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P2 Compositional Taylor expansion in cartesian differential categories

笛卡尔微分范畴中的组合式泰勒展开
LICS 2025 40th Annual ACM/IEEE Symposium on Logic in Computer Science (LICS)2025匹配度 3/10 · 论文属于范畴论/形式语义中自动微分的泰勒展开与高阶导数理论,虽与可微编程和 AD 理论基础相邻,但与你画像核心关注的静态分析、LLM/Agent 交叉、浮点程序分析与贝叶斯程序分析没有直接交集。引用 0 inbox
A. Walch
crossref: 2026-09-12

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一句话:在笛卡尔微分范畴中用函子与单子刻画泰勒展开,统一高阶导数、对偶数与 jet bundle。

本文在笛卡尔微分范畴的框架下提出一种组合式的泰勒展开理论。核心思想是把泰勒展开刻画为一个函子,该函子将通常的切丛函子推广到高阶导数情形。泰勒展开的基本性质被归结为自然性方程,这些方程使该函子成为一个单子。借助这一单子结构,作者给出了高阶对偶数以及自动微分中 jet bundle 构造的范畴论解释。论文属于范畴论与形式语义的基础工作,主要结果是对泰勒展开的组合性与单子性质的刻画,并说明其可统一高阶导数和相关微分构造;评估以数学定义与性质证明为主,不涉及实现或实验。

问题
如何在笛卡尔微分范畴中以一种组合式的方式刻画泰勒展开及其高阶导数结构?
方法
将泰勒展开实现为推广切丛函子到高阶导数的函子,并利用自然性方程证明该函子构成一个单子;由此给出高阶对偶数与 jet bundle 构造的范畴论描述。
评估
评估以范畴论定义、自然性方程与单子性质的数学论证为主,说明该构造如何统一既有微分构造,未涉及实验或实现评估。
原文摘要(Abstract)

This paper provides a compositional approach to Taylor expansion, in the setting of cartesian differential categories. Taylor expansion is captured here by a functor that generalizes the tangent bundle functor to higher order derivatives. The fundamental properties of Taylor expansion then boils down to naturality equations that turns this functor into a monad. This monad provides a categorical approach to higher order dual numbers and the jet bundle construction used in automated differentiation.

链接与引用

DOI 原文 · PDF(开放获取) ·

BibTeX
@inproceedings{paperbot8673,
  title = {Compositional Taylor expansion in cartesian differential categories},
  author = {A. Walch},
  booktitle = {LICS},
  year = {2025},
  doi = {10.1109/lics65433.2025.00062}
}