plots are essentially 45 degree rotations of ordinary scatter plots; by visually jarring the viewer they clearly indicate that she should not draw the usual distinction between independent/predictor variable and dependent/response variable. Instead, she should see the relationship as purely correlative.

研究の動機と目的

• 科学的コミュニケーションやマスコミ報道において広く見られる、散布図が因果関係を示唆すると誤解される問題に対処すること。
• 縦軸の変数が横軸の変数によって因果的に影響を受けると見なす認知バイアスを軽減すること。
• 両変数を対称的に扱い、一方を独立変数または従属変数として優遇しない新しい可視化形式を開発すること。
• ダイヤモンドプロットが、相関関係から因果関係を誤って推論する傾向を軽減できるかどうかを評価すること。
• ユーザーが標準の散布図の向きに切り替えられるインタラクティブなダイヤモンドプロットの実現可能性と使いやすさを検討すること。

提案手法

• 標準の散布図を45°回転させることでダイヤモンドプロットを構築し、従来のx（独立）軸とy（従属）軸の因果的フレーミングを視覚的に崩す。
• 典型的な1.61:1の黄金比ではなく、1:1の縦横比を採用することで、軸間の視覚的階層を防ぎ、対称性を維持する。
• 軸ラベルを水平に配置することで、回転した向きでも読みやすく、視覚的基準を提供する。
• 非標準的な軸の回転に対応するため、解釈を支援するグリッド線を導入する。
• ユーザーが時計回りまたは反時計回りにダイヤモンドプロットを回転させ、標準の散布図の向きに切り替えられるインタラクティブ版を設計する。
• 反時計回りに回転する際、縦軸を反転させて一貫した座標系の整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来の散布図は、従属変数を縦軸に、独立変数を横軸に配置するという慣習により、無意識に因果関係を示唆しているのだろうか？
• RQ2 45°回転させた可視化（ダイヤモンドプロット）は、相関関係から因果関係を推論する傾向を軽減できるのだろうか？
• RQ3 ダイヤモンドプロットの設計は、一方の変数を独立または従属と見なさずに、両変数の対称性を効果的に伝えることができるのだろうか？
• RQ4 標準の散布図と比較して、ダイヤモンドプロット形式でのデータ解釈に認知的コストは発生するのだろうか？
• RQ5 インタラクティブなダイヤモンドプロットは、データに因果関係の方向性が示唆されていないことをユーザーが理解するのを助けるのだろうか？

主な発見

• 従来の散布図は、従属変数を縦軸、独立変数を横軸に配置するという慣習により、因果関係があると見なすバイアスを無意識に生じさせ、実際には因果関係がない場合でもそのように解釈されがちである。
• 45°回転と対称的な軸の取り扱いにより、ダイヤモンドプロットは因果関係のフレーミングを視覚的に崩し、観察者が関係を純粋な相関関係として解釈するよう促進する。
• インタラクティブなダイヤモンドプロットは、ユーザーが標準の散布図の向きに切り替えられるため、両変数が本質的に独立または従属であるとは限らないことを強調する。
• 研究者やSNSユーザーからの初期フィードバックは、ダイヤモンドプロットの概念に対して肯定的であり、一部のユーザーは自発的に同じ45°回転の提案をしていた。
• 著者らは、ダイヤモンドプロットが因果的誤解を軽減するかどうかを確認するための正式なユーザースタディが必要であり、標準のデータ解釈タスクにおいて認知的負荷が増加する可能性もあると認めている。