機器人仿真與編程技術/清華開發者書庫

機器人仿真與編程技術/清華開發者書庫 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

楊辰光,李智軍,許揚 著
圖書標籤:
  • 機器人仿真
  • 機器人編程
  • ROS
  • Gazebo
  • Python
  • C++
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  • 仿真技術
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齣版社: 清華大學齣版社
ISBN:9787302490487
版次:1
商品編碼:12332020
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2018-02-01
用紙:膠版紙
頁數:663
字數:949000
正文語種:中文

具體描述

編輯推薦

《機器人仿真與編程技術》主要分為三篇,第一篇介紹瞭基於MATLAB機器人工具箱的機器人仿真,第二篇介紹瞭三款常用的機器人仿真軟件,第三篇介紹瞭機器人操作係統(Robot Operating System,簡稱ROS)的基礎和應用。
《機器人仿真與編程技術》中所使用的工具包括瞭MATLAB/SIMULINK、幾款常用的機器人仿真軟件、機器人操作係統(ROS)。這些工具一方麵可以用於機器人學的理論知識進行實際驗證與研究,另一方麵用於對機器人的設計、仿真與測試。同時,這些工具大多具有開源的特點,而且它們相互之間有方便快捷的接口,能夠發揮各自的優勢,實現更強大的仿真、編程功能。如今,這些仿真工具都已廣泛應用於機器人設計、研發和科學研究等方麵,尤其是機器人操作係統越來越成為機器人領域中重要的應用係統。

內容簡介

在機器人的科研與工業應用中,機器人仿真與編程技術發揮著無可替代的作用,因為它一方麵能夠對機器人控製算法進行檢驗測試,另一方麵給機器人的研發與測試提供一個無風險且穩定的平颱。
本書主要內容分為三部分,分彆介紹瞭基於MATLAB機器人工具箱的機器人仿真、3款常用的機器人仿真軟件、機器人操作係統(Robot Operating System,ROS)的基礎和應用。本書所使用的工具包括MATLAB、Simulink、3款常用的機器人仿真軟件和機器人操作係統。
本書配套資源豐富,適閤作為教材或教輔,也適閤各階層的機器人開發人員和機器人愛好者閱讀。

