【代码贡献】修复 QAOA 重复调用时沿用旧线路层数的问题

[youshen2025]

队伍 youshen，关联本源杯任务 #13，目标分支 develop。

问题与结果

同一个 QAOA 实例先调用一层 run_qaoa_circuit，再传入两层角度时，原代码
仍使用第一次缓存的 self.layer，静默忽略第二层。反过来从多层切到少层会
触发 IndexError。这会使复用对象的深度扫描得到错误结果。

下面第二次调用应等价于新实例的两层调用；在原版上，完整分布的最大绝对差约
0.10628。修复后与独立稠密状态演化逐项一致（绝对容差 1e-12）。

import sympy as sp
from pyqpanda_alg.QAOA.qaoa import QAOA

x0, x1 = sp.symbols('x0 x1')
f = 0.2 + 0.7*x0 - 1.1*x1 + 1.3*x0*x1
solver = QAOA(f)
solver.run_qaoa_circuit([0.31], [0.17])
actual = solver.run_qaoa_circuit([0.31, -0.47], [0.17, 0.29])
expected = QAOA(f).run_qaoa_circuit([0.31, -0.47], [0.17, 0.29])
print(max(abs(actual.get(k, 0) - expected.get(k, 0)) for k in expected))

改动及接口约定

• 每次构造线路按当前 gamma/beta 序列确定层数，并更新 self.layer。
• 两个序列长度不同时明确抛出 ValueError，不再截断或出现索引异常；层数和
  成功运行计数保持不变，后续合法调用仍可正常执行。
• 保留直接线路接口的零层行为：两个空序列只运行初态制备。优化器 run(layer=...)
  的正整数层数约定不变。
• 补充公开接口说明和 16 项回归。两个文件、一个聚焦提交，不修改模拟器、
  求解目标、优化策略或依赖。

数学验证与测试

测试对成本 0.2 + 0.7*x0 - 1.1*x1 + 1.3*x0*x1 独立计算全部基态能量，
逐层施加 diag(exp(-i*gamma*E)) 及解析 RX(-2*beta) 张量积，将完整概率
与真实 PyQPanda3 CPUQVM 比较。数学基线不调用库的成本转换或线路构造函数。

覆盖符号/Pauli 输入，0/1/2/3 层增减，list/tuple/NumPy 角度，空/不等长序列，
错误输入后的恢复，以及真实 SLSQP 默认和 INTERP 优化与直接调用交替使用。
测试采用固定角度和精确概率，不依赖测量抽样、全局最优命中或模拟器 mock。

• 原上游 5f973ef：原有 18 项测试通过（7.58 s）；16 项新回归全部失败。
• 修复后 Python 3.12.3：完整运行 33 通过、1 失败（10.72 s）；16 项新回归
  全部通过。失败为未修改的原有 Test_QUBO_GAS_origin_run.py 随机 GAS 最优解
  断言，单独重跑该项一次通过（1.52 s）。两次记录均保留，未修改原测试。
• Python 3.11.16 / 3.13.11：16 项新回归各通过（4.76 / 4.54 s）。
• Ruff lint/format、pip check、保留原文件 CRLF 的 diff 检查通过。

运行方法（项目 .venv 安装 PyQPanda3 与现有测试依赖后）：

OMP_NUM_THREADS=1 OPENBLAS_NUM_THREADS=1 PYTHONPATH=pyqpanda-algorithm .venv/bin/python -m pytest -c test/pytest.ini -o addopts='' test/QAOA/Test_qaoa_repeated_depth.py --timeout=60 -q

测试沿用 test/pytest.ini 实际识别的 Test_*.py 命名，以便完整测试自动收集。
使用 PyQPanda3 0.4.1、项目内 Python 3.11–3.13 虚拟环境，没有硬件或凭据要求。

查重及范围

2026-09-26 检索全部开放 PR 和含 layer/depth/层数的历史 PR，并核对 #40、#45、
#61、#96 的实际范围。#45 修复 QUBO 包装器的 layer=None 默认值；本次处理
QAOA 实例跨调用复用的线路深度，两者独立。本 PR 不包含已有寄存器、XY mixer、
风险目标或 GAS 修复，也不依赖这些尚未合并的 PR。

这是线路正确性修复，不声明量子优势、全局最优保证或官方 CI 已通过。

附加兼容性验证：临时 checkout ca2e0ef 合并当前应用 #92、四项独立库修复
#95/#96/#97/#98 与本次修复，Python 3.12.3 的 266 项测试通过（33.97 s），
应用核心覆盖率 98.93%。这些其他 PR 的代码没有混入本分支；此为本地兼容
证据，不替代官方 CI 或维护者审核。