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differentiation-schemes

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更新于 10-15 22:12

技能介绍

用途:为偏微分方程与常微分方程的离散化提供可靠的微分方案选择、模板生成与精度评估流程。

主要能力:包含三个脚本。scripts/scheme_selector.py 根据光滑性、周期性、边界类型等推荐方案并给出备选与说明;scripts/stencil_generator.py 生成指定导数阶与精度的有限差分模板,输出 offsets、coefficients、order、accuracy、scheme;scripts/truncation_error.py 估算截断误差,输出 error_scale、order、reduction_if_halved。

使用方式:需 Python 3.10+ 与 NumPy,无重型依赖。示例:python3 scripts/scheme_selector.py --smooth --periodic --order 1 --accuracy 4 --json;python3 scripts/stencil_generator.py --order 2 --accuracy 4 --scheme central --json;python3 scripts/truncation_error.py --dx 0.01 --accuracy 2 --scale 1.0 --json。

适用场景:光滑周期场用中心或谱方法;有界光滑场用中心加单侧边界;对流主导用迎风;激波/间断用 TVD、WENO;高精度需求用紧致(Padé)或谱方法。

限制:模板生成器只提供内部模板,边界需特殊处理;标准模板假设均匀网格;不覆盖谱方法。脚本不执行网格收敛或制造解验证,需自行用至少 3 套网格确认观测阶。中心格式要求精度为偶数,导数阶上限 6,精度上限 8,自定义 offsets 上限 51 且需互异并多于导数阶。

安全:输入经校验,无 eval/exec,子进程使用显式参数列表,脚本不读外部文件,仅输出 JSON 到 stdout。