Skip to main content

MagicBrain Platform

Version Python Tests Coverage Lean4 License MAGIC Level

Универсальная платформа для гетерогенных и гибридных нейросетевых архитектур

Changelog | Platform Vision | Formal Proofs | API Docs | Licensing


О проекте

MagicBrain — исследовательская платформа спайковых нейронных сетей (SNN) уровня MAGIC Level 2 (MetaBrain). Архитектура сети задаётся компактной геномной строкой и выращивается процессом развития, а не собирается вручную; поверх этого работает оркестрация разнородных моделей (SNN, DNN, Transformer, CNN, RNN) в едином рантайме.

Ключевые компоненты

  • TextBrain (SNN) — спайковая нейронная сеть с разреженной активацией (~5%), дофамин-модулируемым обучением по Хеббу и гомеостатической адаптацией порогов
  • Genome System — DNA-кодирование гиперпараметров: base-4 строка (24-72+ символа) детерминированно задаёт всю архитектуру
  • NeuroGenesis Engine — 9 модулей: датасет → геном → 3D-морфогенез → обучение → реконструкция
  • Digital Twins — NeuralDigitalTwin: освоение тем, адаптация сложности, прогноз когнитивного состояния студента
  • Platform Framework — оркестрация 5 типов моделей (SNN, DNN, Transformer, CNN, RNN), 7 стратегий выполнения
  • Formal Verification — 21 теорема в Lean4 для Hopfield-динамики (0 sorry, 0 ошибок)

Установка

pip install magicbrain               # только SNN + NumPy
pip install magicbrain[torch]        # + PyTorch (DNN, CNN, RNN, Hybrid)
pip install magicbrain[transformers] # + Hugging Face
pip install magicbrain[balansis]     # + ACT-компенсированная арифметика
pip install magicbrain[platform]     # полная платформа
pip install magicbrain[all]          # всё, включая JAX и dev-инструменты

Разработка

git clone https://github.com/StudyLabPro/MagicBrain.git
cd MagicBrain
pip install -e ".[dev]"
pytest

REST API

uvicorn api.app.api.main:app --host 0.0.0.0 --port 8004
# Swagger: http://localhost:8004/docs

Быстрый старт

SNN через геном

from magicbrain import TextBrain
from magicbrain.tasks.text_task import train_loop
from magicbrain.sampling import sample_text

genome = "30121033102301230112332100123"
brain = TextBrain(genome, vocab_size=50)
train_loop(brain, text="Your training text", steps=10000)
generated = sample_text(brain, seed="Hello", n_tokens=100, temperature=0.8)

Hybrid Pipeline

from magicbrain.platform import ModelOrchestrator, ExecutionStrategy
from magicbrain.models.snn import SNNTextModel
from magicbrain.models.dnn import DNNModel
import torch.nn as nn

snn = SNNTextModel(genome="30121033102301230112332100123", vocab_size=50)
dnn = DNNModel(nn.Linear(384, 10))

orch = ModelOrchestrator()
orch.add_model(snn, model_id="encoder")
orch.add_model(dnn, model_id="decoder")
orch.connect("encoder", "decoder")
result = orch.execute(input_data, strategy=ExecutionStrategy.SEQUENTIAL)

HybridBuilder (fluent API)

from magicbrain.hybrid import HybridBuilder

hybrid = (HybridBuilder()
    .add("encoder", snn_model)
    .add("transformer", bert_model)
    .add("decoder", dnn_model)
    .connect("encoder", "transformer")
    .connect("transformer", "decoder")
    .build("complex_hybrid"))

output = hybrid.forward(input_data)

NeuroGenesis

from magicbrain.neurogenesis.compiler import GenomeCompiler
from magicbrain.neurogenesis.pipeline import NeurogenesisPipeline

compiler = GenomeCompiler(strategy="hybrid")
genome = compiler.compile(dataset="path/to/text.txt")

pipeline = NeurogenesisPipeline()
result = pipeline.run(dataset, genome_v2=True)
# result: обученный мозг + метрики реконструкции

Digital Twins

from magicbrain.integration.neural_digital_twin import NeuralDigitalTwin

twin = NeuralDigitalTwin(student_id="student_42", learning_style="visual")
twin.learn_topic(topic_id="algebra_linear", steps=200, difficulty=0.6)
mastery = twin.get_mastery(topic_id="algebra_linear")
state = twin.get_cognitive_state()  # attention, confusion, fatigue

Структура модулей

Ядро SNN

Модуль Назначение
brain.py TextBrain: sparse top-k, dual weights (slow/fast), dopamine, axonal delays
genome.py Геномное кодирование, decode_genome()
sampling.py Генерация текста (temperature, top-k, top-p)
graph.py 3D граф нейронов с аксональными задержками (1-5 шагов)
io.py Сохранение/загрузка моделей (.npz)

