Using the notion of conservative gradient, we provide a simple model to estimate the computational costs of the backward and forward modes of algorithmic differentiation for a wide class of nonsmooth programs. The overhead complexity of the backward mode turns out to be independent of the dimension when using programs with locally Lipschitz semi-algebraic or definable elementary functions. This considerably extends Baur-Strassen's smooth cheap gradient principle. We illustrate our results by establishing fast backpropagation results of conservative gradients through feedforward neural networks with standard activation and loss functions. Nonsmooth backpropagation's cheapness contrasts with concurrent forward approaches, which have, to this day, dimensional-dependent worst-case overhead estimates. We provide further results suggesting the superiority of backward propagation of conservative gradients. Indeed, we relate the complexity of computing a large number of directional derivatives to that of matrix multiplication, and we show that finding two subgradients in the Clarke subdifferential of a function is an NP-hard problem.
翻译:使用保守的梯度概念,我们提供了一个简单的模型来估计一系列非光滑程序后向和前向的算法差异模式的计算成本。 后向模式的间接复杂性在使用本地Lipschitz 半代数或可定义的基本功能的程序时与层面无关。 这大大扩展了Baur-Strassen平滑的廉价梯度原则。 我们通过具有标准激活和损失功能的进料向神经网络建立保守梯度的快速反向反向反向结果来说明我们的结果。 非偏向反向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向与同时的前向方法形成对比, 而在今天, 偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向的偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏的偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏向偏