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求解器性能与鲁棒性优化任务清单

用途：记录求解器优化的现状、证据、实施顺序和验收结果，供后续开发前后对比与持续更新。 首次建立：2026-08-17 基线代码：6bb0591d320d0c448ee8d224dd44127bfe3ce00f（本地 model-development） 基线模型：tests/data/test_mql-full-branches-01-04.xml 模型 SHA-256：2fb95e65f5de0c85a6a17802aef74ea004087323fd00fd8d01acf0184ff71d48

1. 使用规则

本文档不是一次性的建议列表，而是优化工作的验收账本。

• 状态统一使用：未开始、进行中、部分实现、已完成、阻塞、不采用。
• 只有同时完成代码、自动测试、基准复测和本文档更新后，任务才可标记为“已完成”。
• 每次性能对比必须记录代码提交、工作树状态、输入哈希、解释器与依赖版本、硬件和运行参数。
• 正确性门槛先于速度收益。若结果越过误差契约，即使运行更快也不能合入默认路径。
• 容差、模型方程或输出字段发生变化时，必须单独说明；不得将其伪装成纯性能优化。
• 墙钟时间只在同一台机器、相同负载和相同环境下直接比较；跨环境以工作量计数和正确性指标为主。
• 每项优化都应保留明确的关闭开关或旧路径，直到新路径经过复杂模型和通用回归验证。

2. 当前结论与基线

2.1 关于 2.05 s 卡死

当前随附 XML 的磁盘配置是 tStop=0.81 s，因此原文件本身不会运行到 2.05 s。将停止时间仅在内存中改为 2.10 s 后，当前代码已经完整越过 2.05 s 并正常结束：

• 2.040432 s：墙钟 114.065 s
• 2.046141 s：墙钟 120.746 s，期间 CPU 时间持续增长
• 2.051691 s：墙钟 121.548 s
• 2.100000 s：完成积分并进入后处理
• 总运行完成，无重试、无非线性回退，也没有无进度死锁

因此，当前证据支持“此前的 2.05 s 卡死在现版本中没有复现”；该区间仍存在数秒级慢推进。10 s 尚未验证，不能由本次结果外推保证。

2.2 环境说明

仓库内 .venv 当前不完整，本次复测使用现有 /opt/srm-trial-review/.venv：

项目	本次值
Python	3.12.3
NumPy	2.4.6
SciPy	1.17.1
求解器	BDF
输出步长	0.01 s
执行路径	stream/cancel-check

该环境满足仓库依赖范围，但并非已经锁定的正式项目环境。当前物理解哈希与历史调研文档不同，所以逐位结果基线必须在正式锁定环境中再次确认。

2.3 当前实测基线

指标	原始 0.81 s	仅内存延长至 2.10 s
状态	完成	完成，越过 2.05 s
墙钟时间	63.779 s	126.211 s
积分时间	62.116 s	122.180 s
后处理时间	1.118 s	2.703 s
最大 RSS	165,464 KiB	198,348 KiB
输出样本数	82	213
状态数	74	74
nfev / njev / nlu	3763 / 253 / 761	6734 / 487 / 1507
接受步	1076	1857
分段启动	3	5
状态切换	0	2
重试	0	0
有限差分附加 RHS 估计	7843	15097
压力闭合次数	30,502	57,601
非线性/块/稠密回退	0 / 0 / 0	0 / 0 / 0
最大热流体外迭代	3	3
Jacobian 稀疏度	1284 nnz / 31 色	1284 nnz / 31 色

补充观察：

• 积分占总耗时约 97%，当前首要瓶颈不是后处理。
• 2.10 s 运行中，估计总 RHS 工作量约为 6734 + 15097 = 21831；有限差分扰动约占 69%。
• 压力闭合约为每次估计 RHS 2.64 次，但全部走已播种的因果路径，没有触发 least_squares。
• 全局因果执行已启用：快速执行 22,216 次，完整残差审计 351 次，审计失败 0 次，旧路径回退 0 次，审计间隔为 64。
• 当前结果哈希仅作为本次环境的诊断记录：0.81 s 为 c6354c97...，2.10 s 为 efef49f8...；它们暂不作为跨环境验收标准。

2.4 当前模型结构基线

项目	数量
XML 组件 / 编译组件	99 / 98
连接	106
连续状态	74
代数未知量 / 方程	472 / 472
原始关联矩阵非零元 / 方程块	919 / 58
effort 未知量 / flow 未知量	272 / 200
effort 等价组 / 可消去重复 effort	68 / 204
显式 flow/force 赋值	200
stream 块 / stream 未知量	9 / 192
结果变量	1,021

3. 总体验收协议

每个优化 PR 至少执行以下分层验证；高风险改动不得只用单点输出或单个哈希判断正确性。

3.1 快速结构检查（CI）

• 模型输入 SHA-256 与固定 fixture 一致。
• 组件、连接、状态、代数方程和 stream 结构数量符合预期。
• Jacobian 结构至少覆盖已知跨域依赖，并通过稠密数值扰动抽查。
• 因果计划覆盖率、回退原因和审计失败数可观测。

3.2 数值检查点

至少覆盖以下区间和模式边界：

• 0.68–0.71 s：历史慢区。
• 0.79–0.81 s：原始模型终点及信号事件附近。
• 2.00–2.10 s：此前报告卡死区间和状态切换。
• 10 s：长时间模式变化验证，完成 OPT-09 后启用。