NeuroGenesis Engine (neurogenesis/)

Модуль Назначение
compiler.py GenomeCompiler: датасет → геном (hash / statistical / hybrid)
energy.py Hopfield energy: E(s) = -1/2 s'Ws - theta's + lambda
attractor_dynamics.py Динамика к аттракторам, поиск бассейнов притяжения
cppn.py CPPN: координаты → веса (8 базисных функций: sin, cos, gaussian, ...)
development.py 3D морфогенез + синаптогенез + созревание ткани
pattern_memory.py Ассоциативная память Хопфилда (Storkey rule, ~0.14N паттернов)
reconstruction.py 4 режима: autoregressive, attractor, cue-based, generation
genome_v2.py Расширенный формат 72+: Topology + CPPN + Attractor + Patterns
pipeline.py E2E пайплайн: датасет → компиляция → развитие → обучение → оценка

Platform Framework (platform/)

Компонент Назначение
ModelInterface Универсальная абстракция: SNN, DNN, CNN, RNN, Transformer, Hybrid, Ensemble
ModelOrchestrator 7 стратегий: Sequential, Parallel, Pipeline, Hierarchical, Feedback, Cascaded, MoE
ModelRegistry Версионирование, метаданные, dependency tracking
MessageBus Маршрутизация между моделями с автоматической конвертацией типов
TypeConverters Spikes <-> Dense <-> Embeddings <-> Logits

Digital Twins (integration/)

Модуль Назначение
neural_digital_twin.py NeuralDigitalTwin: геном из student_id, 4 стиля, forgetting dynamics
redis_twin_store.py Redis-персистентность состояния двойников
knowledgebase_client.py HTTP-клиент для синхронизации с KnowledgeBaseAI
act_backend.py Интеграция с Balansis (ACT-компенсированная арифметика весов)

Дополнительные модули

Каталог Содержание
evolution/ SimpleGA (tournament selection), GenomeMutator (6 операторов), FitnessEvaluator
diagnostics/ LiveMonitor, NeuronalDynamics, PlasticityTracker, SynapticMetrics
learning_rules/ STDP, STDPBrain
backends/ NumPy (default), JAX (optional)
hybrid/ HybridArchitecture, HybridBuilder, SNN+DNN/Transformer/CNN, SpikingAttention
architectures/ HierarchicalBrain (multi-layer SNN)
training/ Coordinator, Checkpointing, DataPartitioner, Worker
zoo/ Model Zoo — управление предобученными моделями

REST API

FastAPI-микросервис, порт 8004 в экосистеме.

Группа Основные эндпоинты
/api/v1/models CRUD моделей, запуск обучения, генерация, forward pass
/api/v1/training Фоновые задачи обучения, статус и результат
/api/v1/inference Forward pass, text sampling
/api/v1/diagnostics Метрики мозга, текущее состояние активации
/api/v1/evolution Запуск генетической оптимизации генома
/api/v1/twins CRUD двойников; learn, mastery, cognitive-state, interaction, predict
/api/v1/auto-evolution Автоматическая оптимизация без ручного задания fitness

Формальная верификация (Lean4)

Инструментарий: Lean 4 v4.28.0 + Mathlib v4.28.0

Файл Содержание
DeltaE.lean Delta_E <= 0 при обновлении одного нейрона
Convergence.lean Конечная сходимость: <= 2^n шагов (принцип Дирихле)
Hopfield.lean Базовые определения: sigma, spin, updateCoord, globalEnergy
SumLemmas.lean Вспомогательные леммы для скалярных произведений
Glue.lean globalEnergy_nonincreasing_updateCoord

21 теорема, 0 sorry, 0 ошибок, 0 axioms.

cd formal && lake build

Тестирование

pytest                                    # все тесты
pytest --cov=magicbrain --cov-report=html # с покрытием
pytest tests/neurogenesis/ -v             # NeuroGenesis (93 теста)
pytest tests/platform/ -v                 # Platform
pytest tests/integration/ -v              # Integration
Категория Файлов
Core SNN 6
NeuroGenesis 8 (93 теста)
Platform 5
Hybrid 2
Evolution, Diagnostics, STDP 3
Training 3
Integration 3

34 тестовых файла, 237+ passed, 90%+ coverage.


