Profex-MCP 🧪🔬

AI-Agent-Friendly MCP Server for Profex / BGMN — XRD Analysis & Rietveld Refinement

Profex-MCP 将经典的粉末 XRD 分析软件 Profex / BGMN 封装为标准的 MCP (Model Context Protocol) 服务器，提供两组独立的 MCP 服务器：XRD 分析 (物相鉴定/COD 查询/数据转换) 和 BGMN 精修 (精修控制/批量精修/结果分析)。AI 智能体可以直接调用全部功能。

Profex-MCP wraps the classic powder XRD analysis suite Profex / BGMN as a standard MCP (Model Context Protocol) server, providing two independent MCP server groups: XRD analysis (Search-Match/COD query/data conversion) and BGMN refinement (refinement control/batch refinement/result analysis). AI agents can directly invoke all capabilities.

项目目的 / Purpose

本仓库是 Profex 的 fork + MCP 包装。Profex 由 Nico B. 开发，是一款基于 Qt5 的 BGMN GUI 界面，用于粉末 XRD 的 Rietveld 精修。本 fork 在不修改核心 C++ 源码的前提下，在外围添加了完整的 MCP 支持层：

This repository is a Profex fork + MCP wrapper. Profex, developed by Nico B., is a Qt5-based BGMN GUI for powder XRD Rietveld refinement. This fork adds a complete MCP support layer as an external extension without modifying the core C++ source code:

特性	说明
🧩 MCP 协议服务	两个独立 MCP 服务器：XRD 分析 (11 tools) + BGMN 精修 (4 tools)
🔬 Search-Match 引擎	2289 指纹库 + 迭代扣除 + 独立评分 + 自适应容差
🌐 COD 数据库集成	在线搜索 COD，按元素/矿物/d-spacing 匹配物相
🧪 非晶检测	双背景法非晶相识别
🤖 AI 工作流	精修顾问、Search-Match 引导、RAG 知识库
📦 快速加载	预编译 pickle 指纹库加载仅需 0.02s

架构 / Architecture

AI Agent (Claude/Copilot)
        │ MCP stdio
        ▼
┌─────────────────┐                    ┌────────────────────────┐
│  mcp_server.py  │  ← Search-Match → │  search_match.py       │
│  (XRD 分析)      │                    │  (2289 fingerprints)   │
│  11 tools       │  ← COD API ─────→ │  COD 在线数据库        │
└─────────────────┘                    └────────────────────────┘
        │ MCP stdio
        ▼
┌──────────────────────┐   subprocess   ┌────────────────────────┐
│  mcp_server_refine   │ ─────────────→ │  BGMN (Rietveld 引擎)  │
│  (BGMN 精修控制)      │                │  .sav → .par 精修     │
│  4 tools + prompts   │                └────────────────────────┘
└──────────────────────┘

