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Saturday —— 材料计算的插件运行时

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Everything is a plugin。 Saturday 不是又一套材料计算引擎，不替代 DFT / MD / FEM / CFD 的任何求解器；它是材料计算的组合层：引擎、结构源、工作流、分析工具全部以插件形态挂载到 DeepSeek Harness (dsh) / @deepseek-ai/cordis v4 运行时上，由 Agent 在运行时自由挂载、卸载与组合。

插件接口规范见 packages/bridge/docs/plugin-contract-v0.md（中文原本，英文摘要版同目录）。

核心范式

时空可组合性（Spatiotemporal Composability）

理论依据为 Cordis 配套论文：

A Programming Paradigm for Spatiotemporal Composability，Yifan Shi, Wei Zhang, Tianyi Cui， arXiv:2608.25512 [cs.PL]（北京大学 / DeepSeek-AI）。

Saturday 把论文的两个正交维度落到材料计算域：

维度	论文原义	Saturday 的领域落点	仓库中的形态
时间维	组件副作用可完全逆置（可逆效应）	研发过程是可挂起/分叉/回放的事件流；可逆的是研究决策，不是物理	计算事件 → append-only Trajectory，逐变体溯源；`trajectory.replay` 回放重建索引
空间维	依赖声明 + 反应式管理（响应式协效应）	跨引擎/跨尺度能力按需激活联动	引擎能力在 hello 握手声明，消费方按能力动态决策

材料计算 = 双通道事件流

各引擎（DFT/MD/FEM/CFD）的运行时行为投影为两类事件，Saturday 的总线只做路由不改物理：

瀑布事件（因果链）：弛豫步、SCF 迭代、MD 步进——传递"当前状态接力棒"，全序、可回放，承载时间维；
广播事件（一对多）：收敛达成、能量异常、属性算出——多消费方订阅联动，承载空间维。

事件粒度因引擎而异（迭代级 ↔ 任务级），由能力握手显式声明。

原子化操作（Atomic Operations）

一切研发动作分解为可独立调用、自由组合的原语（relax / calculate / substitute …），同一组原语同时暴露给 Agent 工具、DSL 与编程 API。原子性按作用域分级：软件资源域完全可逆（cordis effect）、计算任务域幂等 + 可取消、物理设备域永不回滚。

活的材料上下文

材料上下文 = 瀑布事件累积器之上的响应式谱系图：每个导出量声明推导来源，上游变化沿谱系自动传播失效与重算。推导登记簿（@toki0413/plugin-derivation）是这一形态的运行时载体，已接入真实筛选工作流（势函数热替换沿引擎引用全链失效）。掺杂操作 Material.substitute 的不可变 fork 语义保证谱系全程可追溯。

能力（v0.3）

能力	工具	说明
材料加载	`material.load`	化学式 → 结构（原型库，TiO2 多晶型可选）
分子结构源	`structure.fromSmiles`	SMILES → 3D 构象（RDKit ETKDG + MMFF/UFF 预弛豫）→ 非周期 Material（pbc=False）；RDKit 缺失显式报错不降级
结构弛豫	`potential.relax`	周期性体系：ASE EMT 真实物理（UnitCellFilter + BFGS）；分子体系（pbc=False）：RDKit MMFF/UFF 力场引擎（体系-引擎自动匹配，错配显式拒绝）；纯 Node 环境走零依赖 lj-js 引擎（LJ 玩具势）
掺杂筛选	`workflow.screen`	基体 + N 掺杂变体批量弛豫 → 能量排序 → 逐变体溯源；注入参考态后自动升级为严格形成焓 + 多组分凸包判据；支持多浓度扫描与共掺候选；采样候选可参与联合排序（能量证据 × 提议似然 → 重要性权重），证据源可扩展（凸包距离、理想混合熵等，注册表化接入）
MP 结构源	`structure.resolve`	Materials Project 远端解析（`@toki0413/plugin-mp`，需 MP_API_KEY）
轨迹回放	`trajectory.replay`	从 append-only 事件流重建计算索引（`@toki0413/plugin-replay`）
势垒分析	`analysis.neb`	NEB 最小能量路径与过渡态势垒（`@toki0413/plugin-neb`）
状态方程	`analysis.eos`	Birch-Murnaghan（三阶）EOS 拟合（`@toki0413/plugin-eos`）
声子分析	`analysis.phonon`	Γ 点声子：力注入式有限位移 + 声学和规则，频率/虚频/显式阈值稳定性判定（`@toki0413/plugin-phonon`）
候选采样	`sampler.perturb`	参考结构微扰采样（`@toki0413/plugin-sampler-perturb`）
OU 候选采样	`sampler.ou`	Ornstein-Uhlenbeck 参考结构采样：闭式转移核 + 精确提议似然；多锚点混合提案支持跨盆地探索（`@toki0413/plugin-sampler-ou`）
流采样	`sampler.flow`	仿射耦合流采样：双射输运映射 `invertible:true` + 换元公式精确似然，`encode` 反演回潜空间（`@toki0413/plugin-sampler-flow`）
采样回算闭环	`workflow.explore`	候选逐送入引擎回算验证后按能量排序（引擎是唯一 oracle，`@toki0413/plugin-explore`）
遍历对账	`workflow.ergodic`	采样系综平均对恒温 MD 时间平均；判定强度随采样器似然声明分级（`@toki0413/plugin-ergodic`）
构型自由能	`workflow.freeEnergy`	温度网格逐点恒温 MD + 热力学积分出构型自由能曲线；自由能零点（锚点）显式注入，支持谐波近似物理化（`@toki0413/plugin-free-energy`）
活性上下文	`derivation.*`	推导登记簿：导出量声明推导来源，失效沿推导图向下游传播，冻结结果只追加修正不重算（`@toki0413/plugin-derivation`）
锚点库	`sampler.anchor.*`	弛豫收敛结构自动入库（谱系必填）→ 检索 → 混合提案；支持落盘/回填、血缘审计、修复与触发判据对账（数据治理工具链）

