12-EFT.WP.Methods.Repro v1.0 | 第1章 定位、范围与复现等级

目录 ／ 文档-技术白皮书 ／ 12-EFT.WP.Methods.Repro v1.0

第1章 定位、范围与复现等级

I. 范围与目标

1. 本章定位本卷的方法学边界：以数据与算法工件为对象，给出可复现、可再现与可移植的等级定义、度量与通过门 gate.rep，确立跨环境与跨站点的最小合规要求。
2. 目标包括：
   • 建立复现等级体系与指标族，核心度量为 delta_rep 与 R_coef。
   • 给出时基映射 ts = alpha + beta * tau_mono 的统一口径与校准流程。
   • 规定最小清单与审计轨字段，确保追溯与合规验证可操作。
   • 绑定实现原型 I30-* 与计量流程 Mx-3*，支持自动化验收。
3. 通过标准（摘要）：
   • 数值域：delta_rep <= tau_rep 且 R_coef >= 1 - tau_rep。
   • 谱域：| var(x) - ( ∫ S_xx(f) df ) | <= tau_psd。
   • 口径一致：若涉及到达时，须并行报告两口径 T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) 与 T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) 的差异 delta_form，并提交路径 gamma(ell) 与测度 d ell。

II. 术语与符号

1. 复现分层
   • 可复现 reproducible：同一站点、同一 EnvLock、同一 seed 下，输出满足 delta_rep 门限。
   • 可再现 replicable：不同站点或轻度环境差异，输出满足统计一致性门与谱一致性门。
   • 可移植 portable：跨硬件/OS/加速器栈，保持接口与指标门限不变。
2. 指标与门限
   • delta_rep = ( norm( y_new - y_ref ) / max( norm( y_ref ), eps_floor ) )
   • R_coef = 1 - delta_rep
   • gate.rep：复现通过门集合，含数值门 tau_rep、谱门 tau_psd、时基门 tau_tb。
   • eps_floor：避免分母退化的正数下界，建议 eps_floor = 1e-12（可配置）。
3. 时基与随机性
   • tau_mono 单调内部时基；ts 外部发布时基；映射 ts = alpha + beta * tau_mono。
   • seed 随机种；rng_family 随机数族；rng_device 设备侧生成器标识。
4. 环境与签名
   EnvLock 环境锁；hash(·) 工件哈希；fingerprint 版本与依赖聚合指纹。
5. 冲突名与跨卷口径
   • T_fil 仅指张力；T_trans 仅指透射系数；n 与 n_eff 严格区分。
   • 路径与测度统一写作 gamma(ell) 与 d ell。

III. 公设与最小方程

• P31-1 确定性重放公设
  在固定 EnvLock 与 seed 下，同一管线对同一输入产生同分布输出；若无随机分支，则产生同一字节级工件（hash(outputs) 相等）。
• P31-2 时基对齐公设
  对任意观测序列，存在仿射映射 ts = alpha + beta * tau_mono 使跨设备时间轴可比较；alpha, beta 可由标定获得且在稳定窗口内缓慢漂移。
• P31-3 工件不可变性公设
  任一入湖对象须由内容寻址：oid = hash(bytes(obj))；任何修改产生新 oid 与新 fingerprint。
• S32-1 结果差异最小方程
  delta_rep = ( norm( y_new - y_ref ) / max( norm( y_ref ), eps_floor ) )，R_coef = 1 - delta_rep。
• S32-2 谱一致性与能量守恒
  | var( x ) - ( ∫ S_xx(f) df ) | <= tau_psd，积分域、窗口与 ENBW 必显式报告。
• S32-3 两口径并行差异
  若涉及 T_arr，发布 delta_form = | T_arr(form1) - T_arr(form2) | / max( |T_arr(form2)|, eps_floor )，并附 c_ref 与介质清单。

IV. 数据与清单口径

1. 入湖最小字段（示例，按《Core.DataSpec》命名）
   • 基本：project_id，dataset_id，schema.version，submit_ts
   • 来源：source.uri，source.oid = hash(·)，fingerprint
   • 环境：EnvLock.os，EnvLock.kernel，EnvLock.driver，EnvLock.accel，EnvLock.libs[]
   • 随机性：seed，rng_family，rng_device
   • 时基：alpha，beta，tau_mono_origin，ts_origin
   • 窗口与测度：window = [t0, t1]，fs，window_fn，U_w，ENBW
   • 路径口径：若有路径积分，提供 gamma(ell) 参数化与支集，测度 d ell
   • 到达时：若使用两口径，提供 c_ref，n_eff 口径与 delta_form
   • 指标：delta_rep，R_coef，tau_rep，tau_psd，pass（bool）
2. 单位与量纲
   所有量执行 check_dim(expr)；无量纲：delta_rep，R_coef，alpha，beta（若 ts 与 tau_mono 同单位则 beta 无量纲）。
3. 追溯与合规
   清单必须支持单点还原：{EnvLock, PipelineCard, ParamCard, inputs} → outputs；任何缺失项须以 missing.* 字段显式标注。