代码结构 / Code Structure

Profex-MCP/
├── pyprofex/                               # 💚 Python MCP 服务器 + 分析引擎 (核心)
│   ├── __init__.py                         #    Python 包入口
│   ├── mcp_server.py                       #    MCP Server: XRD 分析 (11 tools)
│   ├── mcp_server_refine.py                #    MCP Server: BGMN 精修 (4 tools + prompts)
│   ├── search_match.py                     #    🔍 Search-Match 引擎 (500+ 行)
│   │                                       #    - 迭代扣除算法 (iterative_search_match)
│   │                                       #    - 独立评分算法 (independent_score_all)
│   │                                       #    - 自适应容差 (score_single_phase_adaptive)
│   │                                       #    - 元素过滤、择优取向检测
│   ├── peaks.py                            #    📈 寻峰算法 (高斯拟合)
│   ├── fingerprints.py                     #    📚 手动验证指纹库 (27 矿物)
│   ├── fingerprints_auto.py                #    📚 CIF 自动生成指纹库 (~2260 矿物)
│   ├── fingerprints_unified.pkl            #    ⚡ 预编译统一指纹库 (2289 条目, 0.02s)
│   ├── profex_cli.py                       #    🖥️ CLI 入口 (search/list-db/mcp 等)
│   ├── build_fingerprints.py              #    🏗️ COD db3 → 指纹库构建
│   ├── build_unified_db.py                #    🏗️ 三源合并 → 统一 pickle
│   ├── build_powcod_fingerprints.py       #    🏗️ Qualx2 POWCOD 转换
│   ├── cif2fingerprint.py                  #    🔬 CIF → 理论衍射计算引擎
│   ├── pyproject.toml                      #    Python 包配置
│   └── tests/                              #    🧪 测试
│       └── test_mcp_server.py              #    MCP 协议测试
├── knowledge-base/                         # 📚 XRD/Rietveld/BGMN RAG 知识库
├── profex/                                 # 🟨 Profex C++ 源码 (Qt5, 未修改)
├── cmdtools/                               # 🟨 Profex 命令行工具 (pxanytoxy/pxreport...)
├── modules/                                # 🟨 可选 Profex 模块 (电子密度/扫描追踪等)
├── mcp-server/                             # 📖 MCP 集成文档
├── .mcp.json                               # MCP 宿主配置
├── AI_ROADMAP.md                           # 📋 完整开发路线图
├── SEARCH_MATCH_ROADMAP.md                 # 📋 Search-Match 优化路线图
└── schemas/                                # JSON Schema

模块依赖关系 / Module Dependencies

pyprofex (Python 包)
    │
    ├── mcp_server.py          — FastMCP XRD 分析服务器 (11 tools)
    │   ├── search_match.py    — 物相鉴定引擎
    │   ├── fingerprints.py    — 手动指纹库 (27)
    │   ├── fingerprints_auto.py — CIF 自动指纹 (~2260)
    │   ├── fingerprints_unified.pkl — 预编译统一库 (2289)
    │   ├── peaks.py           — 寻峰算法
    │   └── profex_cli.py      — CLI 接口
    │
    ├── mcp_server_refine.py   — FastMCP BGMN 精修服务器 (4 tools)
    │   ├── 调用 BGMN 二进制    — 精修执行
    │   └── .par 解析           — 结果提取
    │
    └── COD API (在线)          — COD 数据库查询

Search-Match 引擎 / Search-Match Engine

核心 Search-Match 引擎位于 search_match.py，集成了三大指纹源：

指纹库 / Fingerprint Database

源	矿物数	说明	类型
`fingerprints.py`	27	手动验证，高质量	manual
`fingerprints_auto.py`	~2260	COD CIF 理论计算 (对称扩展 + 结构因子)	auto_cif
`fingerprints_powcod.json`	0 (需 COD db3)	Qualx2 POWCOD (13944)	powcod
统一 pickle	2289	预编译，加载 0.02s	merged

算法特性 / Algorithm Features

算法	说明
迭代扣除	逐相匹配 → 扣除匹配峰 → 迭代至无剩余峰
独立评分	对所有候选独立评分，推荐最优匹配
稀有度加权	匹配到"稀有"峰的物相加分
强度加权 FOM	FOM = matches × intensity_coverage / (1 + unmatched)
自适应容差	d > 4Å 时容差放大至 1.6 倍
择优取向检测	强峰未匹配但其他峰均匹配时标记 PO
元素过滤	结合 EDX/EDS 元素信息提升准确度

Search-Match 使用示例

from pyprofex.search_match import iterative_search_match

# 输入观测 d-spacing (Å) + 元素过滤
d_spacings = [3.34, 2.46, 1.82, 1.54, 1.38]  # 石英
result = iterative_search_match(d_spacings, ['Si', 'O'])

for p in result['phases']:
    print(f"{p['name']}: matches={p['matches']}, FOM={p['fom']}")
# → manual_Quartz: matches=5, FOM=2.5

