CST Runtime 优化 Skill

优化流程速查

Phase 0: 准备
  task 确认(工程/目标/参数/约束) → inspect-project(含category)
  [agent: 选几何参数 → 用户确认 → 翻译为objective spec]

Phase 1: 探针(参数≥4强制)
  run-probe-phase --objective <spec>
  [agent: 看top_params/edge_hit → 选参数/调范围/定算法]

Phase 2: 优化循环
  loop:
    run-optimization-step --objective <spec>
    [agent: objective达标? → break / ask_study_failed? → 换优化器]

Phase 3: 收尾
  generate-report → 灵敏度验证 → 经验→docs/
  [agent: 收敛质量判断 + 结论沉淀]

关键决策点：

阶段	节点	agent 行动
0	inspect-project	筛选 category=geometry 的参数作为候选
0	task确认	向用户确认5项：工程类型、objective函数、目标阈值、参数列表、几何约束
1	run-probe-phase 返回	main_effects_normalized > 0.1 保留，edge_hit=true 扩范围
1	算法选择	参数少+线性=TPE，多+交互复杂=CMA-ES，默认 suggested_algorithm
2	每轮返回	objective_value vs 目标阈值 → 达标break
2	ask_study_failed	未达标且 study 认为收敛 → 换优化器(最多一次)
3	收尾	灵敏度验证 + 经验入库

定位

本 Skill 专注 CST 参数优化闭环，依赖 cst-runtime-cli 提供底层基础设施。

• 不携带 scripts/ 或 cst_runtime/ 源码；所有 CLI 调用走 base skill。
• 负责定义优化迭代流程、早停判断、参数策略、数据导出和报告生成。
• 所有生产任务使用标准 tasks/task_xxx_slug/runs/run_xxx/{projects,exports,logs,stages,analysis} 结构。

依赖声明

本 Skill 不实现 CST 操作，以下工具全部由 cst-runtime-cli 提供。所有 CLI 调用通过工作区的 -m cst_runtime 入口执行。

职责	CLI 工具
run 创建	prepare-run、get-run-context
审计	record-stage、update-status
进程/session	cst-session-open、cst-session-close、cst-session-quit
参数	list-parameters、change-parameter
仿真	start-simulation-async、wait-simulation
结果导出	export-run-results（统一导出 S11+2D+远场）
结果显示	generate-report（生成综合报告）
探针阶段	run-probe-phase（一键探针：设计→仿真→分析→注入 study）
优化迭代	run-optimization-step（一步迭代：ask→改参→仿真→tell，agent 判断早停）
Objective 函数	内置在管道中 — s11_min_db, s11_at_freq, gain_max, bandwidth, expression

Objective 函数系统

优化目标不再硬编码为 S11 min dB。通过在管道工具中传入 --objective <spec> 指定目标函数：

类型	格式	示例场景
S11 全局最小值	{"type": "s11_min_db"}	默认，最小化反射
指定频率 S11	{"type": "s11_at_freq", "freq": 2.4}	2.4GHz 阻抗匹配
最大增益	{"type": "gain_max", "port": 1}	优化天线增益
带宽	{"type": "bandwidth", "below_db": -10}	S11<-10dB 带宽最大化
自定义表达式	{"type": "expression", "expr": "min(s11_db)"}	灵活组合

objective 默认方向：s11 类为最小化，gain/bandwidth 类为最大化。可通过 direction 覆盖。

两个管道（run-probe-phase、run-optimization-step）均接受 objective 参数。省略时默认 {"type": "s11_min_db"}，与旧行为完全一致。

触发条件

使用本 Skill：

• 参数优化循环、S11 指标迭代、多轮仿真对比
• 需要实现"仿真 → 读结果 → 解析指标 → 判断是否达目标"的自动化循环
• 需要定义早停条件（target S11 阈值、轮数上限）