每个检查点比较：连续状态、关键压力/流量/位移/速度、事件时刻与顺序、模式状态、有限性、最大缩放残差及守恒量。

3.3 性能记录

每次正式对比至少预热 1 次、测量 3 次并报告中位数，同时保存：

• 总时间、积分时间、后处理时间、CPU 利用率、峰值 RSS。
• nfev、njev、nlu、接受/拒绝步、分段和重试次数。
• SciPy 模式的有限差分 RHS 估计；callable 模式的真实扰动、基准和 Jv 审计 RHS 计数；Jacobian 颜色数与构建时间。
• 代数闭合次数、快速因果次数、完整审计次数和各类回退次数。
• stream/热流体迭代次数、物性缓存命中率、事件候选与定位次数。
• 输出标量数、编码字节数、传输字节数和后处理峰值内存。

4. 优化任务总览

优先级定义：P0 为基线或正确性前置，P1 为主要性能收益，P2 为第二阶段，P3 为战略性或条件性工作。

ID	优先级	任务	当前状态	难度	预期价值	主要依赖
OPT-00	P0	固化复现、环境和回归基线	进行中	中	很高	无
OPT-01	P1	完成因果代数内核与坐标消元	部分实现	中高	中高	OPT-00
OPT-02	P1	建立扁平数值 IR 和数组执行内核	未开始	很高	很高	OPT-01
OPT-03	P1	稀疏 Jacobian 数值层与解析/半解析演进	部分实现	很高	很高	OPT-00；解析链可与 OPT-02 分阶段
OPT-04	P1	stream 拓扑传播与物性成组复用	部分实现	中高	中高	OPT-00
OPT-05	P1	状态缩放、分量容差和步长策略	未开始	中高	中高	OPT-00
OPT-06	P2	事件检测与 dense output 按需化	部分实现	中	中	OPT-00
OPT-07	P2	输出、后处理和传输内存优化	未开始	中	中高（长仿真）	OPT-00
OPT-08	P2	进度、取消和服务并发鲁棒性	部分实现	中	中	OPT-00
OPT-09	P0/P2	建立 10 s 长时验证与模式覆盖	未开始	中高	很高	OPT-00
OPT-10	P3	明确高指数 DAE/强非光滑系统边界	未开始	很高	条件性	OPT-09

推荐实施顺序：OPT-00 → OPT-03/OPT-01 → OPT-04/OPT-05 → OPT-02 → OPT-06/OPT-07/OPT-08 → OPT-09。其中 OPT-02 与 OPT-03 可先做最小原型，再根据端到端数据调整顺序。

5. 详细任务

OPT-00 固化复现、环境和回归基线

目标：先让“是否更快、是否仍正确、是否又卡住”可以稳定复现和自动判断。

当前状态：已有手工 0.81 s 和 2.10 s 复测及若干结构回归；复杂 XML、正式运行环境、分层性能门槛尚未完整固化。

工作项：

• 将复杂 XML 作为正式测试 fixture 纳入版本控制，并在测试中校验哈希。
• 修复或重建项目 .venv，锁定 Python、NumPy、SciPy 及平台信息。
• 将临时探针整理为仓库内可重复运行的 benchmark，不依赖 /tmp 文件。
• 添加 0.81 s 和仅改 tStop=2.10 s 的标准运行入口。
• 添加模型结构快照断言；结构有意变化时显式更新原因。
• 定义 physical-state-v2：仅包含物理状态、关键代数量、事件与模式，不包含展示字段和易变诊断字段。
• 将完整 API 输出哈希与物理解哈希分开，分别用于输出契约和数值回归。
• 建立短 CI、夜间 0.81/2.10 s、定期 10 s 三层任务。
• 保存机器可读的 JSON 基准结果，避免只在文档中抄写数字。

验收条件：

• 干净环境一条命令可复现；失败时能区分超时、无进度、数值失败和服务失败。
• 正式环境连续 3 次完成 2.10 s，结果满足数值契约且无非预期回退。
• 性能报告完整记录环境、提交、工作树、输入哈希和统计口径。

前后对比：

指标	当前	完成后
正式锁定环境	无	待填
复杂模型自动回归	部分	待填
物理解哈希	环境相关 v1	待填
2.10 s 连续成功率	单次证据	待填

OPT-01 完成因果代数内核与坐标消元

目标：在已存在的因果快速路径上，真正移除运行时冗余坐标和对象访问，而不是再次实现一套同类快速路径。

当前状态：主要思路已经实现。全局和 secondary stream 块可以执行显式因果计划，完整残差按 64 次间隔审计；2.10 s 中快速执行 22,216 次、审计 351 次、失败和旧路径回退均为 0。仍保留 472 个运行时未知量，204 个重复 effort 坐标尚未在执行层消除，且存在清零、复制、缩放、getattr/setattr 和完整对象遍历成本。

一次已预热的 A/B 微基准显示，整个 RHS 的因果快速模式中位数约 200.8 ms/100 次，强制完整检查约 297.4 ms/100 次，即现有路径已经取得约 1.48× 的整 RHS 收益。单纯继续增大审计间隔预计收益有限。

工作项：

• 将 68 个 effort 等价组压缩为独立运行时坐标，消除 204 个重复 effort 槽。
• 将 200 条显式 flow/force 规则预编译为稳定顺序和整数槽索引。
• 用预分配连续数组代替热路径对象读写、临时字典和重复缩放。
• 仅清理会被当前计划写入的槽，避免每次全量清零和复制。
• 保留初始化、事件后、接受步或固定间隔的完整残差审计。
• 自定义组件、声明缺失、审计失败或奇异结构必须自动回退旧求解器。
• 输出编译统计：消元数、显式规则覆盖率、审计率、失败原因和回退次数。

验收条件：

• 复杂模型因果覆盖率大于 98%，完整 0.81/2.10 s 运行审计失败为 0。
• 新旧路径的状态、事件、关键代数量和残差均满足统一数值契约。
• 自定义组件、接触模型和非因果结构的回退测试全部通过。
• 在完整模型上证明端到端收益；不得只提交代数微基准。

