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🌟 綜合型科學計算MCP服務器

📊 服務器概述

這是一個功能豐富的多領域科學計算MCP服務器，最初作為氣象服務器開始，現已演進為一個強大的學術和科學工具平台。它整合了數學、密碼學、物理學和天氣預報功能，為研究者、學生和專業人員提供全方位的計算工具。

🛠️ 核心功能模組

🌤️ 氣象模組 (原始功能)

• 天氣預報: 根據經緯度獲取詳細天氣預報
• 天氣警報: 查詢美國各州的活躍天氣警報
• 圖像處理: 創建天氣圖表縮略圖

🧮 數學計算模組 (基於SymPy)

• 表達式操作: 簡化、展開、因式分解
• 微積分: 求導、積分（定積分/不定積分）
• 方程求解: 代數方程、極限計算
• LaTeX輸出: 專業數學格式化

🔐 密碼學模組 (基於SymPy Crypto)

• 古典密碼: 凱撒密碼、維吉尼亞密碼、仿射密碼
• 現代加密: RSA非對稱加密、密鑰生成
• 特殊編碼: 摩斯密碼、柵欄密碼、替換密碼
• 完整生態: 每種密碼都有對應的加密/解密工具

⚛️ 物理學模組 (基於SymPy Physics)

• 經典力學: 動能、位能、動量、力的計算
• 波動光學: 波性質、光子能量、薄透鏡公式
• 量子力學: 量子位元狀態、Pauli閘、對易子計算
• 單位系統: 國際單位制轉換

🚀 安裝與使用

安裝依賴

pip install sympy pillow httpx

運行服務器

python main.py

依賴套件

• sympy: 符號數學計算
• Pillow: 圖像處理
• httpx: HTTP客戶端
• mcp-server-time: 時間服務

📖 工具列表

🧮 數學工具

• simplify_expression - 簡化數學表達式
• differentiate_expression - 求導數
• integrate_expression - 計算積分
• solve_equation - 解方程
• calculate_limit - 計算極限
• factor_expression - 因式分解
• expand_expression - 展開表達式

🔐 密碼學工具

• encrypt_shift_cipher / decrypt_shift_cipher - 凱撒密碼
• encrypt_vigenere_cipher / decrypt_vigenere_cipher - 維吉尼亞密碼
• encrypt_affine_cipher / decrypt_affine_cipher - 仿射密碼
• encrypt_railfence_cipher / decrypt_railfence_cipher - 柵欄密碼
• generate_rsa_keys / encrypt_rsa / decrypt_rsa - RSA加密
• encode_morse_code / decode_morse_code - 摩斯密碼
• encrypt_substitution_cipher - 替換密碼

⚛️ 物理學工具

• convert_units - 單位轉換
• calculate_kinetic_energy - 動能計算
• calculate_potential_energy - 位能計算
• calculate_force - 力的計算（牛頓第二定律）
• calculate_momentum - 動量計算
• calculate_wave_properties - 波性質計算
• calculate_photon_energy - 光子能量計算
• thin_lens_calculation - 薄透鏡公式
• create_qubit_state - 量子位元狀態
• apply_pauli_gates - Pauli閘操作
• calculate_commutator - 對易子計算

🌤️ 氣象工具

• get_forecast - 天氣預報
• get_alerts - 天氣警報
• create_thumbnail - 圖像縮略圖

💡 使用範例

🧮 數學計算

# 簡化表達式
await simplify_expression("x**2 + 2*x + 1")
# 輸出: (x + 1)**2

# 求導數
await differentiate_expression("x**3 + 2*x", "x")
# 輸出: 3*x**2 + 2

# 解方程
await solve_equation("x**2 - 4", "x")
# 輸出: x = -2, 2

🔐 密碼學

# 凱撒密碼
await encrypt_shift_cipher("HELLO", 3)
# 輸出: KHOOR

# 維吉尼亞密碼
await encrypt_vigenere_cipher("ATTACKATDAWN", "LEMON")
# 輸出: LXFOPVEFRNHR

# RSA加密
await generate_rsa_keys(512)

⚛️ 物理計算

# 動能計算
await calculate_kinetic_energy(10, 5)
# 輸出: KE = 125 J

# 單位轉換
await convert_units(100, "meter", "m")

# 量子位元
await create_qubit_state(0.707, 0.707)
# 創建 |+⟩ 狀態

🌤️ 天氣查詢

# 天氣預報
await get_forecast(37.7749, -122.4194)  # 舊金山

# 天氣警報
await get_alerts("CA")  # 加州警報

🎯 目標使用者

• 👩‍🏫 教育工作者: 物理、數學、密碼學課程教學
• 👨‍🎓 學生群體: 學習輔助和作業驗證工具
• 🔬 研究人員: 快速計算驗證和原型開發
• 💻 開發者: 算法實現參考和數學函數驗證

🌐 技術架構

FastMCP Server
├── 依賴套件: ["Pillow", "mcp-server-time", "sympy"]
├── HTTP客戶端: httpx (用於天氣API)
├── 圖像處理: PIL/Pillow
└── 符號計算: SymPy生態系統
    ├── sympy.crypto (密碼學)
    ├── sympy.physics (物理學)
    └── 核心數學功能

✨ 主要特色

• 🔧 多領域整合: 單一服務器涵蓋數學、物理、密碼學、氣象
• 🎯 符號計算: 精確計算，LaTeX格式輸出
• 🌍 中文支援: 完整的繁體中文界面
• 📚 教育友善: 詳細說明和錯誤處理
• 🔨 可擴展: 模組化設計，易於添加新功能

🔮 未來發展

1. 擴展物理模組: 電磁學、熱力學計算
2. 增強密碼學: 現代密碼算法、區塊鏈相關
3. 數學可視化: 函數繪圖、3D圖形
4. 機器學習整合: 科學計算與AI結合
5. 雲端計算: 大規模數值計算支援

📄 授權

MIT License

🤝 貢獻

歡迎提交問題和拉取請求來改進這個項目！

這個MCP服務器代表了跨學科計算工具的創新嘗試，將傳統的單一功能服務器發展為多領域科學計算平台，為STEM教育和研究提供強大的技術支援！