编译与安装 / Installation

前置条件 / Prerequisites

依赖	用途	安装方式
Python 3.10+	MCP 服务器	`apt install python3.11`
Python 包	MCP/numpy/scipy	`pip install numpy scipy mcp>=1.0`
Profex + BGMN	GUI + Rietveld 精修 (可选)	从 Profex 官网下载或编译
Qt 5.15+	Profex GUI (可选)	系统包管理器
C++ 编译器	Profex 编译 (可选)	`apt install build-essential`

1️⃣ 安装 Python 依赖

git clone https://github.com/XRDFPSR/Profex-MCP.git
cd Profex-MCP

# 核心依赖
pip install numpy scipy mcp>=1.0

# 验证
python3 -c "from pyprofex.search_match import get_db; db = get_db(); print(f'{len(db)} fingerprints')"
# → 2289 fingerprints

2️⃣ 安装 Profex 和 BGMN (可选 — 用于精修)

# 方式 A：使用构建脚本
bash scripts/setup-dev.sh    # 开发环境配置
bash scripts/build.sh        # 一键构建

# 方式 B：从 Profex 官网下载预编译包
# https://www.profex-xrd.org/

# 安装后设置环境变量
export PROFEX_HOME=/path/to/profex
export PATH=$PROFEX_HOME/profex:$PATH

3️⃣ 验证安装

# 验证 Python 包
python3 -c "from pyprofex.mcp_server import server; print('✅ mcp_server OK')"
python3 -c "from pyprofex.mcp_server_refine import server_refine; print('✅ mcp_server_refine OK')"
python3 -c "from pyprofex.search_match import get_db; db = get_db(); print(f'✅ {len(db)} entries')"

# 验证 MCP 工具注册
python3 -c "
import asyncio
from pyprofex.mcp_server import server
from mcp_server import list_tools
tools = asyncio.run(list_tools())
print(f'✅ {len(tools)} XRD tools')
for t in tools:
    print(f'   • {t.name}')
"

MCP 服务器使用 / MCP Server Usage

启动服务器

# XRD 分析服务器 (Search-Match + COD + 数据转换)
python3 pyprofex/mcp_server.py

# BGMN 精修服务器 (精修执行 + 结果分析)
python3 pyprofex/mcp_server_refine.py

MCP 宿主配置 / Claude Desktop Config

{
  "mcpServers": {
    "profex-xrd": {
      "command": "python3",
      "args": ["pyprofex/mcp_server.py"],
      "cwd": "/path/to/Profex-MCP"
    },
    "profex-refine": {
      "command": "python3",
      "args": ["pyprofex/mcp_server_refine.py"],
      "cwd": "/path/to/Profex-MCP"
    }
  }
}

XRD 分析工具 (11 个)

工具	功能
`list_projects`	列示 Profex 项目文件
`convert_file`	XRD 数据格式转换
`parse_parameters`	解析 BGMN .par 文件
`list_scans`	列示 XRD 扫描数据
`available_formats`	列出支持的导入/导出格式
`search_phase`	搜索物相结构文件
`identify_phases`	🔥 从 d-spacing 列表自动 Search-Match
`cod_search`	COD 数据库搜索 (按元素/矿物/化学式/ID)
`cod_get_cif`	下载 COD CIF 文件
`cod_search_by_d`	按 d-spacing 搜索 COD 物相
`search_match`	🔥 端到端管线: 加载 XRD 数据 → 寻峰 → Search-Match

BGMN 精修工具 (4 个 + 2 个提示词)

工具	功能
`run_refinement`	通过 .sav 控制文件执行 BGMN 精修
`get_results`	解析 .par 结果 (Rwp, GoF, 物相定量)
`batch_refine`	多参数组合自动批量精修
`list_sav_files`	列示 .sav 控制文件

提示词	功能
`refine_advisor`	AI 精修顾问 — 参数选择和问题诊断
`search_match_workflow`	引导式 Search-Match 工作流