不使用本 Skill：

• 单次仿真或结果读取（用 cst-runtime-cli）
• 纯几何建模、材料、边界定义

文件名约定

导出文件统一放到 exports/，固定命名：

exports/
  s11_run{N}.json              ← {N}=CST run_id，无时间戳
  farfield/{freq}_port{port}_run{N}_{quantity}.json ← 每轮独立
  result_2d_*.json
  report.html                  ← generate-report 输出

优化迭代模式

所有优化迭代走统一模式：

┌─ agent 循环 ──────────────────────────────────────────────┐
│ run-optimization-step --objective <spec>                   │
│   → objective_value, study_best, steps_since_improvement   │
│   → 达标? → break / ask_study_failed? → switch sampler    │
│   → 未达标 → 继续循环                                       │
└───────────────────────────────────────────────────────────┘

run-probe-phase 和 run-optimization-step 是自包含管道，各自管理完整的 session 生命周期。详见 describe-pipeline。

如需在标准流程中插入自定义步骤（如改参后验证实体），可回退到原子工具（prepare-experiment + run-experiment + ask-study + tell-study 等）。

降级模式（无需 Optuna 时）

适合仅需简单改参仿真对比、不建 study 的场景：

┌─ 每轮迭代 ──────────────────────────────────────────────────────┐
│ prepare-experiment  ← 修改参数（支持 names+values 批量改参）      │
│   → run-experiment  ← 仿真 + 自动导出 S11 + 远场                     │
│   → agent 看 objective_value → 早停判断                           │
│   → 达标 break / 未达标继续下一轮                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

prepare-experiment 和 run-experiment 是自包含管道，各自管理完整的 session 生命周期。

原子工具模式（需要自定义步骤时）

┌─ 每轮迭代 ─────────────────────────────────────────┐
│ cst-session-open                                    │
│   → change-parameter → save-project                 │
│   → start-simulation-async → wait-simulation        │
│   → cst-session-close --save false                  │
│   → export-run-results                              │
│   → 早停判断 → 达标 break / 未达标继续下一轮              │
└────────────────────────────────────────────────────┘

每次新建项目

适合改变几何实体或需要完全独立数据。每轮独立 run_00N 目录。

prepare-run(run_00N) → prepare-experiment
  → run-experiment

结果显示

# 先用 args-template 生成参数，再调用
uv run python -m cst_runtime args-template --tool generate-report
# 编辑模板中的 data_dir、output_html、modules 字段
uv run python -m cst_runtime generate-report --args-file <模板.json>

modules 默认 s11,farfield3d,timeline，可选 metrics,optimization。

generate-report 自动读取 exports/ 下的全部 s11_run*.json 和 farfield/*.json，渲染 S11 曲线、3D 远场、参数变更记录和操作审计。

3D 远场仪表板：使用 WebGL Canvas 渲染，支持鼠标拖拽旋转、滚轮缩放、自动旋转。页面自包含（无 CDN 依赖），可作为独立 HTML 文件离线查看。

自动化优化循环红线

早停判断 是本 Skill 区别于照单执行的关键红线。其他通用红线（session 分离、S11 复数处理、远场增益证据约束等）见 cst-runtime-cli SKILL.md。

• 每轮执行流程必须包含早停判断：仿真 → 读结果 → 计算 objective → 判断是否达目标 → 达则 break，不达则继续
• "执行"和"评估"不得拆分为两个独立阶段；目标指标必须在每轮循环体内部实时解析和判断
• 若未实现早停导致超过目标后继续执行额外轮次，任务输出必须明确标记为 overrun
• 参数发现：使用 inspect-project（而非 list-parameters）一次性获取全部参数名、值、中文描述。避免逐一 describe-tool 查每个参数。
• 探针强制：待优化参数 ≥ 4 个时，必须先执行探针阶段（run-probe-phase），筛选关键参数后再进入正式优化循环。跳过探针直接进入正式优化的，任务输出必须标记为 probes_skipped，由此产生的浪费轮次计入 agent 成本。

