14-EFT.WP.Methods.Inference v1.0 | 第2章 术语、边界与对象模型

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第2章 术语、边界与对象模型

I. 范围与目标

1. 定义推理域的统一术语与符号；确立 Env/Data/Model/Runtime/Metrics 五层对象模型与边界契约，确保跨团队、跨站点与跨设备交流无歧义。
2. 目标产出：术语清单、冲突名与口径约束、对象模型与接口边界、跨卷字段映射方案、最小异常枚举与度量锚点；与第1章的 gate.inf、第3章 P41-*、S42-* 保持一致。
3. 通过标准：
   • 所有接口入参与出参均以英文与纯文本表达，内联量一律反引号包裹。
   • 任意含除号或积分表达均加括号并声明路径 gamma(ell) 与测度 d ell。
   • 跨环境/跨设备对照前，统一映射到共同时基 ts = alpha + beta * tau_mono。

II. 术语与符号

1. 基本量与概率：
   • x（输入），y（目标），theta（模型参数），y_hat（预测），p(y | x, theta)（似然），p(theta | D)（后验）。
   • 损失与风险：L(y, y_hat)，R_emp = ( 1/N ) * Σ L( y_i, y_hat_i )，R_exp = E_{p(x,y)}[ L( y, y_hat ) ]。
2. 时基与窗口：
   tau_mono（单调时基），ts（对外时间），alpha，beta（对齐系数），window = [t0, t1]，lookahead = 0（线上约束）。
3. 环境与追溯：
   EnvLock（环境锁定指纹），hash(·)（内容哈希），fingerprint（产物指纹），anchor（加载锚点）。
4. 一致性与校准：
   delta_offon = ( norm( y_hat_off - y_hat_on ) / norm( y_hat_off ) )，R_infer = 1 - delta_offon，ECE，MCE，NLL。
5. 可观测与资源：
   TS.latency，TS.thrpt，TS.error，budget.cpu/gpu/mem，budget.power。
6. 冲突名强制（跨卷通用）：
   • T_fil 仅指张力；T_trans 仅指透射系数；n 为数密度，n_eff 为有效折射率；严禁混用。
   • 到达时两口径沿用：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) 与 T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )。

III. 对象模型总览

1. 五层对象与主通道：
   • Env 层：EnvLock → 为推理图与运行时提供可重放与可验证的执行环境。
   • Data 层：Dataset/Stream → 统一窗口与口径，输出标准化特征 features(x)。
   • Model 层：Graph(theta) → 以确定性优先的算子族与量化策略。
   • Runtime 层：Runtime → 负载编排、并发与批处理、设备与精度管理。
   • Metrics 层：MetricsBus → 统一采集 accuracy/ECE/NLL 与 TS.* 指标，输出 BenchReport、ConsistencyReport。
2. 关键边与函数（与 I40-* 绑定）：
   • build_inference_graph（I40-1），load_artifacts（I40-2），run_inference（I40-3），compare_offline_online（I40-10）。
   • 校准与漂移：calibrate（I40-5），monitor_drift（I40-7）。

IV. Env 层：环境域与锁定

1. 组成字段（最小必需）：
   • OS/Kernel/LibC/Compiler/BLAS/FFT；驱动与固件；cuda/cudnn 或同类加速栈；device{model,sm,driver}。
   • 浮点环境与 FPU 标志；量化配置 qformat（如 fp16, int8）；随机源 rng_family 与 seed。
   • 时区与时基映射系数 {alpha, beta}；线程与并发策略 TS.policy。
2. 契约与异常：
   • 相同 EnvLock 下，I40-3 对同一 anchor/x/seed 幂等；漂移触发 E_ENV_DRIFT。
   • 任何跨站对照先执行 align_timebase，否则判为 E_TIMEBASE_SKEW。

V. Data 层：输入、特征与窗口

1. 最小清单与口径：
   • 输入记录：{id, ts, source, window=[t0,t1], features, hash(features)}。
   • 特征加工需通过 check_dim(expr)；标准化与缺失填补策略在 ParamCard 中固化。
2. 窗口与流式约束：
   线上 lookahead = 0；离线回放须复刻生产窗口 window 与相同对齐函数 ts = alpha + beta * tau_mono。
3. 追溯与脱敏：
   数据湖条目通过 hash(·) 与 fingerprint 串接；脱敏字段在 DataSpec 中显式标注。