风险与回滚：别名写回、事件后模式改变和不完整依赖声明可能造成静默错误。新路径必须可通过配置关闭，并在审计失败时记录首个违规方程与变量。

指标	当前	完成后
运行时代数槽	472	待填
重复 effort 槽	204	待填
已预热 Python 调用/单 RHS	约 15,774	待填
因果审计失败	0	待填
0.81/2.10 s 墙钟中位数	63.779 / 126.211 s（单次环境值）	待填

OPT-02 建立扁平数值 IR 和数组执行内核

目标：把组件对象、字典查找和端口读写转换成稳定的数值执行计划，为 NumPy、Numba 或原生后端提供共同基础。

当前状态：构建阶段已有一定预绑定，但 RHS 仍以 Python 对象和方法调用为主。已预热、启用物性缓存时，采样剖析约有 15,774 次 Python 调用/RHS；不同缓存上下文会明显改变该数字，所以后续必须统一测量口径。

工作项：

• 定义最小数值 IR：连续槽、常量、参数、状态、代数量、模式位和操作码。
• 将组件方程、因果规则、stream 传播和结果提取分成明确执行阶段。
• 先实现可逐项对照的纯 Python/NumPy 参考后端。
• 添加 IR 与当前对象执行器逐操作/逐阶段差分测试。
• 评估 Numba 与 C/C++ 后端；在 IR 稳定前不绑定单一编译技术。
• 对动态自定义组件保留对象适配层和明确的性能降级提示。
• 缓存编译结果，并以模型结构、组件版本和数值后端作为缓存键。

验收条件：

• 全部现有组件族通过新旧执行器差分测试。
• 事件切换后能正确重编译或选择预编译模式计划。
• 明显降低 Python 调用数、对象分配和 RHS 中位时间，并改善完整仿真墙钟。
• 不以牺牲异常信息、取消检查或回退能力换取速度。

指标	当前	原型后	完成后
Python 调用/单 RHS	约 15,774	待填	待填
临时分配字节/单 RHS	待测	待填	待填
RHS 中位时间	约 2 ms（现有微基准口径）	待填	待填
2.10 s 积分时间	122.180 s	待填	待填

OPT-03 稀疏 Jacobian 数值层与解析/半解析演进

目标：先建立可审计、可回滚的 callable sparse Jacobian 数值层，再逐步把组件、因果代数计划、stream 和物性的局部导数传播进来。完整稀疏有限差分、受审计 secant 和真正的解析/半解析 Jacobian 是三个不同阶段，必须分别记录和验收。

当前状态：数值层基础与实验候选已经实现；首批“证明门控”的三活塞 6 列半解析切片已经接入，但通用组件、stream SCC 和其余状态列仍未覆盖，因此 OPT-03 总体继续标记为“部分实现”。默认执行路径继续使用 SciPy jac_sparsity，半解析路径只允许通过 SIMULATION_ODE_JACOBIAN_MODE=semi-analytic 显式启用。

现有实现包括：

• direct 和 stepwise BDF/Radau 均可接收 callable jac；信号断点、状态事件和可恢复重启会清空 Jacobian 数值状态并重新构建，显式积分器完全忽略该对象。
• 新增独立的 sparse numerical Jacobian 内核，隔离并检查 SciPy 私有 num_jac/group_columns 接口。
• 每个 solver segment 记录完整构建、有限差分扰动、基准 RHS、Jv 审计、secant 复用/失败和装配时间；SciPy 模式的估计值不再伪装成 callable 模式的真实计数。
• 4 条无离散端挡模式歧义的机械运动学行直接装配为 d(x')/d(v)=1；带端挡的行继续数值差分。
• callable 内核新增 exact_columns=(indices, provider)：已提供精确导数的列从分组有限差分中移除，其余列仍按原始保守结构做 subset FD；原始色数、剩余色数、单次真实 FD、精确列构建及回退次数/原因都进入分段诊断。
• 精确列提供器用类型化 ExactColumnsUnavailable 表达当前点不可用；同一次构建会恢复原始 seed 0 的完整数值 Jacobian，避免把未知导数静默当成 0。模型编译证明失败、SciPy 私有接口不兼容或配置关闭时则直接保留原生 SciPy 路径。
• 首批目标是三条同构活塞支路的 6 个机械状态列 (20, 21, 38, 39, 54, 55)。编译器只有在组件类型、连接拓扑、因果赋值计划、机械等价组和 stream 影响范围都满足证明条件时才启用；该 XML 中共覆盖 34 条 reachable assignments，FD 颜色由 31 降至 25，另由提供器装配 6 列。
• 已增加 Ideal/PR 介质 m/U/V 物性线性化，以及 PNRP、PNCH012、PNL0001、LSTP、MECMAS 的局部切向原语；每个原语都返回 valid/reason，以便在非光滑接触、临界流动或不支持的模式上拒绝解析近似。
• Jacobian 内部每次 RHS 都执行取消检查；不安全的共享模型基准缓存已经撤销。随后实现的一次性 generation/dirty token 安全版本在正式 0.81 s 中 253 次 Jacobian 请求命中 0 次：BDF 首次构建前会做初始步长试算，后续构建前也会留下 Newton 试探状态，模型并不位于请求的基准点。该版本没有节省 RHS，最终也已删除。
• SIMULATION_ODE_JACOBIAN_MODE=scipy 是默认和回滚路径；小型全稠密结构或 SciPy 私有接口不兼容时也回到该路径。

显式 SIMULATION_ODE_JACOBIAN_MODE=optimized 仍构造完整稀疏有限差分 Jacobian，不使用 secant。最终实现严格固定 SciPy seed 0，并从原始 1284 nnz 保守结构生成 31 色扰动批次；移除精确行不会重新着色。曾试验的 seed 54 为 30 色，结构虽未删边，却改变了事件敏感模型的运行轨迹，因此多 seed 自动择优已经从代码中删除。

