09_particle_sim: add nagadoyuji submission

.gitignore

@@ -0,0 +1,12 @@
+# 构建与运行产物（不提交）
+*.exe
+*.lib
+*.exp
+*.obj
+*.o
+*.bin
+*.nsys-rep
+*.sqlite
+# 脚本生成的数据（可用 generate_particles.py 重新生成）
+data/particles_1k.txt
+data/particles_10k.txt

09_particle_sim/README.md

@@ -1,21 +1,5 @@
-## 简介
+# 09_particle_sim
 
-你是粒子对撞机项目的核心算法工程师，负责模拟粒子在加速器中的运动轨迹，以优化探测器布局和碰撞参数。对撞机每天产生海量粒子数据，但物理学家需要直观地看到粒子如何在磁场中偏转，以验证理论模型。
+带电粒子在磁场中的运动轨迹模拟（CUDA + Python 可视化）。
 
-你的任务是开发一个 GPU 加速的粒子追踪模拟器，能够并行计算数千个带电粒子在复杂磁场中的轨迹，并输出数据供 Python 可视化。最终，你将提供一个交互式 3D 动画，展示粒子束的螺旋运动、偏转和碰撞过程，帮助科学家理解实验现象。该模拟器将成为 “星环” 项目的重要设计工具。
-
-## 任务内容
-开发 CUDA 程序模拟粒子运动，并输出轨迹点供 Python 可视化。任务包括：
-1. 解析输入文件，将粒子初始状态拷贝到 GPU。
-2. 使用并行数值积分更新每个粒子的位置和速度。
-3. 按指定间隔记录粒子位置到全局数组。
-4. 将轨迹数据传输回主机，保存为文件。
-5. 提供 Python 脚本读取数据并生成动态 3D 轨迹图。
-
-## 📬 有疑问?
-
-更多详细信息和要求请参考本季度项目文档。
-
-可以在项目群里直接询问导师和助教！
-
-Good luck and happy coding! 🚀
+本选题提交见子目录 **nagadoyuji/**。

09_particle_sim/nagadoyuji/.clang-format

@@ -0,0 +1,5 @@
+# Default clang-format style for CUDA/C++
+BasedOnStyle: LLVM
+IndentWidth: 4
+ColumnLimit: 100
+Language: Cpp

09_particle_sim/nagadoyuji/.gitignore

@@ -0,0 +1,12 @@
+# 构建与运行产物（不提交）
+*.exe
+*.lib
+*.exp
+*.obj
+*.o
+*.bin
+*.nsys-rep
+*.sqlite
+# 脚本生成的数据（可用 generate_particles.py 重新生成）
+data/particles_1k.txt
+data/particles_10k.txt

09_particle_sim/nagadoyuji/Makefile

@@ -0,0 +1,25 @@
+# Particle simulation in uniform magnetic field (CUDA)
+# Requires: CUDA Toolkit 11+, C++17
+
+NVCC = nvcc
+NVCCFLAGS = -std=c++17 -O2
+TARGET = particle_sim
+
+SRCS = main.cu
+OBJS = main.o
+
+.PHONY: all clean run format
+
+all: $(TARGET)
+
+$(TARGET): $(SRCS)
+	$(NVCC) $(NVCCFLAGS) -o $(TARGET) $(SRCS)
+
+clean:
+	rm -f $(TARGET) $(OBJS) *.bin
+
+run: $(TARGET)
+	./$(TARGET) data/particles.txt data/field.txt data/params.txt out.bin
+
+format:
+	clang-format -i main.cu

09_particle_sim/nagadoyuji/README.md

@@ -0,0 +1,46 @@
+# 09_particle_sim — nagadoyuji
+
+带电粒子在磁场中的运动轨迹 CUDA 模拟，输出轨迹供 Python 3D 可视化。
+
+- **作者 / 提交 ID**：nagadoyuji
+- **总结报告**：[总结报告.md](总结报告.md)
+
+## 快速开始
+
+```bash
+make
+./particle_sim data/particles.txt data/field.txt data/params.txt out.bin
+python visualize.py out.bin
+```
+
+## 目录说明
+
+| 文件 | 说明 |
+|------|------|
+| main.cu | CUDA 主程序（解析、Boris 积分、记录、二进制输出） |
+| Makefile | 构建（`make` / `make format` 格式化） |
+| .clang-format | 代码格式配置 |
+| data/ | 粒子、磁场、参数示例 |
+| visualize.py | 3D 轨迹动画（Matplotlib FuncAnimation） |
+| verify_single_particle.py | 单粒子回旋半径正确性验证 |
+| generate_particles.py | 生成 1000 粒子等规模测试数据 |
+| generate_B_grid.py | 生成 3D 磁场网格二进制文件 |
+
+## 正确性验证
+
+```bash
+./particle_sim data/particles_1.txt data/field.txt data/params_verify.txt out.bin
+python verify_single_particle.py out.bin data/particles_1.txt data/field.txt
+```
+
+## 规模测试（≥1000 粒子）
+
+```bash
+python generate_particles.py -n 1000 -o data/particles_1k.txt
+./particle_sim data/particles_1k.txt data/field.txt data/params.txt out.bin
+```
+
+## 环境
+
+- CUDA Toolkit 11+，C++17
+- Python 3：numpy, matplotlib