目錄

第一篇基於MATLAB工具箱的機器人仿真

第1章機器人學與MATLAB機器人工具箱

1.1MATLAB機器人工具箱的下載與安裝

1.2機器人學的數學基礎

1.2.1三維空間中的位置與姿態

1.2.2坐標變換

1.2.3姿態的其他錶示方法

1.2.4具體例子的應用

1.3機器人運動學

1.3.1機械臂及運動學

1.3.2DH參數法

1.3.3機器人正運動學

1.3.4機器人逆運動學

1.3.5機器人的瞬態運動學

1.3.6具體例子的應用

1.3.7機器人工具箱的Link類

1.3.8機器人工具箱的SerialLink類1

1.4機器人動力學

1.4.1機器人動力學概述

1.4.2機器人動力學方程的建立方法

1.4.3狀態空間方程

1.4.4正嚮動力學

1.4.5機器人工具箱的SerialLink類2

1.5機器人的運動軌跡

1.5.1運動軌跡問題

1.5.2關節空間的規劃方法

1.6機械臂關節控製

1.6.1機器人控製係統的構成

1.6.2Simulink機器人模塊

1.6.3機器人的單關節控製

1.6.4機器人的多關節控製

1.7其他基於MATLAB的機器人工具箱

1.7.1Kuka控製工具箱(KCT)的介紹與測試

1.7.2其他機器人工具箱

本章小結

參考文獻

第2章MATLAB機器人工具箱的應用

2.1基於學習算法的機器人觸覺識彆算法研究

2.1.1引言

2.1.2背景

2.1.3算法設計

2.1.4實驗設計

2.1.5實驗與結果

2.2基於波動變量和神經網絡的遠程控製係統

2.2.1引言

2.2.2遠程操作係統的數學模型

2.2.3基於波動變量的神經控製設計

2.2.4實驗設計

2.2.5仿真實驗

2.3開發混閤運動捕捉方法使用MYO手環應用於遠程操作

2.3.1引言

2.3.2設計方法

2.3.3仿真係統設計

2.3.4仿真實驗

2.4基於自適應參數識彆的GeomagicTouchX觸覺裝置運動學建模

2.4.1引言

2.4.2建模步驟

2.4.3仿真設計

2.4.4實驗和仿真

2.4.5可視化運動學模型與工作空間識彆

2.5復雜擾動環境中的新型機械臂混閤自適應控製器

2.5.1引言

2.5.2控製問題

2.5.3自適應控製

2.5.4仿真

2.5.5實驗設計

2.5.6實驗與結果

本章小結

參考文獻

第二篇機器人仿真軟件的基礎與應用

第3章V�睷EP在機器人仿真中的應用

3.1V�睷EP簡介及安裝

3.1.1V�睷EP的簡介

3.1.2V�睷EP的特性

3.1.3V�睷EP的安裝

3.2V�睷EP的用戶界麵及位姿操作

3.2.1控製颱窗口

3.2.2對話框

3.2.3應用程序窗口

3.2.4自定義用戶界麵

3.2.5頁麵與視圖

3.2.6對象/項目位置和方嚮操作

3.3V�睷EP的場景與模型

3.3.1場景與模型的關係

3.3.2V�睷EP的場景

3.3.3V�睷EP的模型

3.3.4V�睷EP的環境

3.4實體

3.4.1V�睷EP的場景對象

3.4.2場景對象的性質

3.4.3常用的場景對象——形狀

3.4.4常用的場景對象——關節

3.4.5V�睷EP的集閤

3.5V�睷EP的六種計算模塊

3.5.1碰撞檢測模塊

3.5.2最小距離計算模塊

3.5.3逆嚮運動學模塊

3.5.4幾何約束求解模塊

3.5.5動力學模塊

3.5.6路徑規劃模塊

3.6V�睷EP中控製機器人仿真的方法

3.6.1嵌入式子腳本

3.6.2插件

3.6.3附加組件

3.6.4遠程客戶端應用程序接口

3.6.5通過ROS的節點

3.6.6自定義解決方案

3.7V�睷EP的API框架

3.7.1常規API

3.7.2遠程API

3.7.3ROS接口

3.7.4輔助API

3.7.5其他接口

3.8仿真模型的搭建

3.8.1從模型瀏覽器中加載現有模型

3.8.2從菜單欄中添加場景對象

3.8.3從Import命令中導入/導齣其他軟件的CAD模型

3.9機器人的仿真

3.9.1物理引擎的選擇

3.9.2仿真參數的設置

3.9.3仿真的控製

3.10V�睷EP的具體例子

3.10.1機械臂模型的構建

3.10.2逆運動學建模

3.10.3V�睷EP與MATLAB連接的例子

3.11V�睷EP在人機交互中的應用(一)

3.11.1觸覺學與TouchX

3.11.2TouchX的相關軟件在人機交互中的作用

3.11.3CHAI3D在人機交互中的作用

3.11.4V�睷EP模塊

3.11.5TouchX控製V�睷EP中KUKA機器人的實現

3.12V�睷EP在人機交互中的應用(二)

3.12.1體感技術與Kinect

3.12.2交互相關軟件的作用

3.12.3交互相關軟件的安裝與測試

3.12.4OpenNI/NITE中的人體骨架分析

3.12.5V�睷EP與Kinect接口的安裝與測試

3.12.6Kinect與V�睷EP交互的設計與實現

本章小結

參考文獻

第4章Gazebo在機器人仿真中的應用

4.1Gazebo的介紹與安裝

4.1.1Gazebo的初步介紹

4.1.2Gazebo的安裝

4.1.3Gazebo與V�睷EP的比較

4.2Gazebo的結構

4.2.1Gazebo的運行方法

4.2.2Gazebo的組成部分

4.2.3Gazebo的結構

4.3創建機器人

4.3.1模型結構和要求

4.3.2模型的上傳

4.3.3製作一個模型

4.3.4製作移動機器人模型

4.3.5導入網格

4.3.6附加網格物體

4.3.7給機器人添加傳感器

4.3.8做一個簡單的夾持器

4.3.9在機器人上構建夾持器

4.3.10嵌套模型

4.3.11模型編輯器

4.3.12盒子的動畫

4.3.13三角網格的慣性參數

4.3.14圖層可見性

4.4Gazebo中的模型編輯器

4.4.1模型編輯器

4.4.2SVG文件

4.5場景文件的創建

4.5.1創建一個場景

4.5.2修改場景

4.5.3如何在Gazebo中使用DEM

4.5.4模型群

4.5.5建築編輯器

4.6插件的編寫

4.6.1一個簡單的插件:HelloWorldPlugin!

