Swift中定义标量入参向量输出可微函数的正确方式？

我是Swift初学者，正在测试其自动微分（AD）功能，编写了如下标量转向量的可微分函数：

import Foundation
import _Differentiation

@differentiable(reverse)
func numToVec1(_ x: Float) -> Array<Float>.DifferentiableView {
    typealias V = Array<Float>
    return V.DifferentiableView([sin(x), cos(x), x*x])
}

尝试用derivative(at:of:)计算导数：

let scalarInput: Float = 42.0 
let dnv1 = derivative(at: scalarInput, of: numToVec1)

运行时错误 #

代码可编译，但运行时报错：

_Differentiation/DifferentiationUtilities.swift:40: Fatal error: JVP does not exist. Use '-Xfrontend -enable-experimental-forward-mode-differentiation' to enable differential-first differentiation APIs.
Current stack trace:
0    libswiftCore.so                    0x00007f4107c1aa60 _swift_stdlib_reportFatalErrorInFile + 112
1    libswiftCore.so                    0x00007f410790d3af <unavailable> + 1442735
2    libswiftCore.so                    0x00007f410790d1c7 <unavailable> + 1442247
3    libswiftCore.so                    0x00007f410790bfd0 _assertionFailure(_:_:file:line:flags:) + 364
4    libswift_Differentiation.so        0x00007f410805d464 <unavailable> + 169060
5    output.s                           0x000055abacce9189 <unavailable> + 8585
6    output.s                           0x000055abacce8e37 <unavailable> + 7735
7    libswift_Differentiation.so        0x00007f410805b820 valueWithDifferential<A, B>(at:of:) + 106
8    libswift_Differentiation.so        0x00007f410805bca0 differential<A, B>(at:of:) + 93
9    libswift_Differentiation.so        0x00007f410805c050 derivative<A, B>(at:of:) + 89
10   output.s                           0x000055abacce8c09 <unavailable> + 7177
11   libc.so.6                          0x00007f410759df90 __libc_start_main + 243
12   output.s                           0x000055abacce87fe <unavailable> + 6142
Program terminated with signal: SIGILL

添加编译标志后的编译错误 #

按照提示添加-Xfrontend -enable-experimental-forward-mode-differentiation编译标志后，出现编译时断言错误：

Assertion failed: it != bufferMap.end() && "Tangent buffer should already exist", file D:\a\1\s\swift\lib\SILOptimizer\Differentiation\JVPCloner.cpp, line 317
Please submit a bug report (https://swift.org/contributing/#reporting-bugs) and include the crash backtrace.
Stack dump:
...

写法规范确认 #

你的写法逻辑上存在API模式不匹配的问题，但核心逻辑符合Swift自动微分规范：

1. API模式不匹配：
   你标记了函数为@differentiable(reverse)（反向模式），但derivative(at:of:)是**正向模式（JVP）**的API。反向模式应使用梯度相关API，比如valueWithGradient(at:of:)：

   let scalarInput: Float = 42.0
   let (outputVec, inputGrad) = valueWithGradient(at: scalarInput, of: numToVec1)
   // inputGrad 即为输入x的梯度，对应 [cos(42), -sin(42), 84]
   

2. 正向模式的问题：
   如果要使用正向模式计算导数，需要将函数标记为@differentiable(reverse, forward)或@differentiable(forward)，同时启用正向模式编译标志。但你遇到的编译器断言错误是Swift编译器在处理数组DifferentiableView正向模式时的实现bug，并非代码写法错误。

综上，你的代码写法本身符合规范，运行时错误是API模式不匹配导致，而编译断言错误属于编译器自身bug，确实需要提交bug报告。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者loonatick