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在单次 Jacobian 构建内按完整输入精确复用储气物性、PH 反算、密度和管路求根结果，保持原有求值副作用、差分政策与失败回退。八路模型求解 CPU 中位数减少 19.27%，循环和不循环的完整原始采样均与恢复基线一致。 增加独立的跨平台时间剖析工具，记录互斥阶段耗时、Newton/LU 统计、矩阵复用与内核复用，保存 UD00 两种工况的调查报告和机器可读汇总。 补充 Windows/Linux 运行、测试、原生编译和剖析所需依赖文档及索引，不修改依赖清单、版本锁或安装环境。 验证：8 项新增专项回归通过；2270 次完整 Jacobian 核对零差异；16 次剖析配对及预热运行保持完整数值一致。既有固定样本哈希失败和 Linux 实机验收限制见报告。
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Jacobian 确定性复用与 UD00 验收
日期：2026-09-15。
结论与版本
已将方向一的工作区改动（含未跟踪源文件）保存到 Git stash，再从干净基线独立实施方向二。方向二在当前八路模型上将求解 CPU 时间减少 19.27%，完整原生工作进程耗时减少 17.56%。循环和不循环的完整原始采样均与基线逐字节一致。
- 方向一备份：
stash@{0}，固定对象06b161c309644bb01aa402ff79f34749ff8e889a。 - 备份名称：
codex-direction-one-purpose-evaluation-before-jacobian-2026-09-15。 - 恢复后的基线：
2b07d996cff295d9f401dd32edd10472238bdf2d，分支system-optimization。 - 本轮修改保留在工作区，尚未提交；未重新应用方向一。原有忽略目录中的验收数据仍保留。
- 所有“优化前”均指上述恢复基线。交付核对确认两种优化后构建的 36 个源文件哈希、输入哈希及重新生成的
model.c/model.h与实测冻结版本一致。
实施范围与通用性
在一次 Jacobian 构建中记录未扰动基准的确定性结果。分组扰动后，完整输入的浮点位全部一致才复用；输入变化时调用原始计算。每次 Jacobian 请求重新清空工作区。
覆盖储气物性、压力—焓温度反算、密度，以及管路标量求根。保留原有物性缓存的查询/填充顺序、温度观察、数值有效性检查和失败行为。普通 RHS、接受步检查、输出计算继续使用原路径，原有着色、差分步长和 Dense LU 不变。
复用依据实际物理输入与完整介质参数，不依赖模型实例名称、支路数或固定拓扑。使用已有内核的新模型自动接入，无需增加注册参数或维护另一套方程；新增底层内核需要审查完整输入和副作用后才能加入复用。
工作区使用堆内存。标量缓存为 1024 槽、每次至多探测 32 槽；内存不足、表满或未命中时执行原计算。分组计算失败时沿用原有未缓存逐列差分恢复。独立矩阵核对发现差异时采用参考矩阵并关闭后续着色/复用。
本轮未引入解析 Jacobian 或自动微分。现有切换、限位及隐式求根需要先明确导数政策，再评估这些方法。实现细节见 技术说明。
正式性能对比
环境为同一台 Windows 11 机器、CVODE 7.4 BDF。输入 tests/data/test-mql-8-corrected.json，132 个状态、1784 个输出，两个 UD00 均不循环。仿真 0–10 s，采样间隔 0.01 s，rtol 为 1e-8，保持原有 atol 和求解设置。
编译及重型测试结束后，每个版本预热一次，排除预热，交替串行测量三次，报告中位数。完整工作进程计时包含原始数据写盘、输出回放和 JSON 写出，排除编译、API 及浏览器。带矩阵核对的运行不参与计时统计。
| 指标 | 优化前 | 优化后 | 耗时减少 |
|---|---|---|---|
| 求解 CPU | 7.296875 s | 5.890625 s | 19.27% |
| 求解实际耗时 | 7.242260 s | 5.876553 s | 18.86% |
| 完整原生工作进程 | 7.852573 s | 6.473363 s | 17.56% |
六次正式运行的完整状态文件、输出文件、最终值、物性告警及原有求解计数全部相同：1002 个采样，nfev 44467，接受步 10840，拒绝步 918，Jacobian 896，LU 3106，状态转换 1，求解器启动 4。nfev 保持不变；收益来自每次求值内部减少了昂贵计算。
该工况的 Jacobian 优化路径计数如下，范围仅为基准/分组探针，不代表整个求解器的计算量：
| 内核 | 实际计算 | 复用 |
|---|---|---|
| 储气物性 | 150568 | 1254360 |
| 压力—焓温度反算 | 85283 | 601820 |
| 密度 | 440295 | 2479392 |
| 管路求根 | 196345 | 884176 |
原生可执行文件由 400314 字节增至 411613 字节。构建缓存状态未配平，不据此报告冷编译性能变化。以上性能收益限于当前机器及工况，不推断所有模型的加速比例。
UD00 循环与不循环