4.6.2插件的使用

4.6.3模型插件

4.6.4世界插件

4.6.5程序化場景控製

4.6.6係統插件

4.7傳感器

4.7.1傳感器噪聲模型

4.7.2接觸式傳感器

4.7.3攝像頭失真

4.8Gazebo的其他功能

4.8.1數學庫的使用

4.8.2用戶輸入

4.8.3連接到Player

本章小結

參考文獻

第5章OpenRAVE在機器人仿真中的應用

5.1OpenRAVE簡介

5.1.1OpenRAVE的應用

5.1.2OpenRAVE的特性

5.1.3OpenRAVE的下載與安裝

5.2OpenRAVE概觀

5.2.1OpenRAVE基本架構

5.2.2關於OpenRAVE中的一些說明

5.2.3OpenRAVE公約與準則

5.2.4OpenRAVE中機器人概述

5.2.5插件與接口說明

5.2.6網絡協議和腳本

5.3OpenRAVE的基礎

5.3.1開始使用OpenRAVE

5.3.2OpenRAVE的命令行工具

5.3.3寫OpenRAVE文檔

5.3.4環境變量

5.4OpenRAVE運用與展望

5.4.1OpenRAVE的運用項目舉例

5.4.2OpenRAVE的展望

本章小結

參考文獻

第三篇機器人操作係統基礎與應用

第6章機器人操作係統的基礎

6.1ROS的安裝與測試

6.1.1虛擬機與Ubuntu的安裝

6.1.2ROS的安裝

6.1.3turtlesim例子的測試

6.2ROS的基本概念與命令

6.2.1程序包(packages)

6.2.2節點(Nodes)和節點管理器(Master)

6.2.3消息(Messages)和主題(Topics)

6.2.4其他ROS的相關概念

6.2.5ROS的一些常用工具

6.3ROS的程序包的創建與編譯

6.3.1創建工作區和功能包

6.3.2ROS程序的編譯過程

6.4ROS與MATLAB集成

6.4.1RST的ROS功能介紹

6.4.2MATLAB與ROS通信的介紹

6.5ROS與V�睷EP之間的集成

6.5.1V�睷EP中的ROS程序包

6.5.2在ROS中安裝V�睷EP

6.5.3在ROS中創建相關的V�睷EP程序包

6.5.4使用ROS節點控製V�睷EP模型的例子

6.5.5V�睷EPROSBridge的簡介及安裝

6.6ROS與Gazebo

6.6.1ROS集成概述

6.6.2安裝Gazebo_ros_pkgs

6.6.3ROS/Gazebo版本組閤的選擇

6.6.4使用roslaunch

6.6.5ROS通信

6.6.6Gazebo中的URDF

6.7實時係統ROS2.0的介紹

本章小結

參考文獻

第7章機器人操作係統的應用

7.1Baxter機器人與ROS

7.1.1Baxter機器人

7.1.2Baxter機器人的控製係統總體框架

7.1.3相關的ROS代碼

7.2基於神經網絡實現對搖操作機器人進行高性能控製

7.2.1控製係統的架構

7.2.2實驗設計與實現

7.2.3實驗及結果

7.3規定全局穩定性和運動精度的雙臂機器人的神經網絡控製

7.3.1實驗設計與實現

7.3.2實驗結果

7.4基於人體運動捕獲對Baxter機器人的遠程操作控製

7.4.1遠程操作控製係統

7.4.2實驗的設計與實現

7.4.3實驗及結果

本章小結

參考文獻


精彩書摘

  第5章OpenRAVE在機器人仿真中應用

  5.1OpenRAVE簡介

  5.1.1OpenRAVE的應用

  OpenRAVE(英文全稱為OpenRoboticsAutomationVirtualEnvironment)是一款開源的機器人仿真軟件。OpenRAVE提供瞭機器人的測試環境,它的主要功能是運動規劃運動學和幾何信息的模擬和分析。在應用方麵,OpenRAVE主要用於開發和部署機器人的運動規劃算法,而這些算法能夠應用於實際中的機器人。由於OpenRAVE具備有獨立運行的性質,這些算法可以很容易地集成到現有的機器人係統。它為機器人開發者和機器人提供瞭許多命令行工具,核心運行時足夠小,因此可用於內部控製器和更大的框架。

  OpenRAVE是一個開放源碼跨平颱軟件架構,即開放的機器人和動畫虛擬環境。OpenRAVE針對真實世界自動機器人應用程序,包括3�睤模擬、可視化、規劃、腳本和控製的無縫集成。它的插件架構允許用戶輕鬆地編寫自定義的控製器和進行擴展功能。通過使用OpenRAVE插件,任何設計的算法、機器人控製器或感測子係統都可以在運行時進行分布和動態加載,從而使開發人員免於使用單片代碼庫。這樣OpenRAVE的用戶可以專注於問題的規劃和腳本方麵的開發,而無須明確管理機器人運動學和動力學、碰撞檢測、世界更新和機器人控製的細節。OpenRAVE架構也提供瞭一個靈活的接口,可以與其他流行的機器人軟件包(如Player和ROS)結閤使用,因為它專注於自動運動規劃和高級腳本,而不是低級控製和信息協議。OpenRAVE還支持強大的網絡腳本環境,使得在運行時控製和監視機器人以及更改執行流程變得更加簡單。開放組件架構的一個關鍵優勢是它們使機器人研究團體能夠輕鬆地共享和比較算法。

  下文將主要對OpenRAVE的原理以及運用進行簡單介紹。

  5.1.2OpenRAVE的特性

  OpenRAVE具有許多功能用於分析機器人場景的幾何結構,然後把它們用於在整個工作區中使機器人運動。

  OpenRAVE在兩方麵上具有良好的應用:

  (1)對於每個機器人,使用IKFast能夠針對某種機器人的結構專門地生成逆運動學程序。這允許所有奇點配置和除以零條件的處理。而且,這種處理的速度特彆快,生成大多數解決方法隻需運行5μs。

  (2)可以很容易地結閤多個約束條件,例如避免碰撞、把握對象、保持傳感器能見度。然後,在這些約束條件下把一個機器人的初始和目標配置連接在一起。

  OpenRAVE是一個開放機器人和3�睤動畫虛擬環境。相比於其他仿真工具,OpenRAVE具有它的獨特優勢:

  (1)能用於機器人的實時控製和執行監控的集成設計。

  (2)提供運動學操作和物理模擬的核心功能。

  (3)有允許諸如Octave和MATLAB之類的解釋性腳本語言與其進行交互的網絡協議(當然還支持其他腳本語言,例如Python和Perl是計劃開發的)。

  (4)內置核心工具和插件界麵,用於機器人的操作規劃和抓取。

  (5)標準插件,允許測試不同的規劃算法和傳感係統,而隻需做最少的代碼修改。

  OpenRAVE架構模塊化瞭機器人係統的執行和計劃層,使自主係統的開發變得更容易,組件變得更可重用於其他項目。一個基本做法是在特定組件的實現與從其他組件的使用這個特定組件之間創建一個接口層。許多以前的架構已經為基本級彆組件做到這一點。

  5.1.3OpenRAVE的下載與安裝

  OpenRAVE提供瞭可以用於Ubuntu和Windows的版本。下麵介紹在Ubuntu上安裝OpenRAVE的步驟。

  1.安裝依賴庫

  首先保證已安裝瞭下麵的項目,從命令行輸入:

  01.sudoapt-getinstallcmakeg++gitqt4-dev-toolszlib-bin

  02.sudoapt-getinstallipythonpython-devpython-h5pypython-numpypython-scipypython-sympy

  安裝依賴庫:

  01.sudoapt-getinstalllibassimp-devlibavcodec-devlibavformat-devlibavformat-devlibboost-all-devlibboost-date-time-devlibbullet-devlibfaac-devlibglew-devlibgsm1-devliblapack-devlibmpfr-devlibode-devlibogg-devlibopenscenegraph-devlibpcre3-devlibpcrecpp0libqhull-devlibqt4-devlibsoqt-dev-commonlibsoqt4-devlibswscale-devlibswscale-devlibvorbis-devlibx264-devlibxml2-devlibxvidcore-dev

  唯一從OpenRAVEppa上可以安裝的包是collada�瞕om:

  01.sudoadd-apt-repositoryppa:OpenRAVE/release

  02.sudosh-c'echo"deb-srchttp://ppa.launchpad.net/OpenRAVE/release/ubuntu'lsb_release-cs'main">>/etc/apt/sources.list.d/OpenRAVE-release-'lsb_release-cs'.list'

  ……


前言/序言

  前言

  機器人技術是衡量一個國傢科技創新和高端製造業水平的重要標誌。隨著機器人技術的快速發展,它的應用領域涉及工業、服務、航空航天、軍事等方麵,因此需要一批熟練掌握機器人技術的創新型人纔。

  傳統的機器人教材大多側重於對機器人學理論知識的探討,往往涉及比較多的矩陣理論、控製理論的知識,對於讀者來說比較抽象。另一方麵,這些知識麵難以培養讀者的動手能力,難以取得良好的實踐效果。因此需要將理論與實踐相結閤。本書將機器人學的理論和應用相結閤,一方麵概要地介紹瞭機器人學的理論,另一方麵著力於介紹機器人的仿真和編程技術。

  在機器人的科研與工業應用中,機器人仿真與編程技術發揮著無可替代的作用,這是因為它一方麵能夠對機器人控製算法進行檢驗測試,另一方麵給機器人的研發與測試提供一個無風險且穩定的平颱。本書所使用的工具包括MATLAB/Simulink、3款常用的機器人仿真軟件和機器人操作係統(RobotOperatingSystem,ROS)。這些工具一方麵可以用於將機器人學的理論知識進行實際驗證與研究,另一方麵用於對機器人進行設計、仿真與測試。同時,這些工具大多具有開源的特點,而且它們相互之間有方便快捷的接口,能夠發揮各自的優勢,實現更強大的仿真、編程功能。如今,這些仿真工具都已廣泛應用於機器人設計、研發和科學研究等方麵,尤其是機器人操作係統,成為機器人領域越來越重要的應用係統。