历史 30 色候选有性能收益，但没有通过事件/状态等价验收：

• 最终安全版本的 0.81 s 单次相邻 A/B 中，optimized 积分 55.034 s、总墙钟 56.957 s，SciPy 基线积分 59.924 s、总墙钟 61.953 s，分别约改善 8.2% / 8.1%。
• 0.81 s 中 callable 实际 Jacobian RHS（扰动加基准）为 7,103，SciPy 估计为 8,096，约减少 12.3%；nfev/njev/nlu 为 3467/228/670，基线为 3763/253/761。
• 两条 0.81 s 轨迹具有相同结果键、采样时刻、0 次状态切换和约 1e-16 的最大代数残差，但最终 74 维状态的最大差异为 51.59 × (atol + rtol·|y|)，最差状态相对差约 5.2e-5，超过当前拟定的严格等价门槛。
• 2.10 s optimized 仍成功越过 2.05 s，积分 115.928 s，而 SciPy 基线为 122.180 s；但 optimized 出现 4 次状态切换、7 次 solver 启动和 215 个样本，基线为 2 / 5 / 213。因此该候选的事件等价验收失败，不能设为默认。
• 短变体隔离显示：seed 0 callable（有或没有 4 条精确行）在 0.01 s 的最终 74 维状态与 SciPy 逐项一致；轨迹分叉来自 30 色 seed 54，而不是精确运动学行。这提示事件敏感模型需要更多运行中 Jacobian 漏边/弱依赖审计，不能只依赖初始点结构测试。

最终 seed 0 安全候选的正式 0.81 s 探针与 SciPy 基线具有相同的物理解哈希 c6354c97...、3763/253/761 的 nfev/njev/nlu、1076 个接受步、3 次 solver 启动、0 次状态切换和 30,502 次压力闭合。实际 Jacobian 内部 RHS 为 7,872 + 253 = 8,125；安全 token 缓存命中为 0。积分时间 60.972 s、探针总墙钟 62.945 s，相邻 SciPy 基线为 59.924/61.953 s，没有净收益并略有退化。因此安全缓存已删除，seed 0 callable 只保留为后续解析行接入与诊断基础，不进入默认路径；无需为一个已经失败收益门槛的候选继续做 2.10 s 性能复测。

SIMULATION_ODE_JACOBIAN_MODE=hybrid 另提供实验性的数值 secant 原型：最多连续复用一次，复用前执行确定性方向 Jv 审计，失败或审计无信息量会在同一次调用中完整刷新。目标模型的早期探针中候选审计普遍失败；用 seed 0 的旧完整 Jacobian 做 0.01 s 探针时，39 次复用审计全部失败，额外产生 39 次 Jv RHS，实际复用仍为 0。因此它目前既不是解析 Jacobian，也没有可声明的端到端收益。

已完成的数值层工作：

• direct/stepwise BDF、Radau callable jac 接线；显式方法隔离。
• breakpoint、事件、可恢复重启后的强制重建与分段计数。
• 完整稀疏有限差分内核、严格 seed 0 着色、4 条安全精确行。
• exact-columns subset FD、类型化同次完整回退和原始/剩余色数及回退诊断。
• 真实 RHS/装配计数，以及 SciPy 估计口径分离。
• Jacobian 内部有界取消检查；撤销不安全缓存及命中为 0 的安全 token 缓存。
• 稠密结构、兼容问题和配置关闭时保留 SciPy 路径。
• 最多一次复用、Jv 审计、无信息审计拒绝和失败完整刷新测试。
• 复杂 XML 0.81/2.10 s 单次性能与事件探针。
• 同一代码版本完成 3 组相邻 0.81 s A/B，报告中位数与范围。
• 为事件敏感模型定义并通过状态、事件时刻/顺序和模式等价契约。
• 在正式锁定环境完成独立预热后的 3 次 A/B，复核中位数与离散度。

解析/半解析后续工作：

• 为首批 Ideal/PR、PNRP、PNCH012、PNL0001、LSTP、MECMAS 路径定义带有效性诊断的局部切向契约。
• 对目标三活塞 6 列沿 34 条可证明因果赋值传播导数，并从 FD 分组中排除这些列。
• 将局部导数/JVP 契约扩展到其余基础与自定义组件。
• 将因果传播推广到目标切片以外的状态列和代数计划。
• 对 stream SCC 推导显式或隐式小块导数。
• 对物性函数提供解析导数、可靠自动微分或受控局部差分接口。
• 在接触、饱和、开关和临界模式附近使用分段导数与局部回退。
• 对自定义组件缺失的导数声明生成明确诊断，不得静默置零。
• 在 0.68–0.71、0.79–0.81、事件两侧和 2.00–2.10 s 检查点执行稠密数值漏边审计与随机方向 JVP。

验收条件：

• 历史 external-volume 跨域结构护栏与初始点稠密数值漏边测试继续通过。
• callable 接线、分段重置、取消、显式方法隔离、secant 上限和审计失败回退有自动测试。
• 0.81/2.10 s 的连续状态、事件时刻/顺序、模式和残差满足统一契约；当前 30 色候选未通过。
• 默认候选在锁定环境的 3 次中位墙钟有净收益，小模型无显著退化。
• 首批目标切向原语和 6 列通过逐列中心差分、模式分支与局部回退验证。
• 通用组件级解析/半解析导数通过随机方向 JVP、逐列抽查和局部回退验证。

风险与回滚：历史 external-volume 漏边说明“颜色更少”本身不是正确性证据。不同合法颜色组合也可能暴露保守结构中未声明的弱依赖，并改变非光滑接触附近的事件序列。默认保持 scipy；optimized/hybrid 仅显式实验。非光滑点的解析或 secant 近似未必可靠，事件分段重置、审计和旧路径必须长期保留。

