К основному содержанию
скилл CX Codex

time-stepping — скилл для Claude Code: шаги времени и установка

Помогает выбрать шаг времени для нестационарного моделирования, настроить адаптивный шаг и рассчитать интервалы сохранения результатов и контрольных точек.

Установить в Claude Code · Через Skills CLI (Vercel) Все способы и платформы ↓
npx skills add HeshamFS/materials-simulation-skills --skill time-stepping -a claude-code
Открыть на GitHub

Что делает time-stepping

Скилл time-stepping помогает планировать временную сетку для нестационарных симуляций. Он учитывает ограничения устойчивости CFL, диффузионные и реакционные ограничения, целевой шаг и коэффициент запаса. Для резких градиентов, фазовых переходов и холодного старта можно задать постепенное увеличение шага, чтобы начальный переход не проходил сразу на целевом значении.

В комплект входят три Python-скрипта: scripts/timestep_planner.py рассчитывает рекомендуемый шаг и расписание его увеличения, scripts/output_schedule.py формирует моменты сохранения результатов, а scripts/checkpoint_planner.py планирует контрольные точки и оценивает накладные расходы. Скрипты выдают JSON с расчётными значениями и предупреждениями. Для работы нужен Python 3.10+; внешние библиотеки не требуются, используются стандартные средства Python.

Рабочий процесс включает получение ограничений устойчивости, расчёт шага, настройку вывода и планирование восстановления после сбоя. При выборе интервала контрольных точек учитывается допустимая потеря вычислений. Важно передавать планировщику фактический предел устойчивости: без него рекомендация по шагу не подтверждает, что расчёт укладывается в физические ограничения.

Какие задачи решает

  • Рассчитать рекомендуемый шаг времени по пределу устойчивости
  • Настроить постепенное увеличение шага при резких градиентах
  • Сформировать расписание сохранения результатов по физическому времени
  • Подобрать интервал контрольных точек с учётом стоимости записи
  • Найти причины уменьшения или колебаний адаптивного шага

Примеры запросов агенту

  • Подбери шаг времени для симуляции с целевым значением 1e-4, пределом устойчивости 2e-4 и коэффициентом запаса 0.8, затем запусти scripts/timestep_planner.py с расписанием разгона на 10 шагов.
  • Составь расписание сохранения результатов от 0 до 10 секунд с интервалом 0.1 через scripts/output_schedule.py.
  • Рассчитай интервал контрольных точек для запуска длительностью 36000 секунд, стоимостью записи 120 секунд и допустимой потерей 1800 секунд с помощью scripts/checkpoint_planner.py.

Как установить time-stepping

1Через Skills CLI (Vercel)

npx skills add HeshamFS/materials-simulation-skills --skill time-stepping -a claude-code

2Вручную: положить файлы

~/.claude/skills/time-stepping/SKILL.md

Папка скилла целиком; для одного проекта — .claude/skills/time-stepping/

По шагам, с командами для каждой платформы: Как установить скилл в Claude Code: пять способов

Вопросы о time-stepping

Как установить time-stepping в Claude Code?

Выполните npx skills add HeshamFS/materials-simulation-skills --skill time-stepping -a claude-code. Файл скилла будет доступен по пути ~/.claude/skills/time-stepping/SKILL.md.

Что делает скилл time-stepping?

Он помогает рассчитывать шаги времени, задавать разгон в начале симуляции и планировать сохранение результатов и контрольных точек. Также он помогает разбирать ситуации, когда адаптивный шаг уменьшается или колеблется.

Нужны ли дополнительные библиотеки для time-stepping?

Нужен Python 3.10 или новее. Скрипты используют стандартную библиотеку Python, поэтому внешние зависимости для описанных расчётов не нужны.

Исходный текст

SKILL.md · Apache-2.0
---
name: time-stepping
description: >
  Plan and control time-step policies for transient simulations — couple
  CFL and physics-based stability limits with adaptive stepping, ramp initial
  transients through sharp gradients or phase changes, schedule output intervals
  and checkpoint cadence, and plan restart strategies for long-running jobs.
  Use when choosing dt for a new simulation, diagnosing adaptive time-step
  oscillations, deciding checkpoint frequency to minimize lost work, or
  setting up output schedules aligned with physical time scales, even if
  the user only says "my run is too slow" or "how often should I save."
allowed-tools: Read, Bash, Write, Grep, Glob
metadata:
  last_deterministic_eval: "2026-10-20"
  agent_evaluation_status: "not_revalidated"
  author: HeshamFS
  version: "1.2.3"
  security_tier: high
  security_reviewed: true
  tested_with:
    - claude-code
  last_evaluated: "2026-06-24"
  eval_cases: 5
  last_reviewed: "2026-10-19"
  standards:
    - "Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition (Courant, Friedrichs, Lewy 1928)"
    - "von Neumann stability analysis (Fourier/diffusion and Courant number limits)"
    - "Daly (2006), optimal checkpoint interval formula"
    - "Young (1974), first-order checkpoint interval refinement"
---

# Time Stepping

## Goal

Provide a reliable workflow for choosing, ramping, and monitoring time steps plus output/checkpoint cadence.