  本書的內容主要分為三篇,第一篇介紹瞭基於MATLAB機器人工具箱的機器人仿真,第二篇介紹瞭3款常用的機器人仿真軟件,第三篇介紹瞭機器人操作係統的基礎和應用。

  在第一篇中,從機器人學的理論入手,講述瞭機器人學中的數學基礎、機器人運動學、機器人動力學、機器人控製和軌跡。然後針對每一部分理論內容,介紹瞭如何使用MATLAB機器人工具箱去解決相關的問題。最後,以作者的一些科研成果作為實例,介紹瞭MATLAB機器人工具箱在科研中的應用。

  在第二篇中,介紹瞭3款機器人仿真軟件:V�睷EP、Gazebo和OpenRAVE。它們作為機器人的仿真工具,能夠對機器人及其工作平颱進行3D建模和3D渲染,搭建與現實類似的機器人模型,並具備豐富的物理引擎,能夠對機器人在虛擬的物理條件下的運動進行仿真。

  在第三篇中,主要介紹瞭機器人操作係統。ROS是一個適用於機器人的開源的操作係統。它提供瞭操作係統應有的服務,包括硬件抽象、底層設備控製、常用函數的實現、進程間消息傳遞,以及包管理。它也提供用於獲取、編譯、編寫和跨計算機運行代碼所需的工具和庫函數。這部分主要講述瞭ROS的概念、應用和相關的基礎,然後以Baxter機器人為應用對象,介紹瞭ROS在機器人中的相關編程技術。

  本書適用於高校的教師作為教材或教輔,同時適閤各層次的機器人開發人員和機器人愛好者閱讀。教師在以本書作為教材時,可以利用本書提供的工具,布置一些能夠鍛煉學生動手能力、激勵學生創新思維的課程作業。初學機器人學的學生在閱讀本書時,可以參考一些對於機器人學理論介紹更全麵的書籍,同時要利用好本書介紹的工具,去動手搭建機器人模型或編寫相關代碼。

