hc
4801fb2cc2
- Design spec: docs/superpowers/specs/2026-03-31-paper-replication-agent-design.md - Implementation plan: docs/superpowers/plans/2026-03-31-paper-replication-agent.md - Existing agent: .opencode/agents/paper-image-extractor.md
758 lines
24 KiB
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758 lines
24 KiB
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# Paper Replication Agent Design Specification
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**Date**: 2026-03-31
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**Status**: Draft
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**Author**: OpenCode AI
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## 1. Overview
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### 1.1 Purpose
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设计一个基于 OpenCode 平台的论文复现 Agent 系统，专注于机器学习/深度学习论文的自动化复现。该系统能够：
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- 解析论文内容和图片
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- 自动生成 PyTorch 复现代码
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- 运行测试验证代码正确性
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- 生成复现报告并对比原论文结果
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### 1.2 Scope
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- **目标论文类型**: 机器学习/深度学习论文
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- **输入格式**: Markdown 文件、纯文本内容
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- **输出框架**: PyTorch
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- **自动化程度**: 解析后人工核验，之后自动执行（TDD 模式）
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### 1.3 Success Criteria
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1. 能够准确解析论文结构和关键信息
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2. 能够理解论文中的架构图和实验图表
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3. 生成可运行的 PyTorch 代码
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4. 代码通过单元测试验证
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5. 生成复现报告，明确标注与原论文的差异
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## 2. Architecture
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### 2.1 System Architecture
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采用 **主 Agent 编排 + 专业化 Subagent** 的架构模式。
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ paper-director │
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│ (Primary Agent) │
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│ 流程编排 / 质量控制 / 人工核验 │
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└─────────────────────────────────────────────────────────┘
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||
│
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┌─────────────────┼─────────────────┐
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▼ ▼ ▼
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┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐
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||
│paper-analyzer │ │paper-image- │ │ code-writer │
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│ (Subagent) │ │extractor │ │ (Subagent) │
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│ 论文解析 │ │ (Subagent) │ │ 代码生成 │
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└───────────────┘ │ 图片理解 │ └───────────────┘
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└───────────────┘
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||
│
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||
▼
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┌───────────────┐
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||
│ test-runner │
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||
│ (Subagent) │
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│ 测试验证 │
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└───────────────┘
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```
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### 2.2 File Structure
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```
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PaperTool/
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├── .opencode/
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│ ├── agents/ # Agent 定义
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│ │ ├── paper-director.md # 主 Agent（编排者）
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│ │ ├── paper-analyzer.md # 论文解析 Subagent
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│ │ ├── paper-image-extractor.md # 图片理解 Subagent
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│ │ ├── code-writer.md # 代码生成 Subagent
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||
│ │ └── test-runner.md # 测试验证 Subagent
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│ │
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│ ├── skills/ # 项目级 Skills
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│ │ ├── paper-parsing/ # 论文解析技能
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│ │ │ └── SKILL.md
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│ │ ├── code-generation/ # 代码生成技能
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│ │ │ └── SKILL.md
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│ │ ├── pytorch-patterns/ # PyTorch 最佳实践
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│ │ │ └── SKILL.md
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||
│ │ ├── verification/ # 验证与对比技能
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│ │ │ └── SKILL.md
|
||
│ │ └── environment-management/ # 环境管理技能（Conda + uv）
|
||
│ │ └── SKILL.md
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||
│ │
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||
│ └── commands/ # 快捷命令
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||
│ ├── replicate.md # /replicate 启动复现流程
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│ └── verify.md # /verify 验证复现结果
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||
│
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├── docs/superpowers/specs/ # 设计文档
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│
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├── workspace/ # 工作区
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│ ├── paper_name.md # 论文源文件（Markdown）
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│ └── {paper_name}/ # 每篇论文一个工作目录
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│ ├── .venv/ # uv 创建的项目虚拟环境
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│ ├── pyproject.toml # 项目依赖配置
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│ ├── analysis/ # 解析结果