09_particle_sim/nagadoyuji/data/field.txt

@@ -0,0 +1 @@
+0.0 0.0 1.0

09_particle_sim/nagadoyuji/data/params.txt

@@ -0,0 +1,3 @@
+dt = 1e-10                # 时间步长（秒）
+num_steps = 10000         # 总步数
+record_interval = 100     # 每多少步记录一次位置

09_particle_sim/nagadoyuji/data/params_verify.txt

@@ -0,0 +1,3 @@
+dt = 1e-12                # 较小步长便于验证
+num_steps = 100000        # 多步
+record_interval = 1000    # 每 1000 步记录

09_particle_sim/nagadoyuji/data/particles.txt

@@ -0,0 +1,2 @@
+0.0 0.0 0.0 1.0e6 0.0 0.0 1.6e-19 9.1e-31
+0.0 1.0 0.0 0.0 1.0e6 0.0 -1.6e-19 9.1e-31

09_particle_sim/nagadoyuji/data/particles_1.txt

@@ -0,0 +1 @@
+0.0 0.0 0.0 1.0e6 0.0 0.0 1.6e-19 9.1e-31

09_particle_sim/nagadoyuji/generate_B_grid.py

@@ -0,0 +1,36 @@
+#!/usr/bin/env python3
+"""Generate a binary B-field grid file for 3D grid mode.
+Format: 3 int32 (nx,ny,nz), 3 float32 (ox,oy,oz), 3 float32 (dx,dy,dz),
+        then nx*ny*nz*3 float32 (Bx,By,Bz per cell, order i,j,k)."""
+import struct
+import argparse
+
+def main():
+    ap = argparse.ArgumentParser()
+    ap.add_argument("-o", "--output", default="data/field_grid.bin")
+    ap.add_argument("--nx", type=int, default=4)
+    ap.add_argument("--ny", type=int, default=4)
+    ap.add_argument("--nz", type=int, default=4)
+    ap.add_argument("--ox", type=float, default=-0.01)
+    ap.add_argument("--oy", type=float, default=-0.01)
+    ap.add_argument("--oz", type=float, default=-0.01)
+    ap.add_argument("--dx", type=float, default=0.01)
+    ap.add_argument("--dy", type=float, default=0.01)
+    ap.add_argument("--dz", type=float, default=0.01)
+    ap.add_argument("--Bz", type=float, default=1.0)
+    args = ap.parse_args()
+    nx, ny, nz = args.nx, args.ny, args.nz
+    ox, oy, oz = args.ox, args.oy, args.oz
+    dx, dy, dz = args.dx, args.dy, args.dz
+    with open(args.output, "wb") as f:
+        f.write(struct.pack("iii", nx, ny, nz))
+        f.write(struct.pack("fff", ox, oy, oz))
+        f.write(struct.pack("fff", dx, dy, dz))
+        for k in range(nz):
+            for j in range(ny):
+                for i in range(nx):
+                    f.write(struct.pack("fff", 0.0, 0.0, args.Bz))
+    print(f"Wrote grid {nx}x{ny}x{nz} to {args.output}")
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()

09_particle_sim/nagadoyuji/generate_particles.py

@@ -0,0 +1,26 @@
+#!/usr/bin/env python3
+"""Generate particles.txt with N particles (default 1000) for scale testing."""
+import argparse
+import random
+
+def main():
+    ap = argparse.ArgumentParser()
+    ap.add_argument("-n", "--num", type=int, default=1000, help="Number of particles")
+    ap.add_argument("-o", "--output", default="data/particles_1k.txt", help="Output path")
+    args = ap.parse_args()
+    random.seed(42)
+    with open(args.output, "w") as f:
+        for i in range(args.num):
+            x = random.uniform(-0.01, 0.01)
+            y = random.uniform(-0.01, 0.01)
+            z = random.uniform(-0.01, 0.01)
+            vx = random.uniform(-1e6, 1e6)
+            vy = random.uniform(-1e6, 1e6)
+            vz = random.uniform(-0.5e6, 0.5e6)
+            q = 1.6e-19 if i % 2 == 0 else -1.6e-19
+            m = 9.1e-31
+            f.write(f"{x} {y} {z} {vx} {vy} {vz} {q} {m}\n")
+    print(f"Wrote {args.num} particles to {args.output}")
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()