We study the differential properties of higher-order statistical probabilistic programs with recursion and conditioning. Our starting point is an open problem posed by Hongseok Yang: what class of statistical probabilistic programs have densities that are differentiable almost everywhere? To formalise the problem, we consider Statistical PCF (SPCF), an extension of call-by-value PCF with real numbers, and constructs for sampling and conditioning. We give SPCF a sampling-style operational semantics a la Borgstrom et al., and study the associated weight (commonly referred to as the density) function and value function on the set of possible execution traces. Our main result is that almost-surely terminating SPCF programs, generated from a set of primitive functions (e.g. the set of analytic functions) satisfying mild closure properties, have weight and value functions that are almost-everywhere differentiable. We use a stochastic form of symbolic execution to reason about almost-everywhere differentiability. A by-product of this work is that almost-surely terminating deterministic (S)PCF programs with real parameters denote functions that are almost-everywhere differentiable. Our result is of practical interest, as almost-everywhere differentiability of the density function is required to hold for the correctness of major gradient-based inference algorithms.


翻译:我们研究高阶统计概率预测程序与循环和调节的差别特性。 我们的起点是洪石杨(Hongseok Yang)造成的一个开放问题: 哪一类统计概率预测程序密度几乎几乎在所有地方都不同? 为了将问题正规化,我们认为统计 PCF(SPCF)是按要求计算的PCF(SPCF(SPCF)的延伸,这是具有实际数字的按价值计算的PCF(PCF)的延伸,是用于取样和调节的。我们给SPCF一个抽样式的操作性语义学模型,一个la Borgstrom et al.,并研究一套可能的执行轨迹的相关重量(通常称为密度)函数和价值函数。我们的主要结果是几乎肯定地终止SPCF(SPCF)方案,它产生于一套原始功能(例如分析功能的组合),它几乎肯定地终止了它,满足了温和的封闭特性,其重量和价值功能几乎每个不同的地方。我们使用的象征性执行方式形式形式,它几乎可以用来确定每个不同的地方。

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