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│ │ ├── paper_structure.md # 论文结构分析
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│ │ ├── image_understanding.md # 图片理解
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||
│ │ └── replication_plan.md # 复现计划
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│ ├── src/ # 生成的代码
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||
│ │ ├── models/ # 模型定义
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||
│ │ ├── training/ # 训练脚本
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||
│ │ └── utils/ # 工具函数
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||
│ ├── tests/ # 单元测试
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│ ├── docs/ # 使用文档
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│ │ └── README.md
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│ └── reports/ # 复现报告
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│ └── replication_report.md
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│
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└── opencode.json # 项目配置
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```
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### 2.3 Environment Management Strategy
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采用 **Conda + uv** 混合模式管理 Python 环境：
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#### 2.3.1 Architecture
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```
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ Conda (系统底座) │
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│ ├─ ai_base 环境 │
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│ │ ├─ Python 3.10+ │
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│ │ ├─ cuda-toolkit │
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||
│ │ └─ 底层 C++ 编译链工具 │
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│ │ │
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│ └─ 不安装任何纯 Python 业务包 │
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└─────────────────────────────────────────────────────────┘
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||
│
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||
│ 提供 Python 解释器
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▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ uv (项目隔离舱) │
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│ ├─ workspace/paper_a/.venv/ │
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│ │ └─ torch, transformers, ... │
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│ │ │
|
||
│ ├─ workspace/paper_b/.venv/ │
|
||
│ │ └─ torch, jax, ... │
|
||
│ │ │
|
||
│ └─ 每个项目独立的轻量级虚拟环境 │
|
||
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||
```
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||
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#### 2.3.2 Environment Setup Flow
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```
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||
开始代码生成
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│
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▼
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||
检查 Conda ai_base 环境是否存在？
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│
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├─ 否 → 创建 Conda 环境：
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│ conda create -n ai_base python=3.10 cuda-toolkit -y
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||
│
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▼
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||
进入项目目录 workspace/{paper_name}/
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│
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▼
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检查 .venv 是否存在？
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│
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├─ 否 → 创建 uv 虚拟环境：
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│ uv venv --python $(conda run -n ai_base which python)
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│
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▼
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激活环境并安装依赖：
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uv pip install -r requirements.txt
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||
│
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▼
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||
继续代码生成/测试
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```
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#### 2.3.3 Implementation: Skill vs Subagent
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**推荐方案：使用 Skill**
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**`environment-management` Skill 职责**：
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1. 提供 Conda + uv 最佳实践指南
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2. 提供环境检测和创建的命令模板
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3. 提供 pyproject.toml 模板
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4. 提供常见依赖配置（PyTorch + CUDA）
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||
**由 `code-writer` Subagent 负责**：
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1. 在生成代码前调用 `environment-management` Skill
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||
2. 执行环境检测和创建命令
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3. 生成项目的 pyproject.toml
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4. 安装依赖
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## 3. Workflow
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### 3.1 Complete Workflow
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```
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用户输入论文 (Markdown/Text)
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│
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▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 阶段 1：论文解析 │
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│ ├─ paper-director 创建工作区目录 │
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||
│ ├─ 调用 @paper-image-extractor 提取并理解图片 │
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│ │ └─ 输出: image_understanding.md │
|
||
│ ├─ 调用 @paper-analyzer 解析论文结构 │
|
||
│ │ └─ 输入: 论文 + image_understanding.md │
|
||
│ │ └─ 输出: paper_structure.md + replication_plan.md │
|
||
│ └─ 汇总解析结果 │
|
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└─────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||
│
|
||
▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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||
│ 🔴 人工核验点 │
