当物理定律与高精度计算相遇:我的新开源项目 N-Body

大家好,今天想和大家聊聊我计划投入的下一个开源项目:n-body------一个天体运动模拟程序。

缘起:物理世界的纯粹之美

多年前,我就曾被物理世界的简洁与优雅所深深吸引,尝试用 C++、JavaScript 和 C# 编写过二维的天体运动模拟,特别是经典的三体问题和太阳-地球-月亮系统。

当看着完全由物理定律驱动的代码,在屏幕上描绘出星辰的轨迹时,那种创造的喜悦与成就感,至今记忆犹新。这纯粹是由兴趣驱动的探索,是一种难以言喻的、源自代码与自然规律共鸣的美妙感觉。

昔日的探索与瓶颈

然而,那时的探索充满了遗憾与挑战:

  • 数值精度问题:当时的我对高级的数值微分方法(如龙格-库塔法)了解不深,导致模拟的累积误差很大,星辰的轨迹很快便会偏离现实。
  • 计算工具匮乏 :核心的瓶颈在于,C# 生态中缺少一个强大的高精度数值计算库。这直接导致了我后来的开源项目 sdcb.arithmetic 的诞生,但在当时,这块拼图是缺失的。
  • 开发效率:在那个没有 AI 辅助编程的年代,很多想法的验证和代码实现都相对低效。

如今,万事俱备

时过境迁,如今再次审视 n-body 项目,可谓是水到渠成。几块最关键的拼图已经凑齐:

  1. 理论知识的成熟 :我对现代数值求解器,特别是像 ODE45Cash-Karp 等算法,有了更深入的理解,这为解决误差问题提供了理论基础。
  2. 核心工具的完善 :我亲手打造的高精度数值计算库 sdcb.arithmetic(基于底层的 GMP 和 MPFR)已经发布并日趋成熟,它为 .NET 带来了前所未有的计算能力。
  3. 开发效率的飞跃:AI 辅助开发的普及,极大地提升了我的编码和研究效率。

这三块重要拼图的完成,让我重新整理和审视 n-body 项目成为了一个自然而然的选择。

挑战与展望:追求极致性能的闭环

当然,这并不意味着前路一片坦途。sdcb.arithmetic 库虽然可以实现方便的调用和极致的性能,但目前还无法两者兼得。在 n-body 项目中,我的选择非常明确:性能优先

"能跑起来"绝不是胜利,我更关心的是:

  • 性能基准 :它能跑多快?相比于原生的 double 类型,性能差距究竟有多大?
  • 结果对比 :高精度计算能够带来哪些与 double 截然不同的、更精确的模拟结果?

更重要的是,我希望形成一个良性循环:在 n-body 项目中获得的性能优化经验,将直接反哺到 sdcb.arithmetic 库的改进中,让这个基础库变得更加强大。

欢迎围观与加入

目前,n-body 项目的初始框架已经提交到 GitHub,一些敏锐的粉丝可能已经注意到了。感谢大家的关注!

感谢您读到这里。如果这个项目让您感到一丝兴奋或好奇,不妨点个赞、加个 Star,或者加入我的 .NET 骚操作 QQ 群 (495782587),一起交流探讨,见证这个项目的成长。