历史实验指标	SciPy 基线	已撤销的 30 色候选	验收
保守结构 / 实际 FD 颜色	1284 nnz / 31	1284 nnz / 30（seed 54）	结构不删边
精确装配行	0	4 条运动学行	短变体证明不改变轨迹
0.81 s Jacobian RHS（含基准）	估计 8,096	实际 7,103	-12.3%
0.81 s nfev/njev/nlu	3763 / 253 / 761	3467 / 228 / 670	工作量下降
0.81 s 积分 / 总墙钟	59.924 / 61.953 s	55.034 / 56.957 s	单次约 -8.2% / -8.1%
0.81 s 最大最终状态误差尺度	参考	51.59	未通过
2.10 s Jacobian RHS（含基准）	估计 15,584	实际 14,556	-6.6%
2.10 s nfev/njev/nlu	6734 / 487 / 1507	6606 / 468 / 1469	工作量小幅下降
2.10 s 积分时间	122.180 s	115.928 s	单次约 -5.1%
2.10 s 状态切换 / solver 启动 / 样本	2 / 5 / 213	4 / 7 / 215	未通过

最终安全候选指标（0.81 s）	SciPy 基线	seed 0 callable	验收
保守结构 / FD 颜色	1284 nnz / 31	1284 nnz / 31（seed 0）	相同扰动批次
nfev/njev/nlu	3763 / 253 / 761	3763 / 253 / 761	相同
接受步 / solver 启动 / 状态切换	1076 / 3 / 0	1076 / 3 / 0	相同
压力闭合	30,502	30,502	相同
物理解哈希	c6354c97...	c6354c97...	通过
安全基准 RHS 缓存命中	不适用	0 / 253	无收益，代码已删除
积分 / 探针总墙钟	59.924 / 61.953 s	60.972 / 62.945 s	略有退化，未通过收益门槛

2026-08-17 / 工作树基于 6bb0591d

• 状态：未开始 → 部分实现（数值接入层完成；30 色候选未通过事件等价，seed 0 候选未通过收益门槛；解析/半解析传播未开始）
• 代码备份：backup/jacobian-before-20260817-6bb0591，精确指向 6bb0591d320d0c448ee8d224dd44127bfe3ce00f。该分支只备份 tracked 代码基线，不包含当时未跟踪的本文档。
• 运行环境：Python 3.12.3、NumPy 2.4.6、SciPy 1.17.1；输入 SHA-256 2fb95e65...；2.10 s 仅内存覆盖停止时间，磁盘 XML 未修改。
• 正确性结果：Jacobian 内核、core solver、Generic sparsity 和 Generic XML 共 57 项通过；压力因果、stream 块、机械接触、PNRP17、代数稀疏与方程块另 52 项通过，external-volume 漏边护栏继续通过。热流体闭合计划 13 项中 12 项通过，剩余 1 项因用户已将 fixture 移至 tests/data/fixtures/、旧测试仍读取 tests/fixtures/ 而报既有 FileNotFoundError，与本次改动无关。30 色候选在 2.10 s 的事件数由 2 变为 4；最终 seed 0 候选在 0.81 s 恢复相同物理解哈希与求解统计。
• 性能结果：见上表。数字均为同机相邻单次结果，不是 3 次中位数；最终 seed 0 候选没有减少求解工作并略慢。
• 卡死结果：历史 30 色探针在 2.040187 s @ 106.499 s、2.051323 s @ 113.996 s、2.065299 s @ 115.472 s 持续推进并完成到 2.10 s；默认 SciPy 的正式探针同样越过 2.05 s 并完成，无重试、无死锁。
• 安全收口：默认保持 SciPy；移除多 seed 自动择优、不安全共享缓存和零命中的安全 token 缓存；Jacobian 内部保留取消检查；无信息 Jv 审计强制刷新；显式 solver 不观察或重置 Jacobian。
• 决策：保留严格 seed 0 的 callable/诊断/精确行基础和显式实验开关；30 色、基准缓存与 secant 均不进入默认路径。下一阶段优先建立多检查点弱依赖审计和组件级局部导数，不再以颜色数或数值缓存单独作为优化成功标准。
• 证据文件：app/simulation/solvers/jacobian.py、app/simulation/solvers/solver.py、app/simulation/systems/generic.py、tests/test_sparse_secant_jacobian.py、tests/test_core_solver.py、tests/test_generic_jacobian_sparsity.py、tests/test_generic_system_xml_simulation.py