## Requirements

- Python 3.10+
- No external dependencies (uses stdlib)

## Inputs to Gather

| Input | Description | Example |
|-------|-------------|---------|
| Stability limits | CFL/Fourier/reaction limits | `dt_max = 1e-4` |
| Target dt | Desired time step | `1e-5` |
| Total run time | Simulation duration | `10 s` |
| Output interval | Time between outputs | `0.1 s` |
| Checkpoint cost | Time to write checkpoint | `120 s` |

## Decision Guidance

### Time Step Selection

```
Is stability limit known?
├── YES → Use min(dt_target, dt_limit × safety)
└── NO → Start conservative, increase adaptively

Need ramping for startup?
├── YES → Start at dt_init, ramp to dt_target over N steps
└── NO → Use dt_target from start
```

### Ramping Strategy

| Problem Type | Ramp Steps | Initial dt |
|--------------|------------|------------|
| Smooth IC | None needed | Full dt |
| Sharp gradients | 5-10 | 0.1 × dt |
| Phase change | 10-20 | 0.01 × dt |
| Cold start | 10-50 | 0.001 × dt |

## Script Outputs (JSON Fields)

| Script | Key Outputs |
|--------|-------------|
| `scripts/timestep_planner.py` | `dt_limit`, `dt_recommended`, `ramp_schedule`, `notes` |
| `scripts/output_schedule.py` | `output_times`, `interval`, `count` |
| `scripts/checkpoint_planner.py` | `checkpoint_interval`, `checkpoints`, `overhead_fraction`, `warnings` |

`output_schedule.py` `count` is endpoint-inclusive: it includes both `t_start` and `t_end`, so `count = number_of_intervals + 1` (e.g. `t=0..5` at `0.05` spacing yields 101 frames for 100 intervals).

## Workflow

1. **Get stability limits** - Use numerical-stability skill
2. **Plan time stepping** - Run `scripts/timestep_planner.py`
3. **Schedule outputs** - Run `scripts/output_schedule.py`
4. **Plan checkpoints** - Run `scripts/checkpoint_planner.py`
5. **Monitor during run** - Adjust dt if limits change

## Conversational Workflow Example

**User**: I'm running a 10-hour phase-field simulation. How often should I checkpoint?

**Agent workflow**:
1. Plan checkpoints based on acceptable lost work:
   ```bash
   python3 scripts/checkpoint_planner.py --run-time 36000 --checkpoint-cost 120 --max-lost-time 1800 --json
   ```
2. Interpret: Checkpoint every 30 minutes, overhead ~6.7% (Acceptable per the interpretation table), max 30 min lost work on crash.

## Pre-Run Checklist

- [ ] Confirm dt limits from stability analysis
- [ ] Define ramping strategy for transient startup
- [ ] Choose output interval consistent with physics time scales
- [ ] Plan checkpoints based on restart risk
- [ ] Re-evaluate dt after parameter changes

## CLI Examples

```bash
# Plan time stepping with ramping
python3 scripts/timestep_planner.py --dt-target 1e-4 --dt-limit 2e-4 --safety 0.8 --ramp-steps 10 --json

# Schedule output times
python3 scripts/output_schedule.py --t-start 0 --t-end 10 --interval 0.1 --json

# Plan checkpoints for long run
python3 scripts/checkpoint_planner.py --run-time 36000 --checkpoint-cost 120 --max-lost-time 1800 --json
```

## Error Handling

| Error | Cause | Resolution |
|-------|-------|------------|
| `dt-target must be positive` | Invalid time step | Use positive value |
| `t-end must be > t-start` | Invalid time range | Check time bounds |
| `checkpoint-cost must be < run-time` | Checkpoint too expensive | Reduce checkpoint size |

## Interpretation Guidance

### dt Behavior

| Observation | Meaning | Action |
|-------------|---------|--------|
| dt stable at target | Good | Continue |
| dt shrinking | Stability issue | Check CFL, reduce target |
| dt oscillating | Borderline stability | Add safety factor |