MCP server：任意 MCP 宿主接入

上述工具面经 @toki0413/mcp-server 以 Model Context Protocol 全量暴露（31 工具， stdio 传输）：Claude Desktop / Cursor / Cline 等任何 MCP 宿主零代码接入，参数 schema 由各工具的契约声明直通，工具失败以 MCP isError 携带结构化错误码。

Terminal

npx @toki0413/mcp-server        # stdio；SATURDAY_DISABLE 可排除插件

宿主适配层边界：MCP server 只依赖 @toki0413/kernel 的无宿主引导（bootstrapPlugins，cordis 的 import 收敛在 kernel 包内）与插件包，插件本身对 MCP 无感知——防腐层纪律不变。

引擎插件矩阵（均接入 @toki0413/contract-tests 标准套件）： emt-mock（核心，ASE EMT / LJ）、lj-js（零依赖纯 JS，玩具势教学档，优雅回退数据面）、lammps（批处理，粒度 job）、mace（ML 势，可用性预检）、ase（通用 ASE 计算器，自带 sidecar）。

EMT 能量零点为各元素平衡 fcc 晶体，energyPerAtom 近似形成焓。Cu 掺杂筛选实测： Cu3Pt (-0.10) < Cu3Au (-0.02) < Cu (0) < Cu3Ni (+0.01) < Cu3Ag (+0.02) eV/atom—— 有序化（Cu-Pt / Cu-Au）与相分离（Cu-Ni / Cu-Ag）倾向与实验冶金学一致。

环境矩阵

开箱即用：git clone → npm install 后，纯 Node 环境即可跑全部 12 个演示（无额外依赖）。数据面形态随环境自适应，启动横幅如实呈报（非静默降级：回退引擎是显式注册的独立引擎）。

环境	数据面 / 可用引擎	说明
纯 Node（无 Python）	`lj-js`（零依赖纯 JS，LJ 玩具势）	全部演示可跑；精度为教学档（玩具势声明在先，参考态为引擎自洽参考非实验值）
+ Python ≥ 3.10 + ASE ≥ 3.22	`emt-mock`（EMT 真物理）+ `ase`	解锁 EMT 精度；sidecar 内缺 ASE 自动回退 LJ 玩具势（如实声明）
+ LAMMPS / MACE	`lammps` / `mace`	生产级引擎接入；缺失时可用性预检如实报告（`demo:availability`）
+ 远程集群（SSH）	sidecar 在远程执行	站点配置 `~/.saturday/clusters.json` + `bridge.cluster` 指定；连接失败显式上抛不回退本地（远程语义是算力选择）

Node ≥ 22（dsh 硬性要求；裸 cordis 测试可在 Node 20 运行）
Python 数据面依赖：numpy + scipy（仅升级精度时需要）
Windows 下默认使用 python 命令，可用 bridge.python 配置覆盖
pnpm