2026-08-17 / 首批三活塞半解析 6 列切片

• 状态：部分实现 → 部分实现（首批目标切片完成并通过局部导数验证；OPT-03 的通用解析/半解析覆盖尚未完成）。
• 实现范围：新增 exact-columns subset FD 接口、类型化同次完整数值回退和分段诊断；为三条目标活塞支路编译状态列 (20, 21, 38, 39, 54, 55)，沿 34 条可达因果赋值传播切向量，使剩余 FD 颜色从 31 降到 25。
• 局部导数：实现 Ideal/PR 介质 m/U/V 物性线性化，以及 PNRP、PNCH012、PNL0001、LSTP、MECMAS 的几何、压力、质量/能量、流量/力和接触模式切向原语；原语显式报告 valid/reason。
• 证明与回退：组件类型、连接拓扑、因果计划、机械组和静态 stream 影响范围必须全部满足编译证明。causal/stream/custom/兼容性证明不成立时不安装 callable，继续使用原生 SciPy；运行点进入非光滑接触边界、临界流动、陈旧 primal 或其他不支持模式时抛出类型化 ExactColumnsUnavailable，同一次构建恢复原始 seed 0 完整数值 Jacobian。任何不可证明项都不会静默填 0。
• 配置边界：默认仍为 SIMULATION_ODE_JACOBIAN_MODE=scipy；首批路径仅通过 semi-analytic 显式 opt-in，不替换生产默认值。
• 自动测试：focused 套件 86 项、adjacent 套件 164 项，共 250 项通过。热流体 closure 计划另为 12/13 项通过；唯一失败仍是旧测试读取 tests/fixtures/、而 fixture 已被用户移至 tests/data/fixtures/ 导致的既有 FileNotFoundError，与本轮 Jacobian 改动无关。
• 局部正确性：在平滑检查点，SciPy 分组有限差分漏掉 J[19,20] ≈ -3201.486；半解析列相对独立中心差分的最大相对误差为 1.897e-8。inactive/active 接触分支、过期 primal、非因果计划和不支持拓扑均覆盖了成功或回退路径。
• 轨迹正确性：默认容差下，两条 0.81 s 轨迹最差点为 t=0.65 s 的能量状态 state[33]，原始相对差 8.24e-5，缩放误差 82.36；事件数和顺序一致，但尚未满足拟定的严格逐点轨迹门槛。提高精度后互差收敛：rtol=1e-7 时最大绝对/相对差为 0.081965 / 1.592e-6，rtol=1e-8 时为 0.0175357 / 3.09062e-7，分别缩小约 4.67× / 5.15×，且两组事件均一致。这支持“求解路径差异随容差收敛”，但不足以把候选升为默认。
• 性能口径：0.81 s 已在同机、同一工作树连续完成 3 组相邻 A/B；表中时间为中位数，括号给出 3 次范围。测试使用现有 /opt/srm-trial-review/.venv，没有独立预热且依赖版本未由项目锁文件固定，因此仍需在正式锁定环境复核，不能单独作为切换默认值的依据。2.10 s 为最终 one-shot primal 捕获版本的单次复跑；此前数学路径相同的预备运行墙钟为 111.068 s，本次为 116.512 s，长程时间仍需重复测量。

最终 0.81 s 三次指标	SciPy 基线	semi-analytic 候选	变化/说明
FD 颜色 / 精确状态列	31 / 0	25 / 6	目标列为 20、21、38、39、54、55
nfev/njev/nlu	3763 / 253 / 761	3650 / 228 / 711	求解工作下降
接受步 / solver 启动 / 状态事件 / 样本	1076 / 3 / 0 / 82	1056 / 3 / 0 / 82	事件和输出网格一致
Jacobian RHS	8,096（估计）	5,985（实计）	-26.1%
精确列构建 / 类型化回退	不适用	224 / 4	4 次恢复完整数值构建
压力闭合	30,502	25,672	-15.8%
积分时间中位数（范围）	59.725 s（59.568–60.188）	55.631 s（55.432–56.307）	中位数 -6.85%
总墙钟中位数（范围）	61.203 s（61.070–61.704）	56.708 s（56.508–57.410）	中位数 -7.34%；逐组改善 6.96%–7.47%

延长至 2.10 s 单次指标	SciPy 基线	semi-analytic 候选	变化/说明
状态	完成，越过 2.05 s	完成，越过 2.05 s	最终版本越过 2.05 s 的墙钟为 111.660 s
nfev/njev/nlu	6734 / 487 / 1507	6246 / 445 / 1328	求解工作下降
接受步	1857	1753	-104
solver 启动 / 状态切换 / 样本	5 / 2 / 213	5 / 2 / 213	事件计数和输出网格一致
Jacobian RHS	15,584（估计）	11,771（实计）	-24.5%
类型化回退	不适用	26	非平滑/不支持点恢复完整数值构建
压力闭合	57,601	48,248	-16.2%
积分时间	122.180 s	112.825 s	单次 -7.7%
总墙钟	126.211 s	116.512 s	单次 -7.7%

• 卡死复核：最终 semi-analytic 候选在墙钟 111.660 s 越过模拟时刻 2.05 s，随后于 116.512 s 完成到 2.10 s；与 SciPy 基线一样未出现无进度死锁。
• 未覆盖范围：通用 stream SCC 导数、目标三支路以外的组件/状态列、自定义组件导数契约、正式锁定环境的独立预热复测，以及 10 s 长时模式覆盖。
• 决策：保留首批半解析切片和自动回退作为显式实验路径；OPT-03 继续为“部分实现”，默认继续使用 SciPy。完成上述通用覆盖、严格轨迹契约和重复基准前，不切换默认值。
• 代码备份：仍使用进入 Jacobian 优化前建立的 backup/jacobian-before-20260817-6bb0591，精确指向 6bb0591d320d0c448ee8d224dd44127bfe3ce00f。
• 证据文件：app/simulation/solvers/jacobian.py、app/simulation/solvers/tangent.py、app/simulation/solvers/solver.py、app/simulation/systems/generic.py、app/simulation/core/medium.py、app/simulation/components/amesim/media/mediums.py、app/simulation/components/amesim/mechanical/pistons.py、app/simulation/components/amesim/storage/chambers.py、app/simulation/components/amesim/flow/pipes.py、app/simulation/components/amesim/mechanical/translational.py、tests/test_sparse_secant_jacobian.py、tests/test_analytic_tangent_primitives.py、tests/test_three_piston_tangent.py

OPT-04 stream 拓扑传播与物性成组复用

目标：让无环 stream 网络一次传播，只对真正的强连通块迭代；同一状态反算的物性量成组计算和复用。

当前状态：stream 求解器已预绑定组件、端口和连接，物性层也有单次运行精确缓存；但每次求解仍构造临时字典/列表、重复调用连接焓计算，尚未编译 SCC/DAG。热流体外层固定点最多 25 次，本模型实测最多 3 次。