### Checkpoint Overhead

| Overhead | Acceptability |
|----------|---------------|
| < 1% | Excellent |
| 1-5% | Good |
| 5-10% | Acceptable |
| > 10% | Too frequent, increase interval |

## Verification checklist

- [ ] Recorded `dt_recommended` and `dt_limit` from `timestep_planner.py` and confirmed `dt_recommended <= dt_limit` with no "Recommended dt exceeds stability limit" note in the `notes` field.
- [ ] Captured the actual `dt_limit` value from the stability analysis (numerical-stability skill: CFL/Fourier/reaction limit) that was fed to `--dt-limit`, rather than guessing — and re-ran the planner after any parameter change.
- [ ] Confirmed `safety <= 1.0` was applied (a margin below the limit), and logged the `notes` array (e.g. "Recommended dt reduced by stability limit", min/max clamps) so the binding constraint is known.
- [ ] Recorded the `output_schedule.py` `count` and verified it is endpoint-inclusive (`count = intervals + 1`, both `t_start` and `t_end` present), so frame counts and post-processing indices are not off-by-one.
- [ ] Recorded the checkpoint `interval`, `method` (`daly` vs `cap`), and `overhead_fraction` from `checkpoint_planner.py`, and confirmed `overhead_fraction <= 0.10` (no `warnings` entry) against the overhead acceptability table.
- [ ] Confirmed every script exited 0 (not exit 2 / stderr `ValueError`) and that quoted dt/interval/checkpoint values come from the JSON `results`, not from a run that printed a validation error.

## Common pitfalls & rationalizations

| Tempting shortcut | Why it's wrong / what to do |
|-------------------|------------------------------|
| "Implicit scheme, so any dt is fine — skip `--dt-limit`." | Unconditional *stability* is not *accuracy*; a large dt still ruins temporal error and resolves no transient. Still pass a physics-based `dt-target` and re-check the recommended dt against time scales. |
| "Set `--safety` above 1.0 to take bigger steps." | `safety` is a margin at or below the limit; `safety > 1.0` would return a dt above the stability limit, so the planner rejects it (exit 2). Lower `dt-limit` expectations or use a finer mesh instead. |
| "It ran without crashing, so the dt is valid." | Run completion is not correctness. Verify `dt_recommended <= dt_limit`, read the `notes` array, and re-plan whenever `v_max`, `D`, `dx`, or the scheme changes — the limit moves with them. |
| "The output `count` looks one too many — drop the last frame." | `count` is endpoint-inclusive by design (`intervals + 1`); both `t_start` and `t_end` are real outputs. Trimming it silently loses the final state. |
| "Checkpoint every step to never lose work." | That drives `overhead_fraction` past 10% (the planner emits a `warnings` entry) and dominates runtime. Use `--max-lost-time` (cap) or `--mtbf` (Daly) so overhead stays in the Acceptable band. |
| "Reuse last week's dt/checkpoint plan; the model is basically the same." | Stability and optimal checkpoint interval depend on current `dx`, velocity/diffusivity, `checkpoint-cost`, and MTBF. Re-run the three scripts with current values rather than copying stale numbers. |

## Security

### Input Validation
- All numeric parameters (`dt-target`, `dt-limit`, `safety`, `t-start`, `t-end`, `interval`, `run-time`, `checkpoint-cost`, `max-lost-time`) are validated as finite positive numbers (non-finite values such as `inf`/`nan` are rejected)
- `safety` is bounded to `<= 1.0` (a safety factor is a stability margin at or below the limit; values above 1.0 are rejected)
- `ramp-steps` and `preview-steps` are validated as non-negative integers with an upper bound of 1,000,000; only the previewed slice of the ramp is materialized to bound memory use
- Time range consistency is enforced (`t-end` must exceed `t-start`; `checkpoint-cost` must be less than `run-time`)

### File Access
- Scripts read no external files; all inputs are provided via CLI arguments
- Scripts write only to stdout (JSON output); no files are created unless the agent explicitly uses the Write tool

### Tool Restrictions
- **Read**: Used to inspect script source, references, and user configuration files
- **Bash**: Used to execute the three Python planning scripts (`timestep_planner.py`, `output_schedule.py`, `checkpoint_planner.py`) with explicit argument lists
- **Write**: Used to save generated time-step plans or checkpoint schedules; writes are scoped to the user's working directory
- **Grep/Glob**: Used to locate relevant files and search references