禁止自编优化脚本

agent 不得为优化循环编写独立 Python 脚本（如 optimize_loop.py、run_optimization.py 等）。

所有优化迭代必须使用现有管道工具（run-probe-phase + run-optimization-step，或降级到 prepare-experiment + run-experiment）或原子工具的 CLI 原生编排。脚本层无法正确处理：

• CST 缓存命中后的状态恢复
• DE 进程锁死后的自动重启
• 多 run_id 的数值排序读取
• 远场导出的时序依赖
• 探针阶段的多轮循环状态管理

任何偏离管道工具的自定义脚本均视为违规，由此产生的浪费（仿真轮次、时间、结果丢失）由 agent 承担。

禁止销毁已有 run 数据

run 目录（runs/run_xxx/）是不可逆数据容器。禁止：

• 删除或覆写 exports/ 下的历史导出文件
• 从源工程重新拷贝 .cst 替换 projects/working.cst——这会丢失所有历史 run_id 和结果

当需要干净工程状态（如清除 CST 内部缓存、重置仿真历史）时，必须：

prepare-run → 创建新 run_00N 目录
             → 从源工程拷贝到新 run 的 projects/
             → 新旧 run 各自保留完整数据

这样旧 run_00N-1/ 的 exports/ 和 project 历史保持完整，新 run_00N/ 从零开始，互不干扰。

已知问题与恢复

问题	原因	恢复方式
端口非均匀填充	修改 g(脊间距) 导致端口区域出现多种材料	cst-session-close --save false 丢弃改参，恢复原值
部分仿真未重跑	CST 检测到网格未改变时可能返回缓存结果	run-experiment 内置 run_id 预检对比，输出 warning 字段
远场导后保存	远场导出使 CST 进入错误状态	close(save=False) 自动处理；不要额外调用 save

优化闭环流程

Phase 0：准备

目的： 确保 agent 和用户对优化目标一致理解。

1. prepare-run → get-run-context
2. inspect-project → 返回全参数（含 category）
3. agent 筛选 category=geometry 的参数作为候选，列出给用户
4. 向用户确认 5 项：
   • 工程类型
   • 优化目标函数（S11 min / 指定频率 S11 / 增益 / 带宽 / 自定义表达式）
   • 目标阈值
   • 候选参数列表（含初始范围）
   • 几何约束（如 L ≥ g）
5. agent 将用户确认的优化目标翻译为 objective 参数格式

引导规则：

优化目标必须向用户确认后才能进入探针阶段。参数选择以 category=geometry 为主。 用户描述的目标由 agent 翻译为 objective spec。无明确目标时默认最小化 objective。

Phase 1：探针（参数≥4 强制）

uv run python -m cst_runtime run-probe-phase \
  --project-path <run>\projects\working.cst \
  --parameters '{"R":{"min":0.1,"max":0.5},"g":{"min":20,"max":30}}' \
  --study-storage <run>\studies\optimization.db \
  --study-name horn_matching \
  --objective '{"type":"s11_min_db"}'

run-probe-phase 自动完成：

1. 复制 working.cst → working_probe.cst（基线隔离）
2. 设计 Plackett-Burman 折因实验
3. 逐点仿真，按 objective 函数计算值
4. 导出移入 exports/probe/
5. 分析主效应 + 交互效应
6. 注入 Optuna study

返回： main_effects、interactions、top_params、edge_hit、suggested_algorithm

agent 决策：

决策	信号	规则
选参数	main_effects_normalized	> 0.1 保留，< 0.05 固定为中心值
调范围	edge_hit	true → 扩范围或提示用户
选算法	suggested_algorithm	TPE（默认）/ CMA-ES（多参数+强交互）

Phase 2：优化循环

uv run python -m cst_runtime run-optimization-step \
  --project-path <run>\projects\working.cst \
  --study-storage <run>\studies\optimization.db \
  --study-name horn_matching \
  --objective '{"type":"s11_min_db"}'

run-optimization-step 自动完成：

1. 切换优化器（如指定 --sampler）
2. ask-study — Optuna 采样
3. prepare-experiment — 改参 + 保存
4. run-experiment — 仿真 + 导出
5. 按 objective 函数计算值
6. tell-study — 回报结果