工作项：

• 构建 stream 图的 SCC，并将缩点图编译为拓扑顺序。
• 对单节点和无环段使用一次传播，仅在循环 SCC 内迭代。
• 使用预分配数组和原地误差统计，避免每轮临时字典/列表。
• 缓存同一求解阶段的连接焓结果，避免返回前重复计算。
• 将 p/T/rho/h/s 等同源物性组织为状态包，按精确输入键成组复用。
• 增加缓存命中、SCC 迭代、失效原因和物性调用次数指标。
• 评估脏标记传播，但必须证明事件和反向流切换时不会复用陈旧值。

验收条件：

• 无环、单环、多环、反向流和事件后拓扑测试全部通过。
• 复杂模型的最大 stream/热流体迭代不增加，残差不恶化。
• 量化减少物性调用、临时分配、压力闭合或 RHS 时间。

指标	当前	完成后
stream 块 / 未知量	9 / 192	待填
最大热流体迭代	3	待填
2.10 s 压力闭合	57,601	待填
物性调用 / 缓存命中率	待测	待填

OPT-05 状态缩放、分量容差和步长策略

目标：减少量纲差异造成的不必要小步和 Jacobian 重建，同时维持事件与守恒精度。

当前状态：模型中不同物理量的量级差异大。历史试验显示机械绝对容差放宽可能带来约 16% 收益，但属于精度策略变化；热流体固定点容差的简单放宽曾使表现变差，不能直接采用。

工作项：

• 按状态物理量、标称值和工程容差建立分量 atol/缩放规则。
• 为未提供标称值的组件定义安全默认值并输出诊断。
• 分开积分误差、代数残差、stream 固定点和事件定位容差。
• 统计限制步长的状态分量、误差拒步和 Jacobian 重建原因。
• 对事件前后、接触临界区和稳态区分别评估步长上限策略。
• 建立严格/标准/快速配置，但默认配置必须有明确精度契约。

验收条件：

• 每个配置都有状态、事件、残差和守恒误差界限。
• 标准配置在复杂模型上减少拒步或分解工作，不引入模式遗漏。
• 所有收益报告同时给出误差变化，禁止只报告墙钟。

OPT-06 事件检测与 dense output 按需化

目标：避免在绝大多数没有事件候选、也不跨输出采样点的接受步上创建 dense output。

当前状态：已有事件候选筛选和部分非事件优化，但只要存在状态转换处理器，接受步仍可能构造 dense output。2.10 s 有 1857 个接受步而只有 2 次状态切换，存在减少插值构造的空间。

工作项：

• 在构造 dense output 前执行低成本端点符号/模式候选检查。
• 仅在跨输出采样点或存在事件候选时创建插值器。
• 将输出插值与事件定位的生命周期和精度需求分离。
• 统计候选数、误报数、定位次数、dense output 构造数和耗时。

验收条件：

• 同时事件、擦边事件、抖动防护和多模式顺序测试通过。
• 事件时刻误差不超契约，事件顺序和最终模式不变。
• 完整模型 dense output 构造数与耗时明显下降。

OPT-07 输出、后处理和传输内存优化

目标：在长仿真中控制结果生成、JSON 编码、前端复制和峰值内存。

当前状态：当前模型有 1,021 个结果变量；10 s / 0.01 s 约产生 1,022,021 个标量。现路径会对每个样本重新闭合、追加全部结果，并把完整结果作为一个 NDJSON 消息发送。它不是本次 2.05 s 慢推进的主因，但会成为长时间运行的显著成本。

工作项：

• 支持结果变量白名单、分组和按需派生量。
• 将积分内部采样、结果存储采样和显示采样分离。
• 对显示路径提供服务端降采样，同时保留可选完整数据模式。
• 分块编码和传输结果，或返回 resultId 后分页/流式获取。
• 评估前端 TypedArray/列式数据，减少嵌套对象和重复复制。
• 避免后处理中对每个样本重复执行不必要的完整闭合。
• 记录原始标量数、编码/传输字节数、后处理时间和峰值 RSS。

验收条件：

• 完整输出模式保持现有 API 契约，或通过显式版本升级迁移。
• 精简模式的变量选择和降采样行为可预测、可测试。
• 10 s 基准中后处理时间、传输字节和峰值 RSS 有量化改善。

OPT-08 进度、取消和服务并发鲁棒性

目标：区分“内部慢步”和“真正无进度”，并让长任务可取消、可限流、不会拖垮服务进程。

当前状态：已有 stream 进度和取消检查；前端无进度阈值约 60 s。本次 2.05 s 附近可见最大间隔约 7.5 s，且中间有接受步与 CPU 活动，因此没有触发真实无进度条件。

工作项：

• 分别上报模拟时间、接受步、内部 RHS/闭合活动和墙钟心跳。
• 将“运行中但步很慢”与“求解器无活动”使用不同状态和超时策略。
• 在代数闭合、stream 迭代、Jacobian 构建和后处理内加入有界取消检查。
• 限制并发仿真 worker、队列长度和单任务 CPU/内存预算。
• 超时报告最后活动阶段、模拟时刻、步长和关键计数，而非只返回通用错误。
• 添加故意慢 RHS、死循环防护、客户端断连和多任务竞争测试。

验收条件：

• 正常慢步不会被误判为死锁，真实无活动能在约定时间内终止并给出诊断。
• 取消请求在每个主要阶段都能在有界时间内生效。
• 并发压力下服务仍能响应健康检查和新请求拒绝/排队逻辑。

OPT-09 建立 10 s 长时验证与模式覆盖

目标：用实测替代“0.81 s 或 2.10 s 可以外推到 10 s”的假设。

当前状态：2.10 s 已成功；10 s 尚未运行和建立资源预算。模型可能在后续出现新的事件、模式、接触切换或数值尺度问题。

工作项：

• 在正式锁定环境运行未优化基线 10 s，设置心跳、资源上限和可恢复日志。
• 保存事件、模式、步长、拒步、Jacobian、闭合和内存随模拟时间的时间线。
• 为长跑设置阶段性检查点，支持定位首次偏差而非只比较终点。
• 将每项 P1 优化分别加入 10 s A/B，不把多个改动混成一个结果。
• 根据首次基线制定合理的 CI 频率和资源门槛。

