Beyond But-for Test: Counterfactual Explanation in Abstract Argumentation via Actual Causality (Extended Version)

Resumo Técnico: Além do Teste But-for: Explicação Contrafactual em Argumentação Abstrata via Causalidade Real

Definição do Problema
No campo da Inteligência Artificial Explicável (XAI), a argumentação abstrata (AA) fornece explicações estruturadas para o porquê de argumentos serem aceitos sob determinadas semânticas. Embora os métodos existentes respondam a perguntas post-hoc identificando conjuntos de argumentos que satisfazem propriedades como Relevância, Monotonicidade ou Necessidade, eles frequentemente dependem de listas estáticas de razões. O raciocínio humano, no entanto, emprega frequentemente o pensamento contrafactual ("e se" cenários) para investigar dependências causais.

As abordagens atuais para explicação contrafactual em AA são limitadas ao teste but-for (BFT). Este teste primitivo pergunta se o status de aceitação de um argumento tópico mudaria se uma única causa suspeita fosse alterada (por exemplo, deletando um ataque ou adicionando um novo atacante). O artigo identifica uma falha crítica nesta abordagem: ela falha ao não manter outros argumentos fixos como "testemunhas". Consequentemente, o teste but-for produz resultados contraintuitivos em estruturas de argumentação complexas, especificamente em Preempção (onde uma causa bloqueia outra) e Sobredeterminação (onde múltiplas causas são conjuntamente suficientes). Nestes casos, alterar uma única causa pode não mudar o resultado porque caminhos alternativos são ativados, levando o BFT a identificar incorretamente ou a perder causas reais.

Metodologia
Para superar as limitações do teste but-for, os autores introduzem um framework de raciocínio contrafactual baseado em intervenção fundamentado em Modelos de Equações Estruturais (SEMs) e na definição de causalidade real de Halpern–Pearl (HP).

1. Modelo de Aceitabilidade: O framework codifica as condições de aceitação dos argumentos como um conjunto de equações. O rótulo de um argumento $\alpha$ ($in$, $out$, ou $und$) é determinado pelos rótulos de seus atacantes. Isso transforma o framework de argumentação (AF) em um modelo $M_F$ de funções.
2. Operador de Intervenção: Os autores definem um operador de intervenção $[\psi]$ que modifica o modelo $M_F$ de acordo com uma hipótese $\psi$ (uma conjunção de proposições atômicas). Diferente de simples modificações de grafo, este operador:
   • Substitui a equação de aceitabilidade do(s) argumento(s) intervindo(s) por uma função constante que retorna o rótulo estipulado.
   • Permite hipóteses compostas, possibilitando a modificação simultânea de múltiplos argumentos.
   • Crucialmente, ele suporta a fixação de argumentos testemunhas aos seus rótulos reais, impedindo que caminhos alternativos distorçam a avaliação contrafactual.
3. Condição Contrafactual Refinada (AC2m): Indo além do BFT, o artigo adota uma condição contrafactual modificada, AC2m. Uma hipótese $\psi$ é uma causa real se:
   • Atualidade (AC1): $\psi$ e o efeito ocorrem no rótulo original.
   • Contrafactual Modificado (AC2m): Existe uma modificação $\psi'$ de $\psi$ e um conjunto de testemunhas $\chi$ (argumentos mantidos em seus rótulos reais) tal que intervir com $\psi' \land \chi$ altera o status do argumento tópico.
   • Minimalidade (AC3): A causa não contém partes redundantes.

Principais Contribuições

• Framework Formal para Causalidade Real em AA: O artigo estabelece o primeiro elo formal entre a causalidade real de HP e a argumentação abstrata, indo além do primitivo teste but-for.
• Tratamento de Preempção e Sobredeterminação: Ao fixar as testemunhas, o método identifica corretamente as causas em cenários onde o teste but-for falha.
  • Preempção: Em um cenário onde $\alpha$ bloqueia $\beta$ de defender $\eta$, o teste but-for falha em identificar $\alpha$ como uma causa porque remover $\alpha$ reativa $\beta$. O método proposto fixa $\beta$ (ou o caminho que ele utiliza) ao seu estado real, revelando $\alpha$ como a verdadeira causa.
  • Sobredeterminação: Em cenários onde $\alpha$ e $\beta$ são ambos suficientes para defender $\eta$, o teste but-for falha em identificar qualquer um deles como causa (já que remover um deixa o outro). O método proposto identifica a conjunção $in(\alpha) \land in(\beta)$ como a causa real.
• Visualização de Mutilação de Grafo: Os autores mapeiam a intervenção lógica para operações gráficas em AFs (adicionando atacantes, removendo ataques ou adicionando auto-loops), fornecendo um contraparte visual para a intervenção algébrica.
• Análise Comparativa: O artigo compara o novo método contra explicações baseadas em argumentos existentes (Root Reasons, conjuntos Suficientes/Necessários) e contrafactuais de mundo mais próximo (closest-world). Demonstra que o método proposto é mais seletivo e confiável, particularmente ao evitar o problema da "explicação vazia" encontrado em abordagens de mundo mais próximo quando existem rotulagens únicas.

Resultos e Propriedades

• Expressividade: O método suporta hipóteses compostas, permitindo a explicação de causas conjuntas, o que o teste but-for (limitado a mudanças atômicas) não consegue capturar.
• Relevância: O método satisfaz a propriedade de Relevância; todos os argumentos em uma explicação são relevantes para o tópico.
• Não-Monotonicidade: Ao contrário de alguns métodos de explicação tradicionais, a explicação contrafactual não é monotônica. Adicionar argumentos a uma explicação válida pode violar a condição de Minimalidade.
• Superioridade em Estruturas Específicas:
  • Na Preempção, o método identifica o argumento que preempte como a causa, enquanto o Root Reasons pode incluir defensores irrelevantes, e abordagens de Mundo Mais Próximo podem não gerar nenhuma explicação.
  • Na Sobredeterminação, o método identifica a necessidade conjunta de múltiplos argumentos, enquanto o Root Reasons e as explicações Suficientes frequentemente falham em distinguir entre os defensores simétricos ou retornam conjuntos triviais.
  • O método garante a Existência de uma explicação para nós terminais (sink nodes) aceitos, uma propriedade onde abordagens de Mundo Mais Próximo falham quando o AF admite apenas uma rotulagem única.

Significância e Alegações
O artigo afirma que, ao integrar a definição de causalidade real de Halpern–Pearl na argumentação abstrata, o framework proposto oferece uma abordagem de explicação contrafactual mais refinada e alinhada ao ser humano. Argumenta-se que a capacidade de manter as testemunhas fixas é essencial para identificar corretamente as causas em estruturas de dependência complexas, superando assim a limitação "but-for" que assola os métodos atuais de explicação em AA. Os autores posicionam este trabalho como um passo em direção a uma XAI mais robusta, oferecendo uma linguagem lógica que é expressiva o suficiente para lidar com dependências cíclicas e padrões causais complexos como preempção e sobredeterminação, permanecendo fundamentada nas propriedades estruturais dos frameworks de argumentação. Nota-se que trabalhos futuros são necessários para abordar a complexidade computacional, estender para outras semânticas (grounded, preferred, stable) e aplicar o framework a formalismos de argumentação estendidos (PAF, ADF, ASPIC+).