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time-stepping

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更新于 10-15 20:06

技能介绍

用途:为数值仿真提供一套可靠的时间步长选择、斜坡启动与节奏监控工作流,同时规划输出与检查点的间隔。

主要能力:

  • 时间步长规划:根据目标 dt 与稳定性上限,取 min(dt_target, dt_limit × safety);稳定性限制未知时可保守起步再自适应增大。
  • 斜坡策略:按问题类型选择启动步数,如平滑初值无需斜坡,尖锐梯度 5-10 步、初值 0.1×dt,相变 10-20 步、0.01×dt,冷启动 10-50 步、0.001×dt。
  • 输出调度:生成输出时间点、间隔与次数。
  • 检查点规划:依据可接受丢失工作量安排检查点间隔并估算开销占比。

使用方式:需 Python 3.8+,仅用标准库,无外部依赖。收集稳定性限制(CFL/Fourier/反应限制)、目标 dt、总运行时间、输出间隔、检查点写入成本等输入后,运行三个脚本: python3 scripts/timestep_planner.py --dt-target 1e-4 --dt-limit 2e-4 --safety 0.8 --ramp-steps 10 --json python3 scripts/output_schedule.py --t-start 0 --t-end 10 --interval 0.1 --json python3 scripts/checkpoint_planner.py --run-time 36000 --checkpoint-cost 120 --max-lost-time 1800 --json 脚本输出 JSON 字段,如 timestep_planner.py 输出 dt_limit、dt_recommended、ramp_schedule;output_schedule.py 输出 output_times、interval、count;checkpoint_planner.py 输出 checkpoint_interval、checkpoints、overhead_fraction。

适用场景:耦合 CFL/物理限制的自适应步进、瞬态启动斜坡、长时间仿真(如相场)的检查点安排。运行中若 dt 持续缩小说明稳定性不足,应检查 CFL 并降低目标;dt 振荡可加安全系数;检查点开销低于 1% 优秀,1-5% 良好,5-10% 可接受,超过 10% 则过于频繁。

限制:不提供运行时自适应控制,只规划静态时间表;假定物理参数不变,参数变化后需重新规划;缺少稳定性限制时无法精确取值。

参考资料:references/cfl_coupling.md、references/ramping_strategies.md、references/output_checkpoint_guidelines.md。