按实际项目 JSON 修改两个 UD00 的 iscyclic，通过正常生成器分别构建。每个版本、每种工况运行一次 0–21.7 s，覆盖 10.8 s 和 21.6 s 的周期边界。
| 两个 UD00 的配置 | 采样数 | 优化前 CPU | 优化后 CPU | 全部原始数据及原有计数 |
|---|---|---|---|---|
| 均不循环 | 2172 | 8.093750 s | 6.453125 s | 完全一致 |
| 均循环 | 2175 | 10.796875 s | 8.750000 s | 完全一致 |
这些时间是单次工况观察，正式性能结论使用上一节的三次中位数。
- 不循环：nfev 50092，接受步 11006，拒绝步 884，Jacobian 1073，LU 3287，状态转换 1，求解器启动 5。
- 循环：nfev 66495，接受步 15731，拒绝步 1334，Jacobian 1374，LU 4700，状态转换 4，求解器启动 10。
- 完整比较包含所有状态和输出采样、最终状态/输出、完整物性告警和上述计数；并非只比较曲线外观或最终值。本轮没有改变 UD00 信号语义。
独立 Jacobian 验证
--verify-jacobian 使用未缓存的 canonical 逐列差分，核对矩阵每个元素。
| 工况 | 核对矩阵数 | 不匹配数 | 与对应普通运行的数值结果 |
|---|---|---|---|
| 不循环，0–10 s | 896 | 0 | 完全一致 |
| 循环，0–21.7 s | 1374 | 0 | 完全一致 |
共 2270 次矩阵核对，零差异。核对运行的 nfev 增量分别严格等于 896 × 132 与 1374 × 132；原步数、事件、完整采样及复用计数不变。这避免把重复调用缓存路径误当作独立验证。
回归与验收限制
新增内核/生成器测试覆盖精确输入键、各介质参数的 1 ULP 变化、正负零、失败、冲突、容量耗尽、记录关闭、观察与缓存副作用、反向管流和活动容积。测试理想气体和氦气、热状态和多变储气；全模型 RHS/输出在所有状态逐项扰动及非有限输入下与原路径逐位对照。
新增运行时测试使用 SUNDIALS 公共类型编译生产 cvode_solver.c，覆盖基准重置、原始差分步长、无可选工作区、分组失败恢复、取消、故意破坏复用结果后由独立核对捕获并停用优化。
相关回归包括物性、管路、生成器、依赖排序、守恒、告警、分块存储、摩擦及 Jacobian。unittest 汇总为 Ran 52 tests，FAILED (errors=1, skipped=1)，已实际执行的用例通过，但不能称全量验收通过：
NativeJacobianProbeTests.setUpClass：旧固定状态样本的输入 SHA 与当前物理输入不符。当前输入为60ed16c71b72be4ae71ca7980f4f8cdcdf6b4c4c4c8950863c2390960b71ced4，样本要求670977bef67e62d9c66e8af497bada208bd72a7301be45128d185d47282cf288。这是基线已有问题，输入及样本均未在本轮修改，也未更新样本以绕过保护；已排除换行差异。NativeJacobianRuntimeTests：旧测试使用 Linux SUNDIALS 7.4 私有 ABI/静态库，在 Windows 跳过。新增公共类型运行时测试在 Windows 通过，但不替代真实 Linux 验收。
当前没有可用的 Linux 容器或 WSL 运行环境，未完成 Linux 编译/运行验收；本轮也未重新执行完整 Amesim 对照或浏览器端全流程。数值一致结论限定为同平台恢复基线与方向二的前后比较。
复现与证据
- 比较工具：benchmark_native_jacobian_reuse.py。
prepare冻结对应源码构建，run保存单次测量及原始数据，report断言全部对比项。 - 本地证据目录：
test/jacobian-reuse-20260915/（项目忽略的验收数据目录，不随源码提交）。 comparison.json：六次正式测量、两种 UD00 工况、矩阵验证和数值一致性断言。before/、after/、before-cyclic/、after-cyclic/：冻结构建、输入/源文件哈希与构建清单。- 各运行子目录：
states.bin、outputs.bin、result.json、measurement.json、日志。 regression.log：相关回归完整输出；delivery-verification.json：交付源文件与实测生成文件的一致性核对。
| 构建 | buildKey |
|---|---|
| 基线，不循环 | 80cf19d21e41cb5662f934232c7a2c5302eb7fc5b91f82da3cb23f14e3f9b885 |
| 方向二，不循环 | 7fe268c97557c3e1c5a511ea5e28cf0f0479a087031abe1a38d7007dde3c4ca0 |
| 基线，循环 | a74d52ffe2daef7ccba5030dec75209f96d39f1bc7b47436ba5351fab08a3a92 |
| 方向二，循环 | a50f302b77a49d1aa28a4ee305239a36e8c9281ecdc93756b729183b8f1e0a0a |