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│ ├─ 展示论文结构分析 │
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│ ├─ 展示图片理解结果 │
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│ ├─ 展示复现计划和预期产出 │
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||
│ ├─ 展示需要复现的实验图表清单 │
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│ └─ 等待用户确认或修正 │
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└─────────────────────────────────────────────────────────┘
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||
│
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||
▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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||
│ 阶段 2：代码生成（TDD 模式） │
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│ ├─ paper-director 根据复现计划生成测试用例 │
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||
│ ├─ 调用 @code-writer 生成模型代码 │
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||
│ │ └─ 输入: 分析文档 + 测试用例 │
|
||
│ │ └─ 输出: src/models/*.py │
|
||
│ ├─ 运行测试，验证代码正确性 │
|
||
│ ├─ 如果测试失败，迭代修复 │
|
||
│ ├─ 调用 @code-writer 生成训练脚本 │
|
||
│ │ └─ 输出: src/training/*.py │
|
||
│ └─ 生成使用文档 docs/README.md │
|
||
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||
│
|
||
▼
|
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
|
||
│ 阶段 3：验证与报告 │
|
||
│ ├─ 调用 @test-runner 运行完整测试套件 │
|
||
│ ├─ 尝试运行训练脚本（验证可执行性） │
|
||
│ ├─ 对比论文中的预期结果 │
|
||
│ ├─ 分析差异并说明原因 │
|
||
│ └─ 生成 replication_report.md │
|
||
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||
│
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||
▼
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最终产出
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```
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### 3.2 Human Checkpoint Details
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人工核验点需要展示以下内容供用户确认：
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1. **论文基本信息**
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- 标题、作者、发表年份
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- 核心贡献点摘要
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2. **模型架构理解**
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- 架构图的文字描述
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- 关键组件清单
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3. **实验复现目标**
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- 需要复现的图表清单
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- 每个图表的数据来源说明
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- 预期的数值范围
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4. **复现计划**
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- 代码模块划分
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- 实现顺序
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||
- 预估工作量
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||
5. **风险点和限制**
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- 可能无法复现的部分
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- 需要的外部资源（数据集等）
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## 4. Agent Specifications
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### 4.1 paper-director (Primary Agent)
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**Mode**: `primary`
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**Description**: 论文复现项目的编排者和质量控制负责人
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||
**Responsibilities**:
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||
- 接收用户的论文复现请求
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- 创建和管理工作区目录
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||
- 规划复现流程并创建任务清单
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||
- 调度各个 Subagent 执行具体任务
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||
- 在人工核验点暂停，等待用户确认
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- 汇总结果并生成最终复现报告
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- 处理异常情况和错误恢复
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||
**Tools**: 全部启用
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**Model**: inherit（继承用户配置）
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### 4.2 paper-analyzer (Subagent)
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**Mode**: `subagent`
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**Description**: 解析论文文本内容，提取结构化信息，规划复现任务
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**Input**:
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- 论文 Markdown 文件或纯文本
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- `image_understanding.md`（图片理解结果）
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||
**Output**:
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- `paper_structure.md` - 论文结构分析
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- `replication_plan.md` - 复现计划
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**Output Content**:
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||
- 论文标题、作者、摘要
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- 核心贡献点
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- 方法论概述
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- 模型架构描述（文字）
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- 损失函数和优化器
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||
- 实验设置（数据集、超参数）
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- 关键公式（LaTeX）
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||
- **实验结果复现目标**（基于图片理解）
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||
- 需要复现的图表清单
|
||
- 每个图表的数据来源
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||
- 预期的数值范围
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||
- 复现优先级
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||
- 待实现的功能清单
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||
**Tools**: read, write, edit
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||
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||
**Model**: inherit
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### 4.3 paper-image-extractor (Subagent)
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**Mode**: `subagent`
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||
**Description**: 提取并理解论文中的图片内容
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||
**Input**:
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||
|
||
- 论文 Markdown 文件（含图片链接/路径）
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||
**Output**:
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||
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||
- `image_understanding.md` - 图片理解文档
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**Output Content** (每张图片):
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- 图片类型识别（架构图/实验图/算法伪代码/公式）
