Autodiff refers to the core of the automatic differentiation systems developed in projects like JAX and Dex. Autodiff has recently been formalised in a linear typed calculus by Radul et al in arXiv:2204.10923. Although this formalisation suffices to express the main program transformations of Autodiff, the calculus is very specific to this task, and it is not clear whether the type system yields a substructural logic that has interest on its own. We propose an encoding of Autodiff into a linear $\lambda$-calculus that enjoys a Curry-Howard correspondence with Girard's linear logic. We prove that the encoding is sound both qualitatively (the encoded terms are extensionally equivalent to the original ones) and quantitatively (the encoding preserves the original work cost as described in arXiv:2204.10923). As a byproduct, we show that unzipping, one of the transformations used to implement backpropagation in Autodiff, is, in fact, optional.


翻译:自动微分(Autodiff)是 JAX 和 Dex 等项目中开发的自微分系统的核心。Radul 等人最近在 arXiv:2204.10923 中通过线性类型演算对 Autodiff 进行了形式化。尽管该形式化足以表达 Autodiff 的主要程序变换,但该演算对此任务具有高度特异性,且其类型系统是否产生具有独立研究价值的子结构逻辑尚不明确。我们提出将 Autodiff 编码为一种线性 $\lambda$-演算,该演算与 Girard 的线性逻辑满足 Curry-Howard 对应关系。我们证明该编码在定性(编码项与原始项外延等价)和定量(编码保持 arXiv:2204.10923 中描述的原始计算代价)上均是可靠的。作为推论,我们证明了在 Autodiff 中用于实现反向传播的变换之一——解压(unzipping)——实际上是非必需的。

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