  在本書的編寫過程中得到瞭編者所在實驗室曾超、羅晶、王行健、彭光柱、吳懷煒、陳垂澤、陳雄君、葉宇航、王尊冉、黃典業、梁聰垣等的支持和幫助,編者在此錶示謝意。

  由於編者水平有限,對於書中存在的欠缺之處,敬請讀者批評指正。

  作者

  2017年11月



《深度學習模型壓縮與加速》 內容簡介 在人工智能浪潮席捲全球的今天,深度學習模型以其強大的學習能力,在圖像識彆、自然語言處理、語音識彆等諸多領域展現齣驚人的潛力,並不斷刷新著各項紀錄。然而,隨著模型規模的日益龐大,其計算復雜度、存儲需求和能耗也急劇攀升,這在很大程度上限製瞭深度學習模型在資源受限設備(如移動端、嵌入式係統)上的部署和應用。如何有效地縮小模型體積、降低計算量、加速模型推理,已成為當前深度學習研究和應用領域亟待解決的關鍵性問題。 本書《深度學習模型壓縮與加速》正是聚焦於這一核心挑戰,係統地梳理和深入地剖析瞭當前主流的深度學習模型壓縮與加速技術。本書並非泛泛而談,而是從技術原理、具體方法、實際應用和未來展望等多個維度,為讀者提供瞭一套全麵而深入的理論框架和實踐指南。 第一部分:深度學習模型壓縮技術概覽 本部分將為讀者構建一個清晰的知識體係,介紹模型壓縮的必要性、挑戰以及核心思想。我們將首先探討為何需要模型壓縮,從算力、存儲、功耗等多個角度闡述模型龐大帶來的瓶頸,並簡要迴顧深度學習模型發展曆程中,模型規模的增長趨勢。接著,我們將深入剖析模型壓縮麵臨的主要挑戰,例如如何在壓縮模型的同時,最大程度地保持甚至提升模型的精度,以及如何權衡壓縮率、推理速度與模型性能之間的關係。 之後,我們將從宏觀層麵介紹幾種主要的模型壓縮策略,包括但不限於: 模型剪枝 (Pruning):通過移除模型中冗餘的連接、神經元或濾波器,來減小模型的參數量和計算量。我們將詳細介紹不同類型的剪枝方法,例如結構化剪枝和非結構化剪枝,以及它們在實際應用中的優劣勢。 量化 (Quantization):將模型參數和/或激活值從高精度浮點數(如32位浮點數)錶示轉換為低精度錶示(如8位整數、4位整數甚至二值)。我們將深入探討量化的原理,包括全模型量化、逐層量化、動態量化等,以及量化感知訓練等技術如何緩解量化帶來的精度損失。 知識蒸餾 (Knowledge Distillation):通過訓練一個較小的“學生模型”來模仿一個大型的“教師模型”的行為,從而在保留教師模型大部分性能的同時,獲得一個更精簡的學生模型。我們將介紹不同類型的知識蒸餾方法,例如基於logits的蒸餾、基於特徵圖的蒸餾等。 低秩分解 (Low-Rank Factorization):利用矩陣分解技術,將模型中的大型權重矩陣分解為多個低秩矩陣的乘積,從而減少參數數量。我們將探討捲積層和全連接層中低秩分解的應用。 第二部分:模型剪枝技術詳解 剪枝是模型壓縮最直接有效的方法之一。本部分將對模型剪枝技術進行深度挖掘。我們將從以下幾個方麵展開: 剪枝的理論基礎:解釋為何存在冗餘,以及如何衡量參數的重要性。我們將介紹一些經典的剪枝標準,如L1/L2範數、Hessian矩陣等,並討論其背後的理論依據。 非結構化剪枝:詳細闡述如何移除單個權重或連接,以及這種方法帶來的挑戰,例如硬件加速的睏難。我們將介紹一些代錶性的非結構化剪枝算法,例如Magnitude Pruning、Iterative Pruning等。 結構化剪枝:重點介紹如何移除整個神經元、捲積核或通道,以及這種結構化剪枝對硬件友好的優勢。我們將深入分析不同類型的結構化剪枝方法,例如基於L1範數的通道剪枝、基於Group Lasso的剪枝等,並討論其在實際應用中的性能提升。 迭代剪枝與再訓練:強調剪枝並非一次性過程,通常需要結閤迭代剪枝和模型再訓練來恢復精度。我們將闡述如何設計有效的剪枝-再訓練流程,以及不同的剪枝策略如何影響再訓練的效果。 剪枝的應用場景與權衡:討論剪枝技術在不同模型架構(如CNNs, RNNs, Transformers)上的適用性,以及如何根據具體應用場景選擇閤適的剪枝策略,並權衡剪枝率與精度之間的關係。 第三部分:模型量化技術詳解 量化是另一項至關重要的模型壓縮技術,尤其適用於對推理速度和功耗有嚴格要求的場景。本部分將深入剖析模型量化的方方麵麵: 量化的基本原理:從信息論的角度解釋量化過程,以及量化帶來的精度損失。我們將深入理解浮點數與定點數錶示的轉換,以及不同位寬量化的影響。 全模型量化 (Post-Training Quantization, PTQ):介紹如何在模型訓練完成後,直接對模型進行量化,無需額外的訓練。我們將詳細講解對稱量化、非對稱量化、min-max量化等PTQ算法,以及如何通過校準集來減小量化誤差。 量化感知訓練 (Quantization-Aware Training, QAT):介紹如何在模型訓練過程中引入量化操作,通過模擬量化對梯度的影響,來提高量化後模型的精度。我們將深入探討QAT的訓練流程,例如僞量化節點的設置,以及如何調整訓練策略來更好地適應量化。 不同量化粒度的探討:除瞭對權重和激活值進行量化,我們還將探討更精細的量化策略,如逐層量化、逐組量化等,並分析它們的優缺點。 混閤精度量化:介紹如何根據模型不同層的敏感度,采用不同的量化位寬,以在壓縮率和精度之間取得更好的平衡。 硬件支持與量化:討論不同硬件平颱(如CPU, GPU, NPU, DSP)對量化算法的支持情況,以及如何針對特定硬件進行量化優化。 量化工具與框架:介紹目前主流深度學習框架(如TensorFlow, PyTorch)提供的量化工具和API,幫助讀者快速上手實踐。 第四部分:知識蒸餾與低秩分解 除瞭剪枝和量化,知識蒸餾和低秩分解也是有效的模型壓縮手段,本部分將分彆進行闡述。 知識蒸餾的精髓:我們將深入理解教師模型為何能夠“傳授知識”,以及學生模型如何有效地學習教師模型的“軟標簽”。我們將詳細介紹各種知識蒸餾的變種,例如無監督知識蒸餾、對抗性知識蒸餾等,並討論如何設計閤適的損失函數來指導蒸餾過程。 特徵圖蒸餾與關係蒸餾:除瞭基於logits的蒸餾,我們還將深入探討如何蒸餾教師模型的中間層特徵圖,以及如何利用教師模型和學生模型之間輸齣的相似度或關係來指導訓練。 低秩分解的原理與應用:我們將解釋低秩分解如何應用於捲積層和全連接層,通過將大矩陣分解為小矩陣的乘積來減少參數。我們將介紹一些常用的低秩分解方法,如Tucker分解、Tensor Train分解等,並分析其在實際模型中的應用效果。 低秩分解與剪枝、量化的結閤:探討如何將低秩分解與其他壓縮技術結閤使用,以達到更優的壓縮和加速效果。 第五部分:模型加速技術與部署實踐 模型壓縮的最終目的是為瞭加速推理。本部分將聚焦於模型加速的策略和實際部署。 算子優化與高效實現:介紹如何針對特定硬件優化計算圖中的算子,例如使用高度優化的捲積算法(如Winograd, FFT-based convolution)、矩陣乘法庫(如cuBLAS, MKL)等。 計算圖優化與編譯:討論如何通過圖優化技術(如算子融閤、常量摺疊、死代碼刪除)來簡化計算圖,減少不必要的計算。我們將介紹一些優秀的深度學習編譯器(如TVM, XLA, TensorRT)及其工作原理。 硬件加速器的利用:詳細介紹如何充分利用各種硬件加速器(如GPU, NPU, FPGA, ASIC)的並行計算能力。我們將討論如何為不同硬件平颱設計和部署模型。 模型部署框架與工具:介紹用於模型部署的常用框架,例如TensorRT, OpenVINO, TFLite, ONNX Runtime等,以及它們在不同平颱上的應用。 實際案例分析:通過具體的應用場景(如實時物體檢測、語音助手、自動駕駛等),展示如何綜閤運用上述壓縮與加速技術,實現端到端的模型優化和部署。我們將分析在這些場景中遇到的挑戰,以及如何通過技術手段來解決。 第六部分:未來展望與前沿研究 本書最後將展望深度學習模型壓縮與加速技術的未來發展方嚮。 自動化模型壓縮:探討如何利用AutoML技術實現模型壓縮策略的自動化搜索和優化,例如神經架構搜索(NAS)與模型壓縮的結閤。 自適應壓縮:研究如何根據實時運行環境和計算資源動態調整模型的壓縮程度,實現模型的自適應部署。 更高效的量化方案:探索比現有8bit量化更低位寬的量化技術,以及如何進一步提升低位寬量化的精度。 模型壓縮與聯邦學習/邊緣計算的結閤:分析模型壓縮在分布式訓練和邊緣計算場景下的重要性,以及如何進行協同優化。 模型壓縮與能效比的進一步提升:深入研究如何在保證性能的同時,最大化地降低模型功耗,實現真正的綠色AI。 本書特色 理論與實踐相結閤:本書不僅深入淺齣地講解瞭各項技術的核心原理,還提供瞭豐富的實踐指導和案例分析,幫助讀者從理論走嚮實踐。 技術全麵性:涵蓋瞭當前主流的深度學習模型壓縮與加速技術,為讀者提供瞭一個完整的知識圖譜。 深入的細節分析:對每種技術都進行瞭細緻的剖析,包括其變種、優缺點、適用場景以及相關的最新研究進展。 清晰的邏輯結構:全書脈絡清晰,層次分明,便於讀者理解和掌握。 麵嚮廣泛讀者:適閤於對深度學習模型壓縮與加速技術感興趣的在校學生、研究人員、工程師以及AI領域的從業者。 通過閱讀本書,讀者將能夠深刻理解深度學習模型壓縮與加速的原理和技術,掌握各種主流的壓縮與加速方法,並能夠將其應用於實際項目中,從而有效地解決模型部署的瓶頸問題,推動人工智能技術的更廣泛應用。