V. 算法与实现绑定

1. 原型（与附录B一致）
   • I30-1 freeze_environment(config:dict) -> EnvLock
   • I30-2 emit_pipeline_card(state:any) -> dict
   • I30-3 run_benchmark_suite(card:dict) -> BenchReport
   • I30-4 verify_reproduction(golden:any, candidate:any, metrics:dict) -> RepReport
   • I30-6 align_timebase(trace:any, reference:any) -> {alpha:float, beta:float, fit:dict}
2. 幂等与异常
   • 任何 I30-* 调用满足幂等：重复调用返回同一工件标识或显式 no-op。
   • 异常枚举：E_ENV_DRIFT，E_DATA_MISMATCH，E_TIMEBASE_SKEW，E_NONDETERMINISM，E_SEED_INVALID，E_SCHEMA_MISMATCH。

VI. 计量流程与运行图

1. Mx-31 复现引导（bootstrap）
   • 执行 I30-1 冻结环境并生成 EnvLock
   • 生成 PipelineCard 与 ParamCard（I30-2）
2. Mx-32 时基对齐
   • 采集对齐片段，计算 alpha, beta = I30-6(...)
   • 写入清单并设置门 tau_tb
3. Mx-33 基准运行
   • 以 EnvLock 重放基准套（I30-3）
   • 产出候选工件与中间指标 TS.*
4. Mx-34 复现验证与发布
   • 计算 delta_rep、R_coef、谱一致性
   • 评估 gate.rep，生成 RepReport = I30-4(...)
   • 合格则入湖与发布，否则按回退剧本执行
5. 关键观测与告警
   • 时基漂移告警：|beta - 1| > tau_tb 或 |alpha| > tau_tb_shift
   • 非确定性告警：同 seed 多次重放 delta_rep 方差超阈

VII. 验证与测试矩阵

1. 最小用例
   • 固定 seed 的确定性算例：期望 delta_rep = 0
   • 含随机噪声的统计算例：期望 E[delta_rep] <= tau_rep 且置信 >= 1 - p_alpha
   • 谱一致性算例：期望 tau_psd 通过
2. 边界与极端
   • GPU/原子序/并行归约顺序变化
   • 采样频率漂移与缺包
   • 数据类型切换（float32 ↔ float64）
3. SLO 与门限（建议起点，可在项目级覆盖）
   • tau_rep <= 2e-2，tau_psd <= 1e-3，tau_tb <= 5e-4
   • 统计功效：样本量满足检出 delta_rep >= tau_rep 的功效 >= 0.8

VIII. 交叉引用与依赖

• 《Core.Threads》：并发语义、TS.* 指标、hb、bp
• 《Core.Sea》：tau_mono、ts 与时基对齐
• 《Core.Metrology》：S_xx(f)、U_w、ENBW` 的计量口径
• 《Core.DataSpec》：清单与模式演进
• 《Core.Errors》：门限、统计功效与告警等级
• 《Core.Equations》《Core.DrawingKinetics》：涉及 T_arr 两口径与路径测度时的对齐要求

IX. 风险、限制与开放问题

• 非确定性源不可完全屏蔽（线程调度、硬件指令、库算法路径），需以统计门限兜底。
• 多站点 EnvLock 不可完全等价，需发布差异清单与影响评估。
• 长期漂移（驱动、微码、编译器）可能破坏二进制兼容，需 LTS 工件与再构建剧本。
• 开放问题：跨加速器的数值等价定义、混合精度对 delta_rep 的可分配预算。

X. 交付件与版本管理

1. 产出清单
   • EnvLock、PipelineCard、ParamCard
   • BenchReport、RepReport、AuditTrail（含 hash(·) 与 fingerprint）
   • 发布包与长留存快照（含 alpha, beta, tau_*）
2. 版本策略
   • 语义化版本，通道 canary / stable / LTS
   • 变更类别：ADD/MOD/FIX/PERF/SEC/DOC
   • 双跑比对策略：新旧版本并行，计算 delta_rep 与 R_coef；未通过则自动回退
3. 发布要求
   所有工件必须可单点还原；涉及到达时的工件须并行发布两口径结果与 delta_form。