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- 详细文字描述
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- 架构图: 数据流向、层结构、连接关系
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- 实验图: 数值提取、趋势分析、关键数据点
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- 算法伪代码: 文字化描述、步骤拆解
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||
- 关键信息提炼
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||
|
||
**Tools**: read, write, edit, bash
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||
|
||
**Model**: inherit
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||
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### 4.4 code-writer (Subagent)
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||
**Mode**: `subagent`
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||
**Description**: 根据分析结果生成 PyTorch 代码，并管理项目环境
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||
**Input**:
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|
||
- `paper_structure.md` - 论文结构分析
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||
- `image_understanding.md` - 图片理解
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||
- 测试用例（TDD 模式）
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||
|
||
**Output**:
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||
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||
- `.venv/` - uv 创建的项目虚拟环境
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||
- `pyproject.toml` - 项目依赖配置
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||
- `src/models/*.py` - 模型定义
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||
- `src/training/*.py` - 训练脚本
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||
- `src/utils/*.py` - 工具函数
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||
- `docs/README.md` - 使用文档
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||
**Working Mode**: TDD 驱动 + 环境管理
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||
1. **调用 `environment-management` Skill**
|
||
2. 检测并创建 Conda 基础环境（如不存在）
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||
3. 创建项目 uv 虚拟环境
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||
4. 生成 pyproject.toml
|
||
5. 安装依赖
|
||
6. 接收测试用例
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||
7. 编写代码使测试通过
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||
8. 迭代修复直到所有测试通过
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||
|
||
**Tools**: read, write, edit, bash
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||
|
||
**Model**: inherit
|
||
|
||
### 4.5 test-runner (Subagent)
|
||
|
||
**Mode**: `subagent`
|
||
|
||
**Description**: 运行测试并验证复现结果
|
||
|
||
**Input**:
|
||
|
||
- 生成的代码
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||
- 测试用例
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||
- 论文预期结果
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||
|
||
**Output**:
|
||
|
||
- 测试运行结果
|
||
- `replication_report.md` - 复现报告
|
||
|
||
**Report Content**:
|
||
|
||
- 测试通过率
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||
- 代码可运行性验证
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||
- 与论文结果的对比分析
|
||
- 差异说明和原因分析
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||
- 改进建议
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||
|
||
**Tools**: read, write, edit, bash
|
||
|
||
**Model**: inherit
|
||
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||
---
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||
|
||
## 5. Skills Specifications
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||
### 5.1 paper-parsing
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||
**Purpose**: 指导如何系统性、全面地解析 ML/DL 论文
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||
**Core Philosophy**: 强调**开放性**和**全面性**，避免漏解析和片面理解
|
||
|
||
**Content**:
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||
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||
1. **开放性提示框架**
|
||
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||
- 论文各部分可能包含的信息类型（非固定模板）
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||
- 每个部分的"可能存在"检查清单
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||
- 鼓励发现论文独特之处
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||
|
||
2. **全面性检查清单**
|
||
|
||
- Abstract → 是否提取了核心贡献？
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||
- Introduction → 是否理解了问题背景和动机？
|
||
- Related Work → 是否识别了与现有方法的关键差异？
|
||
- Method → 是否完整理解了方法细节？
|
||
- Experiments → 是否识别了所有需要复现的实验？
|
||
- Appendix → 是否检查了补充材料？
|
||
|
||
3. **任务分解指南**
|
||
|
||
- 如何将复杂论文拆分为可执行的子任务
|
||
- 依赖关系识别
|
||
- 优先级排序原则
|
||
|
||
4. **示例模板**
|
||
|
||
- 不同类型论文的解析示例
|
||
- 常见遗漏点提醒
|
||
|
||
### 5.2 code-generation
|
||
|
||
**Purpose**: 指导如何根据论文生成高质量代码
|
||
|
||
**Content**:
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||
|
||
- 从论文描述到代码的映射规则
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||
- 模块化设计原则
|
||
- 代码风格规范
|
||
- 常见实现模式
|
||
|
||
### 5.3 pytorch-patterns
|
||
|
||
**Purpose**: 提供 PyTorch 代码的最佳实践模板
|
||
|
||
**Content**:
|
||
|
||
- 模型定义模板（nn.Module）
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||
- 训练循环模板
|
||
- 常见层实现参考
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||
- 性能优化技巧
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||
- 设备管理（CPU/GPU）
|
||
- 数据加载最佳实践
|
||
|
||
### 5.4 verification
|
||
|
||
**Purpose**: 指导如何验证复现结果
|
||
|
||
**Content**:
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||
|
||
- 测试用例设计指南
|
||
- 论文结果对比方法
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||
- 差异分析框架
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||
- 常见差异原因清单
|
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||
### 5.5 environment-management
|
||
|
||
**Purpose**: 指导如何使用 Conda + uv 混合模式管理项目环境
|
||
|
||
**Content**:
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||
|
||
1. **环境架构说明**
|
||
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||
- Conda 作为系统底座的职责
|
||
- uv 作为项目隔离的职责
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||
- 两者的协作方式
|
||
|
||
2. **Conda 基础环境配置**
|
||
|
||
- ai_base 环境创建命令
|
||
- 必要的系统级依赖（cuda-toolkit 等）
|
||
- 环境检测脚本
|
||
|
||
3. **uv 项目环境配置**
|
||
|
||
- .venv 创建命令模板
|
||
- pyproject.toml 模板
|
||
- 常见 ML 依赖配置
|
||
- PyTorch + CUDA 版本对应关系
|
||
|
||
4. **环境管理命令清单**
|
||
|
||
```bash
|
||
# 检查 Conda 环境
|
||
conda env list | grep ai_base
|
||
|
||
# 创建 Conda 基础环境
|
||
conda create -n ai_base python=3.10 cuda-toolkit -y
|
||
|
||
# 获取 Conda Python 路径
|
||
conda run -n ai_base which python
|
||
|
||
# 创建 uv 虚拟环境
|
||
uv venv --python $(conda run -n ai_base which python)
|
||
|
||
# 激活并安装依赖
|
||
source .venv/bin/activate # Linux/Mac
|
||
.venv\Scripts\activate # Windows
|
||
uv pip install -e .