VI. Model 层：算子与图

• 模型定义：
  Graph(theta)：包含算子集合、拓扑、精度策略与动态轴规范；opset_version 与设备可用性矩阵是发布前置门。
• 数值与确定性：
  约束溢出/下溢与条件数；非确定性算子须声明屏蔽路径或替代实现；若无法屏蔽，运行需标注 E_NONDETERMINISM 并退出 gate.inf。
• 量化与兼容：
  精度切换策略 fp32/fp16/int8 必附 accuracy_drop 评估与容忍窗口；跨设备需做同等性检验。

VII. Runtime 层：执行与并发

• 组成：
  Runtime = {scheduler, batcher, device_pool, memory_manager, logger, metrics_sink}。
• 并发与可观测性：
  线程语义与 TS.* 指标遵循《Core.Threads》；记录 TS.latency_p50/p95/p99，TS.thrpt，TS.error，TS.sla_violation。
• 幂等与副作用：
  对同一 {EnvLock, anchor, seed, x}，run_inference 无有害副作用；若需缓存，缓存键包含前述四元组。

VIII. Metrics 层：度量与告警

1. 线下评测：
   输出 BenchReport：acc，R_emp，ECE，NLL，资源占用与影子 TS.*。
2. 线上一致性与漂移：
   • 输出 ConsistencyReport：delta_offon，R_infer = 1 - delta_offon，触发策略 delta_offon <= tau_offon。
   • 漂移监测以分布比较或谱口径进行；对序列任务检查 var( x ) ≈ ( ∫ S_xx(f) df ) 并公布 delta_psd 与窗口 U_w/ENBW。
3. 告警矩阵：
   校准劣化 ECE > tau_ece；延迟越线 TS.latency_p95 > tau_lat；错误率越线 TS.error > tau_err；分别映射到降级或回退路径。

IX. 边界与接口契约

1. 边界定义：
   • Env↔Model：I40-1/2 只读依赖 EnvLock，禁止运行期篡改。
   • Data↔Runtime：输入必须携带 {ts, window}；Runtime 负责 align_timebase。
   • Model↔Runtime：设备与精度由 Runtime 决策，但不得破坏 Graph(theta) 的确定性约束。
   • Runtime↔Metrics：指标采集异步但一致性报告需要与推理结果同批对齐。
2. 关键接口最小入参：
   • I40-1 build_inference_graph(spec:dict)：需含 opset_version，precision_policy。
   • I40-3 run_inference(rt, inputs, opts)：inputs 含 {features, ts, window}；opts 可含 {seed, nondet_guard:true, batch:int}。
   • I40-10 compare_offline_online(off, on, policy)：policy 含 match_key, window_tolerance, thresholds。
3. 异常枚举（最小集）：
   E_MODEL_MISMATCH，E_SCHEMA_MISMATCH，E_TIMEBASE_SKEW，E_NONDETERMINISM，E_CALIBRATION_FAIL，E_DRIFT_DETECTED，E_RESOURCE_EXCEEDED，E_PRECISION_LOSS。

X. 跨卷字段映射与口径继承

• 与《EFT.WP.Methods.Repro》：
  继承 EnvLock、hash(·)、fingerprint、TS.*、发布通道 canary/stable/LTS、验收与归档流程；一致性度量由 delta_offon 对应 delta_rep 的推理域版本。
• 与《Core.*》：
  《Core.DataSpec》提供 DataRecord 与 FeatureSpec；《Core.Threads》提供 TS.* 字段与并发语义；《Core.Metrology》提供 S_xx(f)、U_w、ENBW 与谱一致性口径。
• 统一编号：
  本卷公设 P41-*，最小方程 S42-*，计量流程 Mx-4*，实现绑定 I40-*；跨卷引用写作：“见 配套白皮书《能量丝》 第x章 S/P/M/I…”。

XI. 风险、限制与开放问题

• 非确定性源：GPU 原子序、并行归约、数据竞态；需以确定性路径替代或触发 E_NONDETERMINISM。
• 动态形状与批调度：batch 自适应可能改变数值路径；需在 BenchReport 中验证对 acc/ECE 的影响。
• 特征漂移与口径变更：训练-推理标准化与缺失策略一旦不一致，易触发 E_SCHEMA_MISMATCH 与 delta_offon 异常。
• 量化切换：fp32 → int8 的精度回退阈值与任务相关；建议在跨设备等级单列同等性检验。

XII. 编号锚点与记忆

• 公设引用：P41-1 等价推理，P41-2 时基对齐。
• 最小方程：S42-1 风险最小化，S42-2 校准一致性。
• 计量流程：Mx-41 构建锁定，Mx-42 离线评测，Mx-43 线上灰度，Mx-44 发布归档。
• 实现绑定：I40-1，I40-2，I40-3，I40-5，I40-7，I40-10。
• 关键度量与门：delta_offon，R_infer，ECE，NLL，TS.latency，TS.error，gate.inf。