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AI tokamak tutorial

Posted Updated
By Chenguang Wan
15 min read
AI tokamak tutorial

研究方向

AI + 托卡马克，包括数据、控制和物理模拟加速等多个方面。参考链接。

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教材和书本

下列课程不分先后顺序，也可以当工具书查阅

  • 磁约束等离子体实验物理，科学出版社，王龙
  • 托卡马克第四版，清华大学出版社，王文浩译
  • Dive into deep learning - author Mu Li
  • B站视频，跟着李沐学AI - author Mu Li https://space.bilibili.com/1567748478
  • 强化学习 - EasyRL https://datawhalechina.github.io/easy-rl
  • https://www.deeplearningbook.org/ - MIT deep learning book
  • 吴恩达机器学习课程，https://space.bilibili.com/3493134768016008

其他理论知识

  • 时间序列分析, https://www.math.pku.edu.cn/teachers/lidf/course/atsa/atsanotes/html/_atsanotes/index.html (较为理论，可能部分看不懂)
  • 基本机器学习算法可视化和公式讲解，即 scikit-learn 的文档，https://scikit-learn.org/stable/

预备知识

基础知识

  • 使用 Google，Chat-GPT 等，具备顺畅访问 Google 和 Chat-GPT 的能力
  • Linux 和 GIT 的基本操作，其中不掌握任何Linux基础知识的，可以先用 WSL2 熟悉。特别是其中 ssh 公钥和私玥的使用方法
    • 所谓WSL，即 Windows Subsystem for Linux 官方安装教程：https://learn.microsoft.com/en-us/windows/wsl/install
    • Linux 需要了解 LIBRARY_PATH, LD_LIBRARY_PATH, PATH, INCLUDE, MANPATH，这5个环境变量的使用方法
    • An interactive Git visualization tool to learn concept
  • 机器学习模型搭建的基本操作，
    • 最低要求熟练跑通 Torch 官方 DistributedDataParallel 中的 “nccl” 和 “gloo” 即 GPU 和 CPU 的训练后端。
    • Python + numpy + pandas + h5py + PyTorch + matplotlib + jupyter + VScode 的熟练运用
  • 熟读提问的智慧，之后再提问，特别注意不着编边际的问题。
  • 简单而言，先中文搜索，然后英文搜索，deepseek chat-GPT，claude 等全部都搜一遍。如果还是无法解决再在群里提问，或者找师兄师姐们，最后再去问老师。
  • 如果花了 5 天以上的时间搞不定，那就还是去问问人。

账号开通列表

  • 等离子体物理研究所邮箱 - 询问自己室的秘书
  • 开通新神马和老神马账号，特别是要开通新神马 DCU 权限 - 刘晓娟老师负责
  • EAST 账号 Link - 王枫老师管理
  • 加入小组 WPS 共享资料库
  • 生成 ed25519 算法的 ssh 公钥， 上传到共享资料库/Storage/ssh/组内公钥.docx

    生成方法 ssh-keygen -t ed25519 -C "<yourname>"

代码和配置类问题解决方案

  1. 百度，Google，GPT全都搞一遍，特别是要注意给问题翻译成英文去搜一搜
  2. 测试多种网络环境，不同账号是否有问题
  3. 提供可能的问题来源，比如log等。比如最小复现方法。
  4. 总结来说：先自己尝试解决，解决不了，就给问题化简到别人能最小复现的版本，然后再提问。提问的话，先尝试找师兄师姐等同学，然后再找老师。

常用链接

链接打不开

  1. 缺乏相关账号，请回到开通账号
  2. 没有在内网，请使用 vpn, 或者 WebVPN

常用链接

代码开发

  • 工具链：Conda + Pytorch ( >= 2.4 推荐 latest stable version ) + Python >= 3.9 (推荐3.12)。PS：目前 Conda 对于组织已经不是免费的了，后续会逐步迁移至x miniforge, miniforge 用法和 conda 一样，只是是完全基于开源社区的。
  • 数据库目前是基于 HDF5 的内部数据库
  • 代码风格见 开发规范。
  • 内部 private_modules 包，有很多常用的数据操作方法，请不要分享。具体使用方法可以咨询王明龙

MDSplus 数据库读取的简略方法 - Python

  • 安装 https://github.com/MDSplus/mdsthin
  • 参考 GitHub 中的相关教程。其中用 with statement 是推荐方法，因为自动关闭 Connections 可以节省 MDSplus 数据库的 TCP 连接资源。
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import mdsthin
def mdsthin_get(shot, tree_name, node_name, server_name='mds.ipp.ac.cn'):
    node_name = rf'\{node_name}'
    with mdsthin.Connection(server_name) as c:
        c.openTree(tree_name, shot)
        node_data = c.get(node_name).data()
        node_time = c.get(f'dim_of({node_name})').data()
        # c.disconnect() will be called automatically
    return node_data, node_time
shot = 100000
tree_name = 'east'
node_name = 'ipm'
server_name = 'mds.ipp.ac.cn'
mdsthin_get(shot, tree_name, node_name, server_name)

EAST的数据使用和相关的数据库位置

  1. 请不要用 python 脚本读取MDS+数据库。虽然我们内部的有相对应的数据读取方法，但是这个会影响到 EAST 正常实验的进行。如果需要使用，请一定要征得 chenguang.wan 的同意
  2. 数据库所有的数据请不要进行除读数据外的任何操作。误删会影响所有人的工作

数据库使用方法

  1. 新神马服务器数据 /data/share/chenguang_wan/DataBase，该数据库支持高 IO 的数据访问，可以使用 Python 高 IO 的读取
  2. 具体使用教程可以询问：王明龙和卢敬敬