返回： objective_value、study_best、steps_since_improvement

agent 早停判断：

每轮返回后:
  1. objective_value < target? → break ✓
  2. ask_study_failed 且未达标且未换过优化器? → --sampler cma-es 切换
  3. 否则继续循环

切换优化器： 加 --sampler cma-es 或 --sampler random。pipe 内部重建 study + 迁移历史 trial。

Phase 3：收尾

1. generate-report
2. 收敛质量评估：study_best 在边界？相比 probe mean_value 有改善？
3. 灵敏度验证：最优 ±1%、±5% 跑 check-point，用同一 objective 函数评估
4. 经验写入 docs/opt-exp-*.md

引导规则：

灵敏度验证使用与优化阶段相同的 objective 函数。经验入库是验收项，缺少 docs/ 记录的任务标记为 incomplete_docs。

泛用经验总结

每次优化任务完成后，必须提炼可复用的泛用经验，写入工作区根目录的 docs/ 目录。

触发条件

满足以下任一条件即需总结：

• 遇到新的 CST 行为陷阱（缓存、覆盖、状态异常等）
• 发现参数间的交互效应或非线性关系
• 探针阶段筛选出意外的关键参数
• 优化策略（TPE、网格搜索等）在特定场景下表现异常
• 管道工具组合使用中发现的新模式或限制

输出格式

文件命名：docs/opt-exp-{YYYY-MM-DD}-{简短主题}.md

内容结构：

# 经验：{标题}

## 场景
- 工程类型：
- 参数集：
- 优化目标：

## 发现
{具体现象、数据、对比结果}

## 根因
{分析结论，区分 CST 行为 vs 物理规律 vs 工具限制}

## 泛用规则
{可迁移到其他工程的经验，1-3 条}

## 验证状态
- [ ] 单次验证 / [ ] 多次验证 / [ ] 跨工程验证

存放位置

工作区根目录 docs/ 下，按主题分类：

• docs/opt-exp-*.md — 优化经验
• docs/cst-traps-*.md — CST 陷阱
• docs/pipeline-patterns-*.md — 管道编排模式

质量要求

• 泛用性：经验必须能迁移到至少 2 个不同工程场景，否则不写
• 证据驱动：每条结论必须有对应的 exports/ 数据或 stages/ 记录支撑
• 不重复：写入前检查 docs/ 是否已有同类经验，有则追加而非新建
• 不写过程：只写结论和规则，不记录"我做了什么"的流水账

引用

以下通用规则详见 cst-runtime-cli SKILL.md：

• CLI 调用原则 — 入口模式、JSON 契约、args-template 优先（默认写到 .cst_runtime/tmp/）、project_path 约束
• 管道工具自包含性 — prepare-experiment/run-experiment/inspect-project 各自管理 session，无需前置 cst-session-open
• 错误处理 — workspace_not_initialized、source_project_missing、ambiguous_open_projects、lock_not_released、Access is denied
• 进程管理前置 gate — cst-session-management-gate 管道、硬性停止条件
• 结果与远场红线 — S11 复数处理、modeler/results session 分离、仿真后关闭顺序、close(save=False) 规则

最终验收清单

• 优化循环每轮均实现早停判断
• exports/ 下有导出文件（s11_run{N}.json 等）
• status.json 状态正确
• 工程已关闭且无 .lok 锁文件
• 清理 CST 进程结果已记录
• logs/tool_calls.jsonl 和 stages/ 可追溯
• 只使用了 Skill + CLI，没有调用旧脚本
• 使用了 objective 函数（非默认需确认）
• 参数数 ≥ 4 的优化已执行探针阶段（run-probe-phase 或 design-probes + analyze-probes + study-add-trials）
• 探针结果（主效应、交互效应、top_params）已记录到 stages/