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SpectraRust/.claude/skills/tlusty-iteration/SKILL.md
Asfmq d39f0e01b0 修复1
2026-03-27 11:59:23 +08:00

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tlusty-iteration TLUSTY Rust主程序迭代开发与Fortran对比测试。触发条件：(1) 用户提到'迭代测试'、'对比测试'、'主程序开发'；(2) 用户想验证Rust实现与Fortran的一致性；(3) 继续TLUSTY主程序开发；(4) 运行TLUSTY测试用例。提供完整迭代流程、测试方法、差异分析。

TLUSTY Rust 主程序迭代与对比测试

本技能指导 Rust TLUSTY 主程序的迭代开发，目标是使输出与 Fortran 参考实现一致。

当前状态 (2026-03-26)

已完成的工作

  1. OPCTAB 表读取实现 (opacity_table.rs):

    • 支持文本格式 OPCTAB 文件读取
    • 2D 插值 (温度-密度)
    • Rosseland 和 Planck 平均不透明度计算
    • 环境变量 OPCTAB 指定表路径

  2. 测试验证:

    • 成功加载 optab11_7f.dat (100000 频率点)
    • 表范围: T = 3000-15000 K, ρ = 1e-12 - 1e-6 g/cm³

核心问题：OPCTAB 温度范围限制

问题: 可用的 OPCTAB 表 (optab11_7f.dat) 仅覆盖 3000-15000 K，但测试用例 Teff = 35000 K 超出此范围。

Fortran 的处理方式:

  • 当 ioptab = 0 (默认) 时，使用 OPACF0 从原子物理计算不透明度
  • OPACF0 计算: 束缚-自由、自由-自由、H⁻、H₂⁺ 等贡献
  • 这需要完整的原子数据 (能级、跃迁、截面)

Rust 当前处理:

  • 当 T 超出表范围时，回退到 Kramers 近似
  • κ_bf ≈ 4.3e-25 * (1e4/T)^3.5
  • κ_es = σ_e * ne / ρ

解决方案 (按优先级)

  1. 寻找更高温度的 OPCTAB 表 (最简单)

    • 需要覆盖 10000-50000 K 的表
    • 可从 OPAL 或 OPLIB 获取

  2. 实现 OPACF0 (最准确)

    • 从原子数据计算束缚-自由不透明度
    • 计算自由-自由 (Kramers)
    • 添加 H⁻、H₂⁺ 贡献
    • 需要大量原子物理模块

  3. 改进 Kramers 近似 (折中)

    • 添加温度/密度相关修正
    • 参考 OPAL/OPLIB 公式

测试对比 (Teff=35000K, 超出 OPCTAB 范围)

参数 Rust (Kramers) Fortran (OPACF0) 问题
表面柱质量 7.4e-6 2.9e-7 g/cm² 25x 偏高
输出列数 40 42 缺少 2 列

根本原因: Kramers 不透明度太低 → 需要更多质量才能达到相同光深

项目文件结构

SpectraRust/
├── src/
│   ├── bin/tlusty.rs              # Rust 主程序入口
│   └── tlusty/
│       ├── io/                    # I/O 模块 (ltegr, start, model...)
│       ├── math/                  # 数学模块 (eos, continuum, ali...)
│       └── state/                 # 状态结构 (constants, atomic, model...)
├── tests/
│   ├── tlusty/
│   │   ├── hhe_fortran/           # Fortran 输入文件和参考输出
│   │   └── hhe_rust/              # Rust 输入文件和输出
├── tlusty/
│   └── extracted/                 # 提取的 Fortran 源码 (304 个模块)
│       ├── tlusty.f               # 主程序
│       ├── start.f                # 初始化
│       ├── ltegr.f                # LTE 灰大气
│       └── ...
└── .claude/skills/
    └── fortran-analyzer/scripts/
        └── analyze_fortran.py     # 模块分析脚本

迭代工作流程

Step 1: 运行对比测试

生成 Fortran 参考输出

如果需要重新生成 Fortran 参考输出:

# 1. 进入测试目录
cd tests/tlusty/hhe_fortran
# 2. 确保有 data 链接
ln -sf $TLUSTY/data data

# 3. 运行 Fortran
$TLUSTY/tlusty/tlusty.exe < hhe35lt.5 > fortran.6

# 4. 复制输出
cp fort.7 fort.7.ref

运行 Rust

cargo build

cd tests/tlusty/hhe_rust
ln -sf $TLUSTY/data data
../../../target/debug/tlusty < hhe35lt.5 > rust.6 2>&1

# 对比第一深度点
echo "=== Rust ===" && head -3 hhe_rust/fort.7
echo "=== Fortran ===" && head -3 hhe_fortran/fort.7

Step 2: 定位差异来源

# 提取温度列对比
paste <(awk '{print NR, $3}' hhe_rust/fort.7) <(awk '{print $3}' hhe_fortran/fort.7) | \
  awk '{diff=$2-$3; if(diff<0)diff=-diff; if(diff>100) print $1, $2, $3, diff}'

# 提取电子密度对比
paste <(awk '{print NR, $6}' hhe_rust/fort.7) <(awk '{print $6}' hhe_fortran/fort.7) | \
  awk '{diff=$2-$3; if(diff<0)diff=-diff; if($2>0 && diff/$2>0.05) print $1, $2, $3}'

Step 3: 分析 Fortran 源码

# 查看目标模块
cat tlusty/extracted/eldens.f | head -100

# 查看 COMMON 块依赖
grep -E "INCLUDE|COMMON" tlusty/extracted/eldens.f

# 查看调用关系
grep -E "CALL|FUNCTION" tlusty/extracted/eldens.f

Step 4: 修复 Rust 代码

  1. 找到对应的 Rust 模块 (src/tlusty/math/eos/eldens.rs)
  2. 对比 Fortran 逻辑
  3. 修复差异
  4. 编译测试
# 编译
cargo build 2>&1 | grep -E "error|warning" | head -20

# 单元测试
cargo test eldens 2>&1 | tail -20

Step 5: 重新对比

重复 Step 1，验证差异是否缩小

模块分析与对应 (使用 analyze_fortran.py)

查看模块对应表

# 查看所有模块的 Rust 实现状态
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py 2>&1 | \
  grep -E ",done$" | head -30

# 查看特定模块的 Rust 对应
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py 2>&1 | \
  grep -i "ELDENS\|ROSSOP\|STEQQEQ"

# 输出格式: fortran_file,unit_name,unit_type,is_pure,common_deps,call_deps,has_io,rust_module,status

查看依赖树

# 查看主程序依赖树
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py --tree TLUSTY

# 查看特定模块依赖树
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py --tree LTEGR
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py --tree ELDENS
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py --tree RESOLV

查看重构优先级

# 查看未实现模块的优先级列表
python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py --priority | head -30

当前关键模块状态

LTE 模型核心:

python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py 2>&1 | \
  grep -E "LTEGR|ROSSOP|ELDENS|STEQQEQ|WNSTOR|SABOLF|MEANOPT"

辐射转移模块:

python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py 2>&1 | \
  grep -E "RESOLV|SOLVE|ALIFR|RHSGEN|EMAT"

不透明度模块:

python3 .claude/skills/fortran-analyzer/scripts/analyze_fortran.py 2>&1 | \
  grep -E "OPACF|OPADD|OPCTAB|OPACT"

相关 Skills

Skill 用途
fortran-analyzer 分析模块依赖关系
fortran-to-rust 模块重构指南