论文撰写和文献管理相关

论文署名

下面署名一个标点符号都不能错

中文名：中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所，合肥 230031，中国

英文名：Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China

中文名：中国科学技术大学，合肥 230026，中国

英文名：University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

满足毕业条件后，建议将署名的第一单位改为合肥物质科学研究院，这样的话，不仅可以拿到科研奖励，对于未来的职业发展也有帮助。

用到EAST数据，需要在作者名列表中加上 EAST team, 其中 EAST team 的 affiliation 是 Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China

软件和 LyX 模板等

  • 文献管理 – 使用 Zotero
    • 使用Better BibTex 插件导出.bib文件，其中需要添加自定义配置以实现规范的Citation Keys, 设置 Edit -> Settings -> Better BibTex -> Citation keys和Active citation key formula 均设置为: auth(0,1,author,false).capitalize+year
    • 可使用Better Notes 插件实现基于markdown的笔记功能
    • Zotero 可以配置 WebDav / Sync Disk 以实现跨端同步文件和笔记的功能
    • WebDav 配置可以参考中国科技云webdav支持
  • 论文撰写 – 使用 Lyx 2.4.x 版本 + latex 最新版 + IOP 模板，如果以使用高版本的 Lyx 编写文档，可以用高版本自带的导出功能将文档导出成兼容 2.4.x 版本的形式，具体方法见下图

lyx_convert lyx 版本转换

  • IOP 模板下载位置：https://www.kdocs.cn/l/cbc9uJBTrkSa，IOP 模板安装方法 https://www.cnblogs.com/freedom-wan/p/13429879.html
  • Nuclear Fusion 相关 lyx 模板，请基于该模板进行撰写，该模板的格式更加优美，能让审稿人看的更爽，下载链接 https://www.kdocs.cn/l/ccj2tevnX0Tl

论文排版技巧

  • 所有的图片，除非没有 pdf 版本的图片，否则的话全都使用 pdf 矢量图。
  • 如果喜欢 latex overleaf, 建议使用 中国科技云 overleaf 共享网站 https://latex.cstcloud.cn/project。
  • 其他格式 一般按照 Nuclear Fusion 格式，特别注意文献引用和图表引用
  • 最好保证自己的英文论文能用 pdflatex 编译不出错，这样才是各类英文期刊比较容易通过的格式

论文撰写

  • 投稿之前一定要让”Chenguang Wan@chenguang.wan@ipp.ac.cn”确认作者列表，这个十分重要！！！
  • 如果合适的话，在论文投稿之前，最好写一个 专利和软著
  • 论文投稿之前，需要在 pinboard 上 公示，公示方法参考
  • 基本流程：论文初稿 → 专利 → 软著→ 投稿，专利的申请日要在论文发表日之前。
  • 所有论文全都用我的账号投稿，这样我能最快的和编辑沟通。（惨痛经验可以详询 Minglong Wang）

论文撰写其他需要注意的细节

  • 不要中英文标点混排，因为半角和全角符号的处理方式不一样，容易出现很奇怪的错误。比较容易出错的有：中文:”（）”, 和英文 “(),”, 即括号，逗号，句号，引号。
  • ~ 是 \sim 而不是直接敲 ~
  • .bib 文件， Key 最好以 author-FirstName.capitalize+year, 姓首字母大写 + 年份，如果重复的话，即后面缀上 a,b,c 用以区别。即 Wan2025c 这种格式
  • 最好每个参考文献都有 doi，没有 doi 的时候最好有 url，而且只能出现一个链接，doi 优先，没有 doi 再选择其他链接。

论文致谢

这个部分非常重要，关系到科研项目是否能顺利结项。

  1. 如果用到EAST数据需要添加下列语句：

    We thank the staff members at EAST in Hefei (https://cstr.cn/31130.02.EAST ), for providing technical support and assistance in data collection and analysis.

  2. 其次对于所有在本论文中帮助过你的人，但是不在论文作者中，需要在致谢部分给出
  3. 项目致谢，这部分需要让 chenguang.wan@ipp.ac.cn 确认

可投期刊推荐

一区 TOP 类可投

  1. Nature Machine Intelligence: 这个比较简单，目测是很容易拿下的子刊
  2. Nature Physics
  3. Nature Energy
  4. Nature Communications
  5. Communications Physics：该期刊一般是 Nature Communication 投不中的选择
  6. Cell Reports Physical Science
  7. Nuclear Fusion，其中有 Nuclear Fusion Letter，Letter 属于 NF 中比较重要的文章。
  8. Nature Machine Intelligence
  9. The Innovation (Cell Press)
  10. Journal of Fusion Energy
  11. Science Advance：和 NC 类似

二区期刊可投

  1. Nuclear Materials and Energy
  2. NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN
  3. PPCF

纯 AI 领域

  • NeurIPS, AI for Science Workshop
  • ICLR，ICML，AAAI， AI for Science

可投水刊列表

  1. IEEE Transactions on Nuclear Science
  2. Fusion Engineering and Design
  3. IEEE Transactions on Plasma Science

推荐审稿人列表

不宜公开内容，列表见链接

论文中建议给下列论文，全都引用一遍

Recommended citations

管理要求

  • 所有组内同学，必须按照一周一次的频率发送周总结报告，具体方式参见组群
  • 保持邮件畅通，在手机上安装相应的邮件程序。包括论文、会议等学术活动的通知大多使用邮件。PS: 中科院邮件客户端设置教程

其他说明

中国科技云

链接：https://www.cstcloud.cn/

开通等所邮件之后，就有科技云的访问权限了。科技云可用来 Latex 协作，免费的 webdav 支持，免费的开源镜像服务。有兴趣可以了解一下使用方法。

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This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.

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