COD 数据库查询

查询类型	示例
按元素	`cod_search("Fe,O")` → 含 Fe 和 O 的物相
按矿物名	`cod_search("Quartz")` → 石英条目
按化学式	`cod_search("SiO2")` → 二氧化硅
按 COD ID	`cod_search("1011097")` → 指定 CIF
d-spacing 匹配	`cod_search_by_d("3.34,2.46,1.82")`

Profex 能力概述 / Profex Capabilities

Profex 是基于 BGMN 的开源粉末 XRD 分析 GUI，由 Nico B. 开发。

核心功能

功能	说明
Rietveld 精修	通过 BGMN 引擎执行全谱拟合
数据格式转换	支持 40+ XRD 格式互相转换
寻峰 + 拟合	自动/手动寻峰，Pseudo-Voigt 拟合
Search-Match	通过本 fork 的 Python 引擎实现自动物相鉴定
批量处理	多文件统一处理管线
结构参数精修	晶格常数、原子位置、占有率、温度因子
微结构分析	晶粒尺寸、微应变 (各向同性/各向异性)
择优取向	March-Dollase 函数修正
仪器校准	标准样品 (LaB6, NIST 660a/b/c) 校准

Profex C++ 编译指南 / Profex C++ Compilation

从源码编译 Profex

# 1. 安装 Qt5 + 依赖
sudo apt install qt5-qmake qtbase5-dev libqt5xmlpatterns5-dev \
  libqt5opengl5-dev libssh2-1-dev

# 2. 编译
cd Profex-MCP/profex
qmake profex.pro
make -j$(nproc)

# 3. 验证
./profex --version

编译命令行工具

cd Profex-MCP/cmdtools
for tool in pxanytoxy pxapplypreset pxreport; do
    cd $tool && qmake && make -j$(nproc) && cd ..
done

本 Fork 的变更 / Changes vs Upstream

变更	路径	说明
pyprofex Python 包	`pyprofex/`	完整的 Python MCP 服务器包
MCP 服务器 (XRD)	`pyprofex/mcp_server.py`	11 个 XRD 分析工具
MCP 服务器 (精修)	`pyprofex/mcp_server_refine.py`	4 个精修工具 + 2 个提示词
Search-Match 引擎	`pyprofex/search_match.py`	迭代扣除 + 独立评分 + 自适应容差
指纹库	`pyprofex/fingerprints*.py`	手动验证 27 + CIF 自动 ~2260
统一 pickle	`pyprofex/fingerprints_unified.pkl`	2289 条目, 0.02s 加载
COD API	`pyprofex/mcp_server.py`	cod_search/cod_get_cif/cod_search_by_d
CLI 工具	`pyprofex/profex_cli.py`	search/list-db/db-info/suggest-elements
建筑物	`pyprofex/build_fingerprints.py` 等	指纹库自动构建管线
Doxygen 文档	`Doxyfile`	82 个类, 297 页 HTML
Qt5 兼容性	—	修正 17 处 Qt5 编译错误
CI	`.github/workflows/`	GitHub Actions 自动构建
开发脚本	`scripts/`	build.sh, setup-dev.sh
`.mcp.json`	根目录	MCP 宿主集成配置

开发路线图 / Development Roadmap

阶段	内容	状态
Phase 1	项目基础建设 (LICENSE/README/Doxygen/Qt5 兼容/MCP 基础)	✅
Phase 2	构建脚本与 CI (build.sh/setup-dev.sh/GitHub Actions)	✅
Phase 3	Headless CLI + Python 桥接 (profex_cli.py/JSON schema/YAML)	✅
Phase 4	MCP Server (11 个工具/资源/提示词/AI Editor 集成)	✅
Phase 5	AI 深层集成 (精修控制/批量精修/报告/XRD RAG 知识库)	✅
Phase 6	COD 数据库 API (搜索/CIF 下载/d-spacing 匹配)	✅
Phase S0-S3	Search-Match 优化 (迭代扣除/自适应容差/非晶检测)	✅
—	统一指纹库 pickle 构建	✅

