是否存在粒子模拟的设计模式或通用方法？

Question

我正在C++ (为大学)做一个项目。目标是编写一个程序，可以或多或少地模拟粒子在LHC同步加速器中飞行的光束。

不想急于求成，我和我的团队正在考虑如何实现这一点，我想知道是否有通用的设计模式被用来解决这类问题。

到目前为止，我们提出的一般办法如下：

• 有一个包含所有对象的World
• 您可以向这个世界添加对象，如Particle、Dipole和Quadrupole。
• 时间被分割成离散的步骤，在每个时间点，对于每个Particle，计算和总结World中每个物体产生的磁力和电磁力(幸运的是电磁力是线性的)。
• 每个Particle相应地移动(使用一种简单的估计方法来求解微分方程)
• 保存Particle位置
• 重复

这似乎是一种很好的方法，但是，例如，很难考虑到可能存在的对称性(例如每个Quadrupole的磁场)，这是否是次优的。

考虑到像Quadrupole字段这样的对称性，将Quadrupole字段的空间离散并以某种方式存储起来要容易得多。(由于存储了大约2532个Quadrupoles，这将导致性能的巨大提高，而不必重新计算每个Quadrupole字段)

有什么设计模式吗？World-approach是可行的，还是过时的、糟糕的编程？对称性是怎样的呢，一般情况下是怎样被考虑进去的？

Answer 1

检查图形社区的粒子物理模拟。有许多现有的模式(物理求解器和粒子系统的模式)，对于这个群体来说，它是一个很好理解的概念，并且有许多实现。你会节省很多时间。