验收条件：

• 连续 3 次完成 10 s，没有无解释回退、NaN/Inf 或资源失控。
• 全程模式、事件、关键状态和守恒量满足契约。
• 可从日志快速判断任何慢区属于积分、Jacobian、闭合、事件还是输出。

OPT-10 明确高指数 DAE 和强非光滑系统边界

目标：明确当前通用求解能力的工程边界，并决定是否值得引入真正的 DAE/互补问题求解器。

当前状态：当前架构更适合结构明确、可唯一闭合、状态较连续的规则 index-1 类系统。超硬非光滑接触、临界抖动、近奇异代数系统、更高指数 DAE 和依赖声明不完整的自定义组件仍是薄弱点。

工作项：

• 建立小型基准族：刚性接触、反复开闭、近奇异闭合、尺度跨越、自定义漏依赖和 index-2/3 示例。
• 对每类系统定义“支持”“降级支持”“明确拒绝”，并给出诊断。
• 评估质量矩阵 DAE、指数约简、互补/半光滑方法与现有架构的成本。
• 只有真实模型需求和基准证明必要时，才启动通用 DAE 后端项目。

验收条件：

• 文档与运行时错误能明确说明能力边界，不出现静默错误。
• 若启动新后端，有独立设计、基准和迁移计划，不与普通 RHS 性能优化混合。

6. 统一回归矩阵

场景	结构	数值状态	事件/模式	回退	性能	长时内存
小型线性组件	必测	必测	不适用	必测	冒烟	不适用
非线性压力/流量	必测	必测	可选	必测	必测	可选
stream 无环/成环/反向流	必测	必测	必测	必测	必测	可选
接触与模式切换	必测	必测	必测	必测	必测	可选
自定义组件与漏依赖	必测	必测	可选	必测	可选	不适用
本文复杂 XML 0.81 s	必测	必测	必测	必测	必测	必测
本文复杂 XML 2.10 s	必测	必测	必测	必测	必测	必测
本文复杂 XML 10 s	必测	必测	必测	必测	必测	必测

当前相关回归套件包括：

• tests/test_sparse_secant_jacobian.py
• tests/test_generic_jacobian_sparsity.py
• tests/test_pressure_flow_causal_execution.py
• tests/test_stream_pressure_block_solver.py
• tests/test_core_solver.py

这些测试目前覆盖部分关键机制，但不能替代复杂 XML 的端到端数值和长时回归。

7. 单项更新模板

完成一个原型或 PR 后，在对应任务下追加以下记录：

#### YYYY-MM-DD / <commit-or-branch>

- 状态：未开始 → 进行中 / 部分实现 → 已完成
- 实现范围：
- 未覆盖范围：
- 运行环境：
- 输入与配置：
- 正确性结果：
- 性能结果（中位数与离散度）：
- 回退/审计结果：
- 风险或已知退化：
- 决策：合入默认路径 / 继续实验 / 回滚 / 不采用
- 证据文件或 CI 链接：

8. 总体更新记录

日期	代码/分支	任务	变化	正确性	性能	决策
2026-08-17	6bb0591d	基线	原始 0.81 s 完成；内存延长 2.10 s 完成并越过 2.05 s	无卡死；当前环境哈希与历史不同，待正式环境复核	63.779 s / 126.211 s（单次）	建立任务清单，先完成 OPT-00
2026-08-17	工作树基于 6bb0591d；备份 backup/jacobian-before-20260817-6bb0591	OPT-03	callable sparse Jacobian、真实计数、分段重置、取消、严格 seed 0 与实验 secant	121 项相关测试通过；另 1 项既有 fixture 路径错误；30 色候选事件不等价，seed 0 候选恢复相同哈希	30 色历史候选有收益但不正确；seed 0 候选略慢且缓存 0 命中	默认 SciPy；移除多 seed/缓存；保留接入基础；解析/半解析继续后续
2026-08-17	工作树基于 6bb0591d；同一备份分支	OPT-03 首批半解析切片	exact-columns subset FD、类型化回退/诊断、三活塞 6 列与 34 条因果赋值；31→25 个 FD 颜色；新增 Ideal/PR、PNRP、PNCH012、PNL0001、LSTP、MECMAS 切向原语	focused 86 + adjacent 164 = 250 项通过；closure 12/13，唯一失败为既有 fixture 路径；局部列对中心 FD 最大相对误差 1.897e-8；默认容差轨迹仍超严格逐点门槛，但随 rtol 收紧约 4.67×/5.15× 收敛且事件一致	0.81 s 三次墙钟中位数 61.203→56.708 s，Jac RHS 8096（估计）→5985（实计）；最终 2.10 s 单次 126.211→116.512 s，正常越过 2.05 s，事件/启动/样本均与基线一致	首批目标切片完成，OPT-03 总体仍部分实现；默认 SciPy，semi-analytic 显式 opt-in；待通用 stream/其余列、正式锁定环境独立预热和 10 s 验证
2026-08-17	同一 OPT-03 工作树；3 组相邻 A/B	OPT-03 重复性能复核	原始 0.81 s，每组先 SciPy 后 semi-analytic，运行期间无并发仿真负载	三组求解统计、哈希、事件和输出网格各自完全稳定；Jacobian RHS 8096（估计）→5985（实计）	总墙钟中位数 61.203→56.708 s（-7.34%），积分中位数 59.725→55.631 s（-6.85%）	保持显式 opt-in；仍需正式锁定环境独立预热、严格轨迹契约和 10 s 验证

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