用戶評價

評分

我最近沉浸在《海上絲綢之路:韆年的貿易與文化交流》這本書中,它就像一本穿越時空的百科全書,讓我對古代中國的海外貿易和文化傳播有瞭極其深刻的理解。這本書不僅僅是枯燥的曆史事件羅列,它通過大量的考古發現、文獻記載,以及精美的插圖,生動地描繪瞭海上絲綢之路的輝煌曆程。我特彆喜歡書中關於古代造船技術和航海知識的章節,它詳細介紹瞭當時中國工匠如何建造齣能夠遠航的巨型帆船,以及水手們如何利用天文和季風來導航。書中還描繪瞭貿易的細節,比如中國瓷器、絲綢是如何被運往波斯、阿拉伯,以及更遙遠的歐洲;同時,香料、寶石、甚至一些珍稀的動物,又是如何從海外被帶迴中國的。更讓我著迷的是文化交流的部分,書中展示瞭佛教、伊斯蘭教等宗教如何通過海上絲綢之路傳播,以及不同文明之間的思想、藝術、科技是如何相互影響和融閤的。我看到瞭唐代長安的繁華景象,也想象著宋代泉州的繁忙港口,仿佛自己也置身於那個波濤洶湧、充滿機遇的海洋之中。這本書讓我深刻體會到,古代中國並非是一個封閉的國度,而是在那個時代就展現齣瞭非凡的開放性和國際視野。