Геномное кодирование

Base-4 строка 24+ символов. Каждая позиция детерминированно задаёт гиперпараметр:

Позиция Параметр Диапазон
0-1 N (нейронов) 256-1216
2 K (связность) 8-20
4 lr 5e-4 - 2e-3
5 k_active 4-7% от N
15 p_inhib 10-25%
16 dopamine_gain 0.8-2.0
20 prune_every 800-1400 шагов

Геном по умолчанию: "30121033102301230112332100123"


Статистика

Метрика Значение
Версия 0.8.0 (Lean4 Formal Verification Edition)
Python 3.9, 3.10, 3.11, 3.12
Лицензия AGPL-3.0-only + Commercial
Python-модулей 88 (magicbrain/) + 16 (api/)
Тестовых файлов 34
Passed тестов 237+
Покрытие 90%+
Lean4 теорем 21 (0 sorry, 0 errors)
Типов моделей 5
Стратегий оркестрации 7
API эндпоинтов 30+
MAGIC Level 2 (MetaBrain)

Roadmap

v0.7.2

  • Lean4 верификация STDP-правил обучения
  • Покрытие тестами до 95%+

v0.8.0 (Q2 2026)

  • Joint training гибридных архитектур (SNN <-> DNN градиенты)
  • Knowledge distillation из больших моделей в SNN
  • Расширенный Model Zoo с предобученными геномами

v1.0.0 (Q4 2026)

  • Production inference server
  • Distributed training
  • Stable public API с гарантиями совместимости

Место в MAGIC Ecosystem

Level 4 (MetaKnowledge): KnowledgeBaseAI  <- синхронизация освоения тем
Level 3 (MetaAgent):     xteam-agents     <- когнитивные модели студентов
Level 2 (MetaBrain):     MagicBrain       <- SNN-субстрат и оркестрация моделей (этот проект)
Level 1 (MetaBalansis):  Balansis         <- ACT-компенсированная арифметика
Applied:                 StudyNinja-API   <- circuit breaker -> /health

Лицензия и governance

MagicBrain распространяется по дуальной модели:

Патентно-чувствительные материалы по нейрогенезу, fitness/tuning, приватным датасетам, промптам и telemetry не должны публиковаться до прохождения соответствующих gates.


Contributing

  1. Fork репозиторий
  2. Создайте feature branch
  3. Добавьте тесты (coverage >= 90% для новых модулей)
  4. Откройте Pull Request

Code style: Ruff, type hints обязательны, docstrings в Google style.


MagicBrain — биологически правдоподобная память для AGI-систем

MAGIC Level 2: MetaBrain

Metadata

Release files for magicbrain 0.8.0

For a detailed explanation of source distributions (sdists) and built distributions (wheels), please see the package formats documentation.

Source distribution (sdist)

Source distribution for magicbrain 0.8.0
File Size Uploaded
magicbrain-0.8.0.tar.gz 168.6 kB Details

Built distribution (wheel)

Table of built distributions (wheels) for magicbrain 0.8.0
File Interpreter ABI Platform
magicbrain-0.8.0-py3-none-any.whl Python 3 none any Details

Total release size: 342.0 kB

Release files / magicbrain-0.8.0.tar.gz

Download URL magicbrain-0.8.0.tar.gz
Size 168.6 kB
Tags Source
SHA-256 checksum
How to use checksums
b30aaed189977d552f80fc1c2775fbe61244b7bfda49e07f93de6df2b701a472
BLAKE2b-256 checksum
How to use checksums
0c91c3bae03374f07cb5260cfd446578bbe90783570047ab7736ad055c60c448
Upload date
Uploaded using Trusted Publishing?
What is trusted publishing?
No
Uploaded via twine/7.0.0 CPython/3.12.3

Release files / magicbrain-0.8.0-py3-none-any.whl

Download URL magicbrain-0.8.0-py3-none-any.whl
Size 173.4 kB
Tags Python 3
SHA-256 checksum
How to use checksums
eb3f9cdc855bd1e2f22d99556d90116599da61758e640160fa07b54f9e429518
BLAKE2b-256 checksum
How to use checksums
d22dea1b0db1b731633e8645c1be974320098ce048a4aaa23045cbf05fa1d7b4
Upload date
Uploaded using Trusted Publishing?
What is trusted publishing?
No
Uploaded via twine/7.0.0 CPython/3.12.3

Release history Release notifications | RSS feed

This release

0.8.0 This release

2 release files

Anthropic, PBC Visionary sponsor Bloomberg Visionary sponsor Hudson River Trading Visionary sponsor Meta Visionary sponsor NVIDIA Visionary sponsor Microsoft Sustainability sponsor Depot Continuous Integration AWS Cloud computing and Security Sponsor Datadog Monitoring Fastly CDN Google Download Analytics Sentry Error logging StatusPage Status page