下一步 / Next Steps

扩展指纹库至全部 COD (530K 条目)
PXRD 数据自动预处理管线
Docker 镜像 (含 Profex + BGMN 预装)
CI/CD 自动化测试

测试 / Testing

cd /path/to/Profex-MCP

# 验证 Search-Match 引擎
python3 -c "
from pyprofex.search_match import get_db, iterative_search_match
db = get_db()
d_spacings = [3.34, 2.46, 1.82, 1.54, 1.38]
result = iterative_search_match(d_spacings, ['Si', 'O'])
print(f'✅ {len(db)} entries, found {result[\"total_phases_found\"]} phases')
for p in result['phases']:
    print(f'   {p[\"name\"]}: FOM={p[\"fom\"]}')
"

# 验证 MCP 服务器导入
python3 -c "from pyprofex.mcp_server import server; print('✅ mcp_server')"
python3 -c "from pyprofex.mcp_server_refine import server_refine; print('✅ mcp_server_refine')"

许可证 / License

GNU General Public License v2.0 or later (GPL-2.0-or-later)

本仓库是 PhaseAnalysisXRD/profex (GPLv2+) 的 fork，所有上游贡献者的版权均保留。Profex 由 Nico B. 开发维护。

致谢 / Acknowledgements

Nico B. — Profex 作者与维护者
Juan Rodríguez-Carvajal — FullProf 作者, ILL
Luca Lutterotti — MAUD 作者, University of Trento

Profex 主页: https://www.profex-xrd.org/ BGMN 主页: https://www.bgmn.de/ Profex 上游仓库: https://github.com/PhaseAnalysisXRD/profex

项目	说明	仓库
GSAS2-MCP	GSAS-II Rietveld 精修 MCP 服务器	XRDFPSR/GSAS2-MCP
FullProf-App-MCP	FullProf Rietveld 精修 MCP 服务器	XRDFPSR/FullProf-App-MCP
MAUD-MCP	MAUD 组合衍射分析 MCP 服务器	XRDFPSR/MAUD-MCP

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 21 Commits
.github/workflows		.github/workflows
cmdtools		cmdtools
knowledge-base		knowledge-base
lib		lib
libXrdIO		libXrdIO
mcp-server		mcp-server
modules		modules
profex		profex
pyprofex		pyprofex
quazip		quazip
schemas		schemas
scripts		scripts
zlib		zlib
.clangd		.clangd
.gitignore		.gitignore
.mcp.json		.mcp.json
AI_ROADMAP.md		AI_ROADMAP.md
Doxyfile		Doxyfile
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
SEARCH_MATCH_ROADMAP.md		SEARCH_MATCH_ROADMAP.md
changelog.txt		changelog.txt
org.profex_xrd.Profex.appdata.xml		org.profex_xrd.Profex.appdata.xml
profex.pro		profex.pro
profex5.desktop		profex5.desktop
version.pri		version.pri

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Latest commit

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Profex-MCP 🧪🔬

项目目的 / Purpose

架构 / Architecture

代码结构 / Code Structure

模块依赖关系 / Module Dependencies

Search-Match 引擎 / Search-Match Engine

指纹库 / Fingerprint Database

算法特性 / Algorithm Features

Search-Match 使用示例

编译与安装 / Installation

前置条件 / Prerequisites

1️⃣ 安装 Python 依赖

2️⃣ 安装 Profex 和 BGMN (可选 — 用于精修)

3️⃣ 验证安装

MCP 服务器使用 / MCP Server Usage

启动服务器

MCP 宿主配置 / Claude Desktop Config

XRD 分析工具 (11 个)

BGMN 精修工具 (4 个 + 2 个提示词)

COD 数据库查询

Profex 能力概述 / Profex Capabilities

核心功能

Profex C++ 编译指南 / Profex C++ Compilation

从源码编译 Profex

编译命令行工具

本 Fork 的变更 / Changes vs Upstream

开发路线图 / Development Roadmap

下一步 / Next Steps

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相关项目 / Related Projects

许可证 / License

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