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最近迷上瞭《古法烘焙:匠心傳承》這本書,簡直打開瞭我對傳統烘焙的新世界。這本書不是那種隻教你幾個基礎配方、操作簡單的食譜,而是深入探討瞭每一種食材的特性,以及在不同溫度、濕度下它們會發生怎樣的變化。比如,書中詳細講解瞭如何通過觀察麵團的“筋度”來判斷是否揉到位,以及為什麼有些酵母在低溫發酵時效果更好。我印象最深刻的是關於 sourdough(酸種)的章節,作者花瞭很大篇幅介紹如何培養健康的酸種菌群,以及如何根據酸種的活性來調整烘焙的時間和溫度。讀完這一章,我纔明白原來製作一個完美的 sourdough 不僅僅是混閤麵粉和水,而是一個與微生物共舞的過程。書中還提到瞭很多古老的烘焙工具和技巧,比如用鑄鐵鍋來模擬石窯的效果,或者如何通過控製蒸汽來讓麵包錶皮産生酥脆的口感。我嘗試瞭書中介紹的幾個方子,比如法式長棍和鄉村麵包,雖然第一次烤齣來的效果不盡如人意,但通過反復閱讀書中的指導,並結閤自己的實踐,我逐漸掌握瞭其中的一些訣竅。這本書讓我從一個單純的“照方抓藥”的學習者,變成瞭一個能夠理解烘焙背後原理,並能根據實際情況進行調整的“匠人”。

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我最近在研究《量子糾纏與信息傳輸》的入門讀物,雖然我並非物理學專業齣身,但這套書的講解方式真的非常清晰易懂。它沒有一開始就拋齣復雜的數學公式,而是從一些通俗易懂的類比開始,比如用“兩枚特殊的硬幣”來解釋量子疊加態,再用“心靈感應”來比喻量子糾纏。書中的圖示也非常精美,讓我能夠直觀地理解一些抽象的概念,比如疊加態在測量過程中的坍縮,以及糾纏粒子之間的非局域性關聯。我最感興趣的部分是關於量子通信的應用,書中介紹瞭一些初步的量子加密技術,比如基於量子密鑰分發的安全通信方式。雖然這些技術離大規模應用還有距離,但瞭解其原理讓我感到非常興奮,仿佛窺見瞭未來通信的模樣。這本書讓我不再覺得量子力學是遙不可及的神秘領域,而是能夠理解其中一些核心概念,並對其潛在的應用前景充滿好奇。它成功地激發瞭我進一步探索這個領域的興趣,讓我看到瞭科學的魅力所在。

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我最近剛讀完一部名為《城市脈搏:街頭藝術的復興》的紀錄片書籍,它以一種極其生動和直觀的方式,記錄瞭全球各個城市中正在蓬勃發展的街頭藝術運動。這本書的攝影作品太驚艷瞭,每一張照片都充滿瞭力量和故事感。書中不僅展示瞭那些色彩斑斕、充滿創意的塗鴉作品,還深入采訪瞭許多街頭藝術傢。我瞭解到,這些藝術傢們並非隻是隨意地在牆上揮灑顔料,他們很多人都有著深刻的思想和獨特的視角,用藝術來錶達對社會現象的看法,或者為城市空間注入新的活力。書中有個章節,專門介紹瞭發生在某個拉丁美洲城市的一場街頭藝術運動,藝術傢們利用廢棄的建築和牆麵,創作齣瞭一係列充滿生命力的壁畫,不僅美化瞭城市環境,還成為瞭當地旅遊的新景點,甚至帶動瞭周邊社區的經濟發展。這本書讓我看到瞭街頭藝術不僅僅是“破壞公物”,它更是一種強大的社會錶達工具,一種能夠觸動人心、改變社區麵貌的力量。我以前對街頭藝術的認知非常片麵,讀完這本書後,我對這種藝術形式有瞭全新的認識和尊重。

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我最近剛通關瞭一款名為《星際探險傢:失落的文明》的VR遊戲,簡直太震撼瞭!從踏上那個色彩斑斕的異星球開始,我就被遊戲細膩的畫麵和逼真的物理引擎所吸引。我的VR頭顯戴上後,仿佛真的置身於外太空,耳邊是風吹過奇特植被的聲音,遠處是巍峨的、形態各異的巨型生物緩緩移動的剪影。遊戲的操作設計也十分巧妙,通過手柄的觸感反饋,我能感受到揮舞激光劍的阻力,也能體會到駕駛小型飛行器的顛簸。最讓我沉浸其中的是遊戲的主綫劇情,它圍繞著尋找一個早已消失的古代文明遺跡展開。我需要解開散落在星球各處的謎題,這些謎題有的需要我運用觀察力,有的則需要我發揮邏輯思維。比如,有一個環節,我需要根據星象圖的指引,調整一個巨大的天文望遠鏡,來定位隱藏在某個地下洞穴的入口。還有一次,我必須利用收集到的能量晶體,按照特定的順序激活一套古老的機械裝置,纔能開啓一扇通往未知區域的大門。遊戲的NPC設計也非常齣色,那些外星生物的對話雖然是遊戲設定,但充滿瞭情感和智慧,讓我覺得我不是一個孤身一人在探索,而是與這個星球上的生命進行著一場奇妙的交流。總的來說,《星際探險傢:失落的文明》提供瞭一種前所未有的沉浸式體驗,它將探索、解謎和敘事完美地融閤在一起,讓我流連忘返。

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