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toki0413

saturday-materials

by toki0413

Saturday —— 材料计算的插件运行时

CI Install on Smithery

简体中文 | English

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)。

60 秒上手

不需要 Python、不需要装任何求解器——有 Node ≥ 22 就能让 Agent 拿到真实的材料回算数值 (无 ASE 时自动走零依赖 lj-js 引擎;能量由引擎回算,非玩具占位假数)。

最快一行(连客户端都不配):npx -y @toki0413/mcp-server --relax Cu 直接打印 Cu 的每原子能量与所用引擎(装了 MACE/ASE 会自动升真物理)。

免装 Node/Python(全保真容器):docker run --rm ghcr.io/toki0413/saturday --relax Cu 一行拿 EMT 真值,镜像已内含 Node + Python + ASE(构建/推镜像由 GitHub Actions + GHCR 承担,本地不装工具链)。当前状态:镜像构建与容器内冒烟已在 CI 跑通,但 GHCR 推送只在打 v* tag 时发生,因此该命令自 v0.3.14 起可拉;现在就要零安装跑用上面那行 npx。

路径 A:接进任意 MCP 客户端(Claude Desktop / Cursor / Cherry Studio 等)——在客户端配置里加:

{
  "mcpServers": {
    "saturday-materials": { "command": "npx", "args": ["-y", "@toki0413/mcp-server"] }
  }
}

存盘重启客户端,对它说一句“把 Cu 弛豫一下并给出每原子能量”,它会调 potential.relax 返回 energyPerAtom(eV);material.load / workflow.screen(掺杂筛选)/ analysis.phonon(声子) 等 56 个工具都在。想要真实 EMT/LAMMPS 物理,再装 Python≥3.10 + ASE(见下“环境矩阵”), 引擎按能力自动升级,插件面契约与单位/指纹门禁不变。

路径 B:本地跑起来看全链

git clone https://github.com/toki0413/dsh-saturday && cd dsh-saturday
npm install && npm test        # 全量回归(纯 Node 即可)
npm run demo                   # 一条十阶段端到端:加载→采样→筛选→声子→回算,环境自适应
npm run demo:agent             # 一个 prompt 驱动整个发现链(mock LLM,无外部依赖)

想知道“我该调哪个工具”→ 见 docs/recipes.md(按意图找工具与参数); 5 分钟上手与拒绝伪造证据的演示 → docs/agent-e2e-demo.md。

Related MCP server: ASM MCP Materials Platform

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)

弹性张量

analysis.elasticity

完整 6×6 刚度张量:6 种 Voigt 应变 ± 中心差分(12 次引擎应力计算),VRH 多晶 K/G/E/ν、Born 正定判据、各向异性因子 A;应力源能力门禁(需引擎声明 calculate+stress,当前为 MACE 常驻档;无应力显式拒绝不近似)(@toki0413/plugin-elasticity)

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)

随机结构搜索

sampler.rss

RSS 均匀随机结构生成:成分/原子数/晶胞约束 + 最小间距门禁,种子确定性;§4.5 第二个生成式实现(非 flow 路线),似然诚实声明 none(@toki0413/plugin-rss)

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)

运行时动词面

runtime.capability.list / runtime.engine.attach / runtime.engine.detach

动态拆装与自我演化的 Agent 入口:能力清单(声明+实测指纹/源标识/在途作业数)、运行时挂载(即时入 autoRoute 候选池,挂载即验证,不重启宿主)、带作业台账语义的拆下(refuse/drain/cancel,不静默杀任务);决策动作落 Trajectory 可回放;引擎指纹实测变更(refingerprinted)沿 engine 引用传播失效(bridge 提供)

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(56 工具, stdio 传输;工具面随环境如实收缩——无 MP_API_KEY 时 structure.resolve 不注册 = 55 工具, 环境不可用的引擎/结构源挂载即跳过并显式报告,不展示注定失败的能力): 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。

npx @toki0413/mcp-server        # stdio;SATURDAY_DISABLE 可排除插件
npx @toki0413/mcp-server --http # 或 SATURDAY_MCP_TRANSPORT=http:streamable-http 远程端点(默认 127.0.0.1:3000/mcp,/health 探活)

宿主配置(Claude Desktop / Cursor / Cherry Studio 等通用 mcpServers 格式):

{
  "mcpServers": {
    "saturday-materials": {
      "command": "npx",
      "args": ["-y", "@toki0413/mcp-server"],
      "env": {
        "MP_API_KEY": "可选:Materials Project 远端结构解析需要"
      }
    }
  }
}

环境档位声明:纯 Node 环境下工具面为 lj-js 教学档(零依赖玩具势);本地安装 Python ≥ 3.10 + ASE ≥ 3.22 后自动解锁 EMT 真物理与全量 31 工具(启动横幅如实呈报,非静默降级)。

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 环境即可跑全部演示与全量回归(无额外依赖;无 ASE 时走零依赖 lj-js)。 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(不注册不降级);MACE 另支持常驻 batch 模式(resident: true,模型加载一次,relax/calculate/md;transport 可指 SshTransport 跑远程 GPU)

+ 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)

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,一次性/常驻 batch 双形态,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
  rss/                        #   @toki0413/plugin-rss —— 采样:RSS 随机结构搜索(§4.5 非 flow 生成式第二实证)
  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)
  elasticity/                 #   @toki0413/plugin-elasticity —— 分析:6×6 弹性张量 + Born 判据 + VRH
  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

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:rss --workspace @toki0413/bridge                # RSS 随机结构搜索 → 回算闭环(环境自适应)
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)

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:

@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

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    MIT
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    Enables MCP clients to execute Materials Studio modeling and computation tasks via MaterialsScript runtime, with a local Dashboard for monitoring.
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    25
    MIT
  • F
    license
    Not graded
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    C
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    An educational MCP server that wraps the Materials Project API, exposing tools to search chemical systems, get material summaries, find semiconductors by band gap, and retrieve crystal structure facts.
    -