|
||
```
|
||
|
||
5. **pyproject.toml 模板**
|
||
|
||
```toml
|
||
[project]
|
||
name = "{paper_name}"
|
||
version = "0.1.0"
|
||
requires-python = ">=3.10"
|
||
dependencies = [
|
||
"torch>=2.0.0",
|
||
"numpy>=1.24.0",
|
||
"matplotlib>=3.7.0",
|
||
"pytest>=7.0.0",
|
||
]
|
||
|
||
[project.optional-dependencies]
|
||
dev = ["pytest", "black", "ruff"]
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 6. Commands Specifications
|
||
|
||
### 6.1 /replicate
|
||
|
||
**Purpose**: 一键启动论文复现流程
|
||
|
||
**Usage**:
|
||
|
||
```
|
||
/replicate path/to/paper.md
|
||
```
|
||
|
||
**Behavior**:
|
||
|
||
1. 验证输入文件存在
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2. 从文件名提取论文名称
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3. 创建 `workspace/{paper_name}/` 目录结构
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4. 切换到 paper-director 主 Agent
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5. 启动完整复现流程
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### 6.2 /verify
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**Purpose**: 验证已生成的复现代码
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**Usage**:
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```
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/verify workspace/paper_name/
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```
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**Behavior**:
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1. 检查工作区目录结构
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2. 运行所有测试
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3. 对比论文结果
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4. 生成/更新验证报告
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## 7. Data Flow
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### 7.1 Analysis Phase Data Flow
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```
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论文.md
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│
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├──────────────────────────────────┐
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│ │
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▼ ▼
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paper-image-extractor (等待图片理解完成)
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│ │
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└─> image_understanding.md ────────┘
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│
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▼
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paper-analyzer
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│
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├─> paper_structure.md
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└─> replication_plan.md
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```
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### 7.2 Code Generation Phase Data Flow
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```
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paper_structure.md + image_understanding.md
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│
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▼
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paper-director
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(生成测试用例)
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▼
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code-writer
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│
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┌────────────────┼────────────────┐
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▼ ▼ ▼
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src/models/ src/training/ src/utils/
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│ │ │
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└────────────────┴────────────────┘
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│
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▼
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运行测试 (TDD)
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│
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┌────────┴────────┐
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▼ ▼
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通过 失败 → 回到 code-writer 修复
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│
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▼
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docs/README.md
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```
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### 7.3 Verification Phase Data Flow
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```
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src/* + tests/* + replication_plan.md
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│
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▼
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test-runner
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│
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┌────────────────┼────────────────┐
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▼ ▼ ▼
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运行测试 对比论文结果 分析差异
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│ │ │
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└────────────────┴────────────────┘
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│
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▼
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replication_report.md
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```
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## 8. Error Handling
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### 8.1 Analysis Phase Errors
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| 错误类型 | 处理方式 |
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| ------- | ---------------- |
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| 论文文件不存在 | 提示用户检查路径 |
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| 图片无法访问 | 标记为无法解析，继续处理其他图片 |
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| 解析结果不完整 | 在人工核验点展示，请求用户补充 |
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### 8.2 Code Generation Phase Errors
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| 错误类型 | 处理方式 |
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| ---- | -------------------------------- |
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| 测试失败 | 迭代修复，最多 3 次；如仍失败，标记为需人工干预并继续其他模块 |
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| 依赖缺失 | 提示用户安装 |
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| 语法错误 | 自动修复 |
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### 8.3 Verification Phase Errors
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||
| 错误类型 | 处理方式 |
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| ------ | ----------- |
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| 测试运行失败 | 记录错误，标注在报告中 |
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| 结果差异大 | 分析原因，在报告中说明 |
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## 9. Configuration
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### 9.1 opencode.json
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```json
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{
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"$schema": "https://opencode.ai/config.json",
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"default_agent": "paper-director",
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"agent": {
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"paper-director": {
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"mode": "primary"
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}
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}
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}
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```
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## 10. Future Enhancements
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1. **支持更多输入格式**: PDF 直接解析、arXiv URL
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2. **支持更多框架**: TensorFlow、JAX
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3. **数据集自动准备**: 自动下载和预处理常用数据集
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4. **结果可视化**: 自动生成对比图表
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5. **增量复现**: 支持部分复现和断点续传
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## Appendix A: Glossary
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| 术语 | 说明 |
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| ------------- | ------------------------- |
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| Primary Agent | 主 Agent，用户直接交互的 Agent |
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| Subagent | 子 Agent，由主 Agent 调度执行特定任务 |
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| Skill | 技能，为 Agent 提供特定领域的指导 |
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| TDD | 测试驱动开发，先写测试再写代码 |
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| Workspace | 工作区，存放每篇论文复现结果的目录 |
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## Appendix B: References
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- OpenCode Agents Documentation: https://opencode.ai/docs/zh-cn/agents/
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- Superpowers Skills: https://github.com/obra/superpowers
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- PyTorch Documentation: https://pytorch.org/docs/
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