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0.1.0	2021年7月16日

#199 在模拟中

自定义许可证

17KB
190 行

SSSF - 超级简单的模拟框架

这是一个允许您编写 Rust 物理模拟而无需繁琐和重复样板代码的 crate。我因为大学课程需要编写大量的物理模拟而创建了它，现在我想分享，因为它非常优雅，可能对类似情况的人有用。它非常适合小型物理模拟，但我认为它也适用于大型项目，尽管在大型项目中，为您的特定问题创建一个定制的解决方案可能是一个好主意。

使用方法

假设您想构建一个在 x-y 平面上以恒定速度移动的身体的模拟。那么您需要创建一个结构体，它为每个时间步长保存有关该身体的信息

BodyParameters{
  t: f32          // time,
  x: f32,
  y: f32,
  v_x: f32,
  v_y: f32,
}

这些参数将在每个时间步长之后存储为历史记录，这就是为什么我们在 BodyParameters 中添加了 t 字段来跟踪位置（x、y）和速度（V_x、v_y）随时间变化的历史记录。现在我们已经处理了我们想要保存历史记录的参数，我们可以转向那些在整个模拟过程中保持不变的参数，或者我们不需要/想要保存历史记录的参数——例如，我们不会想为每个时间步长保存康威生命游戏的整个网格——我们将在没有历史记录的参数中保存它。所以回到移动身体的例子。我们可以把这些参数视为我们不想跟踪的环境。


EnvironmentParameters{
  dt: f32
}

为了这个示例，我们不需要存储任何复杂的内容，所以让我们只存储 dt - 时间增量。之后，我们可以开始模拟，提供 BodyParameters、EnvironmentParameters 和模拟的步函数，如下所示

let mut simulation = SimManger::new(
    BodyParameters { t: 0., x: 0., y:0., v_x:1., v_y:1. },                      // Initial parameters for the body
    EnvironmentParameters { dt: 0.1 },
    |body_parameteres, environment_parameters| BodyParameters {                 // Defining step function
        t: body_parameters.t + environment_parameters.dt,
        x: body_parameters.x + environment_parameters.dt * body_parameters.v_x,
        y: body_parameters.y + environment_parameters.dt * body_parameters.v_y,
        v_x: body_parameters.v_x,
        v_y: body_parameters.v_y,
    },
);

如上图所示，您需要提供 step_fn: FnMut(&BodyParameters, &mut EnvironmentParameters) ->BodyParameters 函数，它在此模拟步骤后必须返回 BodyParameters，它们将被自动保存。现在，为了运行模拟，您需要调用 .run(stop_fn)，其中 stop_fn: Fn(&DynamicParameters, &EnvironmentParameters) -> bool 是一个简单的函数，在每个时间步之后进行检查。如果为真，则模拟停止。例如。
如果您想在 t = 5 s 时停止模拟，请调用

模拟.运行(|body_parameters, _environment_parameters| body_parameters.t== 5.);
如果您想在 x = 20 m 时停止模拟，请调用

模拟.运行(|body_parameters, _environment_parameters| body_parameters.x== 20.);
写入文件
将模拟历史记录保存到文件以便进一步分析，制作一些漂亮的图表等非常有用。在这种情况下，您希望为 BodyParameters 实现 ToCSV 特性。我不想使用 serde 进行序列化，因为我希望这个框架非常轻量级，并且实际上并不需要。您可以像这样实现 ToCSV
impl ToCSV for BodyParameters {
    fn get_header() -> String {
        String::from("t,x,y")             // Header for .csv file (don't contain "\n" in this string, it's added automatically)
    }
    fn get_row(&self) -> String {
        format!("{},{},{}", self.t, self.x, self.y)     // Contents of .csv file (don't contain "\n" in this string, it's added automatically)
    }
}

然后，您不能像调用 .run(stop_fn) 一样调用，而是需要这样调用
simulation.to_file(PathBuf::from(r"output.csv"))
          .run_with_save(stop_fn);



依赖项

~8KB






assert_approx_eq