### Safety Measures
- No `eval()`, `exec()`, or dynamic code generation
- All subprocess calls use explicit argument lists (no `shell=True`)
- Scripts use only Python standard library; no pickle loading or deserialization of untrusted data
- All output is deterministic JSON with no shell-interpretable content

## Limitations

- **Not adaptive control**: Plans static schedules, not runtime adaptation
- **Assumes constant physics**: If parameters change, re-plan

## References

- `references/cfl_coupling.md` - Combining multiple stability limits
- `references/ramping_strategies.md` - Startup policies
- `references/output_checkpoint_guidelines.md` - Cadence rules

## Version History

- **v1.2.3** (2026-10-19): Reject minimum timesteps that violate the specified stability limit and safety factor.

- **v1.2.2** (2026-06-24): Added Verification checklist and Common pitfalls & rationalizations sections grounded in the three planning scripts' actual outputs
- **v1.2.0** (2026-06-23): Corrected overhead/frame-count docs and evals, removed output-time float drift, hardened input validation (checkpoint-cost < run-time, safety <= 1.0, bounded ramp/preview steps, finite checks)
- **v1.1.0** (2024-12-24): Enhanced documentation, decision guidance, examples
- **v1.0.0**: Initial release with 3 planning scripts

© HeshamFS · Apache-2.0 · HeshamFS/materials-simulation-skills

Похожие скиллы

Все скиллы по теме «Наука и исследования» →
anysearch anysearch-ai Скилл подключает поиск в интернете, тематические запросы, параллельный поиск и извлечение содержимого страниц. Пригодится, когда агенту нужны свежие сведения или нужно проверить утверждение. CX Codex +1 38 500установок academic-paper Imbad0202 Скилл разворачивает конвейер из 12 агентов для подготовки научных статей в 11 режимах. Помогает пройти путь от поиска литературы и плана до проверки цитат и ответа рецензентам. CX Codex +1 10 900установок nature-figure Yuan1z0825 Скилл собирает, правит и проверяет рисунки для научных статей на Python или R. Пригодится, когда графики идут в submission, а не в отчёт. CX Codex +1 18 800установок academic-paper-reviewer Imbad0202 Скилл имитирует коллегиальную проверку научной статьи через пять ролей. Пригодится для рецензии, повторной проверки правок и оценки методологии. CX Codex +1 9 900установок nature-polishing Yuan1z0825 Скилл для правки, перевода и сокращения готового академического текста. Держит факты, термины и границы доказательств на месте. CX Codex +1 17 500установок nature-citation Yuan1z skill, refactored into static/dynamic layers Ищет статьи из Nature и семейства CNS для подтверждения тезисов рукописи, связывает утверждения с источниками и готовит экспорт для менеджера ссылок. Пригодится, когда нужны ссылки именно из этих журналов. CX Codex +1 15 600установок

Из того же набора18

ontology-mapper Сопоставляет термины материаловедения и описания кристаллов с классами и свойствами онтологий. Пригодится для подготовки аннотаций образцов и симуляций. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо ontology-explorer Разбирает OWL/XML-файлы онтологий CMSO и ASMO, показывает дерево классов, свойства и связи domain/range. Пригодится, когда нужно подобрать термин для описания структуры или симуляции. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо slurm-job-script-generator Скилл собирает SLURM-скрипты для sbatch и проверяет запросы ресурсов. Пригодится для настройки MPI, OpenMP и GPU-заданий на кластере. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо hpc-runtime-doctor Разбирает, почему уже отправленная задача на кластере упала, зависла или идёт медленно: раскладка MPI/OpenMP/GPU, модули, walltime, restart. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо numerical-stability Проверяет условия CFL и Фурье, запускает анализ устойчивости фон Неймана и вычисляет обусловленность матриц для нестационарных задач с частными производными. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо numerical-integration Подбирает методы интегрирования для ОДУ и ЧДУ, настраивает адаптивный шаг и схему IMEX-расщепления при решении дифференциальных уравнений. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо nonlinear-solvers Скилл помогает выбрать и настроить нелинейный решатель, а затем проверить сходимость и качество якобиана. Пригодится, если метод Ньютона расходится или работает медленно. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо mesh-generation Считает шаг сетки по физическим масштабам и проверяет качество ячеек перед запуском решателя. Пригодится, когда солвер не сходится или непонятно, сколько точек класть на интерфейс. CX Codex +1 ★ 83звёзд репо

Спонсоры проекта

Компании, которые помогают держать аналитику открытой