CI（数据面双档矩阵）

每次推送/PR 自动跑两档（.github/workflows/ci.yml），与上方环境矩阵一一对应：

档位	环境	验证目标
zero-deps	纯 Node（不装任何 Python 依赖）	开箱即用承诺：数据面优雅回退 `lj-js`，全量测试 + 演示冒烟 + 发布形态核验
full-fidelity	Node + Python + ASE + scipy	EMT 真物理精度档：真实弛豫/参考态/互转自检 + 摘要再生冒烟

两档跑同一份测试：套件内环境自适应（HAS_ASE/dataPlane 探测 + 显式 skip，诚实不静默）；真物理断言（晶格常数、严格形成焓、互转自检）仅在精度档执行，零依赖档如实跳过不伪造。

结构（npm workspaces）

Code

packages/
  kernel/                     # @toki0413/kernel —— 防腐层：全仓唯一接触 cordis 的文件
    src/cordis-adapter.mjs    #   SaturdayRuntime 接口 + append-only Trajectory
  core/                       # @toki0413/core —— 领域核心（零运行时依赖）
    src/material.mjs          #   Material 领域对象（谱系、视图、substitute 掺杂）
    src/potential.mjs         #   PotentialRegistry（引擎 seam + 评分路由 + 粒度门禁）
    src/structure-resolver.mjs#   结构解析 seam（原型库，含多晶型 + 7 种 fcc 金属）
    src/elements.mjs          #   元素表（Z/符号/电负性，化学式合成）
  python-bridge/              # @toki0413/python-bridge —— 通用 Python sidecar 客户端
    src/bridge.mjs            #   stdio JSON-lines，握手/超时/批量
    sidecar.py + adapters/    #   主 sidecar：按元素逐调用路由 ASE EMT / LJ 兜底
  contract-tests/             # @toki0413/contract-tests —— 契约测试套件（兼容性由测试承诺）
    src/index.mjs             #   structureResolver / potentialProvider / workflow / sampler / derivation
  bridge/                     # @toki0413/bridge —— dsh Bundle（saturday 主插件）
    src/saturday.plugin.mjs   #   cordis 插件入口 { name, apply }
    profiles/cordis.patch.yml #   挂载到 dsh profile 的示例
    docs/plugin-contract-v0.md#   Plugin Contract v0（插件契约，experimental）
plugins/                      # 插件生态（新插件必须过 contract-tests 套件）
  screening/                  #   @toki0413/plugin-screening —— 工作流：批量掺杂筛选
  mp-structure-source/        #   @toki0413/plugin-mp —— 结构源：Materials Project
  lammps/                     #   @toki0413/plugin-lammps —— 引擎：LAMMPS 批处理，粒度 job
  mace/                       #   @toki0413/plugin-mace —— 引擎：MACE ML 势，可用性预检
  ase/                        #   @toki0413/plugin-ase —— 引擎：通用 ASE 计算器，自带 sidecar
  lennard-jones/              #   @toki0413/plugin-lj —— 引擎：零依赖纯 JS LJ（优雅回退数据面，指纹 lj-js）
  replay/                     #   @toki0413/plugin-replay —— 分析：Trajectory 回放与索引重建
  neb/                        #   @toki0413/plugin-neb —— 分析：NEB 最小能量路径与势垒
  eos/                        #   @toki0413/plugin-eos —— 分析：Birch-Murnaghan 状态方程拟合
  phonon/                     #   @toki0413/plugin-phonon —— 分析：Γ 点声子（虚频与稳定性判定）
  sampler-perturb/            #   @toki0413/plugin-sampler-perturb —— 采样：参考结构微扰
  sampler-ou/                 #   @toki0413/plugin-sampler-ou —— 采样：OU 受控扩散 + 混合提案 + 锚点工具链
  sampler-flow/               #   @toki0413/plugin-sampler-flow —— 采样：仿射耦合流（可逆输运 + 换元精确似然）
  explore/                    #   @toki0413/plugin-explore —— 工作流：采样 → 回算闭环
  ergodic/                    #   @toki0413/plugin-ergodic —— 工作流：遍历对账
  free-energy/                #   @toki0413/plugin-free-energy —— 工作流：构型自由能曲线（热力学积分）
  derivation/                 #   @toki0413/plugin-derivation —— 活性上下文：失效传播与惰性重算

运行

Terminal

npm install             # workspaces：@deepseek-ai/cordis（peer）+ 全部 @toki0413/* 包软链
npm test                # 全部 workspace 测试
npm run summary         # 再生项目摘要（实跑全部包测试 + 提取契约实证表 → SUMMARY.md/.json）
node scripts/pack-check.mjs   # 发布形态核验（逐包 pack 干跑：版本一致 + files 白名单）

# 端到端演示（均无需 API Key，纯 Node 环境全部可跑：
# 无 Python 时数据面自动回退零依赖 lj-js 引擎，横幅如实呈报）
npm run demo --workspace @toki0413/bridge                    # 基础端到端
npm run demo:screening --workspace @toki0413/bridge          # 掺杂筛选（环境自适应：EMT 或 lj-js）
npm run demo:screening-ternary --workspace @toki0413/bridge  # 三元混掺筛选（多组分凸包判据）
npm run demo:concentrations --workspace @toki0413/bridge     # 多浓度/共掺扫描（非退化凸包包络）
npm run demo:freeenergy --workspace @toki0413/bridge         # 构型自由能曲线（恒温 Langevin MD + 谐波锚点）
npm run demo:cross-engine --workspace @toki0413/bridge       # 跨引擎对照（单位/指纹门禁）
npm run demo:availability --workspace @toki0413/bridge       # 引擎可用性预检
npm run demo:mixture-sampling --workspace @toki0413/bridge   # 多锚点混合采样（闭式似然重算 + 回算闭环）
npm run demo:anchor-guided --workspace @toki0413/bridge      # 锚点引导闭环（入库→检索→提案→回算→排序）
npm run demo:anchor-auto --workspace @toki0413/bridge        # 全自动锚点闭环（弛豫产物自动入库）
npm run demo:anchor-resume --workspace @toki0413/bridge      # 跨会话恢复（落盘→回填→续供，谱系不断）
npm run demo:agent --workspace @toki0413/bridge              # Agent 会话端到端（mock LLM，十个阶段）

挂载到 dsh（完整运行时）

Terminal

npm i @deepseek-ai/dsh                 # 需要 Node ≥ 22
export DSH_HOME=~/.dsh
dsh web --help                         # 首次运行自动初始化 web profile
# 1) 在 $DSH_HOME/profiles/web/package.json 的 dependencies 声明：
#    "@toki0413/bridge": "file:/path/to/Saturday/packages/bridge"
# 2) cd $DSH_HOME/profiles/web && pnpm install
# 3) 把 packages/bridge/profiles/cordis.patch.yml 的 - insert: 行写入 profile 的 cordis.patch.yml
dsh --profile web --dump-config        # 验证组合树包含 saturday 行
dsh web                                # 启动

demo:agent 展示 Agent 会话的完整编排能力：裸 cordis 进程内组装全部真实 dsh 服务 + 脚本化 mock 模型，覆盖材料加载、真实弛豫、采样联合排序、锚点持久化与恢复、血缘审计、修复验收与回填十个阶段，全部以自然语言驱动。

设计原则

契约即宪法：@toki0413/contract-tests 提供 structure-resolver / potential-provider / workflow / sampler / derivation 五条 seam 的标准断言集，新插件 npm test 即过宪法；兼容性由测试而非文档承诺
防腐层（依赖卫生）：领域代码不 import cordis，上游变更的影响面收敛到适配层一个文件； dsh 为唯一官方宿主，裸 cordis 作为开发/CI 模式
单位与能力指纹入契约：引擎注册即校验单位三元组与能力指纹；换算只能由调用方显式发起；异源/异单位能量进入比较路径前显式拒绝；实测版本可回读盖章（demo:cross-engine / demo:availability 展示全链）
热力学诚实：能量零点显式声明——严格形成焓 + 凸包判据需要显式参考态，不可得时降级并明说；自由能零点（锚点）同理
采样语义：逆解是对相容分布的采样而非求逆；似然可求值性显式声明；候选必须可回算验证，引擎是唯一 oracle
谱系即活性：导出量登记推导来源，失效沿推导图传播；落盘载荷携带可追溯声明，跨会话可撤回
摘要可再生：npm run summary 从测试输出与契约实证表机械汇编 SUMMARY.md，不手写、不人工维护

引用

Saturday 的架构范式基于以下工作：

bibtex

@misc{shi2026cordis,
  title         = {A Programming Paradigm for Spatiotemporal Composability},
  author        = {Shi, Yifan and Zhang, Wei and Cui, Tianyi},
  year          = {2026},
  eprint        = {2608.25512},
  archivePrefix = {arXiv},
  primaryClass  = {cs.PL},
  url           = {https://arxiv.org/abs/2608.25512}
}

许可

MIT