机器人仿真与编程技术/清华开发者书库

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杨辰光,李智军,许扬 著
图书标签:
  • 机器人仿真
  • 机器人编程
  • ROS
  • Gazebo
  • Python
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  • 仿真技术
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出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302490487
版次:1
商品编码:12332020
包装:平装
开本:16开
出版时间:2018-02-01
用纸:胶版纸
页数:663
字数:949000
正文语种:中文

具体描述

编辑推荐

《机器人仿真与编程技术》主要分为三篇,第一篇介绍了基于MATLAB机器人工具箱的机器人仿真,第二篇介绍了三款常用的机器人仿真软件,第三篇介绍了机器人操作系统(Robot Operating System,简称ROS)的基础和应用。
《机器人仿真与编程技术》中所使用的工具包括了MATLAB/SIMULINK、几款常用的机器人仿真软件、机器人操作系统(ROS)。这些工具一方面可以用于机器人学的理论知识进行实际验证与研究,另一方面用于对机器人的设计、仿真与测试。同时,这些工具大多具有开源的特点,而且它们相互之间有方便快捷的接口,能够发挥各自的优势,实现更强大的仿真、编程功能。如今,这些仿真工具都已广泛应用于机器人设计、研发和科学研究等方面,尤其是机器人操作系统越来越成为机器人领域中重要的应用系统。

内容简介

在机器人的科研与工业应用中,机器人仿真与编程技术发挥着无可替代的作用,因为它一方面能够对机器人控制算法进行检验测试,另一方面给机器人的研发与测试提供一个无风险且稳定的平台。
本书主要内容分为三部分,分别介绍了基于MATLAB机器人工具箱的机器人仿真、3款常用的机器人仿真软件、机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)的基础和应用。本书所使用的工具包括MATLAB、Simulink、3款常用的机器人仿真软件和机器人操作系统。
本书配套资源丰富,适合作为教材或教辅,也适合各阶层的机器人开发人员和机器人爱好者阅读。

目录

第一篇基于MATLAB工具箱的机器人仿真

第1章机器人学与MATLAB机器人工具箱

1.1MATLAB机器人工具箱的下载与安装

1.2机器人学的数学基础

1.2.1三维空间中的位置与姿态

1.2.2坐标变换

1.2.3姿态的其他表示方法

1.2.4具体例子的应用

1.3机器人运动学

1.3.1机械臂及运动学

1.3.2DH参数法

1.3.3机器人正运动学

1.3.4机器人逆运动学

1.3.5机器人的瞬态运动学

1.3.6具体例子的应用

1.3.7机器人工具箱的Link类

1.3.8机器人工具箱的SerialLink类1

1.4机器人动力学

1.4.1机器人动力学概述

1.4.2机器人动力学方程的建立方法

1.4.3状态空间方程

1.4.4正向动力学

1.4.5机器人工具箱的SerialLink类2

1.5机器人的运动轨迹

1.5.1运动轨迹问题

1.5.2关节空间的规划方法

1.6机械臂关节控制

1.6.1机器人控制系统的构成

1.6.2Simulink机器人模块

1.6.3机器人的单关节控制

1.6.4机器人的多关节控制

1.7其他基于MATLAB的机器人工具箱

1.7.1Kuka控制工具箱(KCT)的介绍与测试

1.7.2其他机器人工具箱

本章小结

参考文献

第2章MATLAB机器人工具箱的应用

2.1基于学习算法的机器人触觉识别算法研究

2.1.1引言

2.1.2背景

2.1.3算法设计

2.1.4实验设计

2.1.5实验与结果

2.2基于波动变量和神经网络的远程控制系统

2.2.1引言

2.2.2远程操作系统的数学模型

2.2.3基于波动变量的神经控制设计

2.2.4实验设计

2.2.5仿真实验

2.3开发混合运动捕捉方法使用MYO手环应用于远程操作

2.3.1引言

2.3.2设计方法

2.3.3仿真系统设计

2.3.4仿真实验

2.4基于自适应参数识别的GeomagicTouchX触觉装置运动学建模

2.4.1引言

2.4.2建模步骤

2.4.3仿真设计

2.4.4实验和仿真

2.4.5可视化运动学模型与工作空间识别

2.5复杂扰动环境中的新型机械臂混合自适应控制器

2.5.1引言

2.5.2控制问题

2.5.3自适应控制

2.5.4仿真

2.5.5实验设计

2.5.6实验与结果

本章小结

参考文献

第二篇机器人仿真软件的基础与应用

第3章V�睷EP在机器人仿真中的应用

3.1V�睷EP简介及安装

3.1.1V�睷EP的简介

3.1.2V�睷EP的特性

3.1.3V�睷EP的安装

3.2V�睷EP的用户界面及位姿操作

3.2.1控制台窗口

3.2.2对话框

3.2.3应用程序窗口

3.2.4自定义用户界面

3.2.5页面与视图

3.2.6对象/项目位置和方向操作

3.3V�睷EP的场景与模型

3.3.1场景与模型的关系

3.3.2V�睷EP的场景

3.3.3V�睷EP的模型

3.3.4V�睷EP的环境

3.4实体

3.4.1V�睷EP的场景对象

3.4.2场景对象的性质

3.4.3常用的场景对象——形状

3.4.4常用的场景对象——关节

3.4.5V�睷EP的集合

3.5V�睷EP的六种计算模块

3.5.1碰撞检测模块

3.5.2最小距离计算模块

3.5.3逆向运动学模块

3.5.4几何约束求解模块

3.5.5动力学模块

3.5.6路径规划模块

3.6V�睷EP中控制机器人仿真的方法

3.6.1嵌入式子脚本

3.6.2插件

3.6.3附加组件

3.6.4远程客户端应用程序接口

3.6.5通过ROS的节点

3.6.6自定义解决方案

3.7V�睷EP的API框架

3.7.1常规API

3.7.2远程API

3.7.3ROS接口

3.7.4辅助API

3.7.5其他接口

3.8仿真模型的搭建

3.8.1从模型浏览器中加载现有模型

3.8.2从菜单栏中添加场景对象

3.8.3从Import命令中导入/导出其他软件的CAD模型

3.9机器人的仿真

3.9.1物理引擎的选择

3.9.2仿真参数的设置

3.9.3仿真的控制

3.10V�睷EP的具体例子

3.10.1机械臂模型的构建

3.10.2逆运动学建模

3.10.3V�睷EP与MATLAB连接的例子

3.11V�睷EP在人机交互中的应用(一)

3.11.1触觉学与TouchX

3.11.2TouchX的相关软件在人机交互中的作用

3.11.3CHAI3D在人机交互中的作用

3.11.4V�睷EP模块

3.11.5TouchX控制V�睷EP中KUKA机器人的实现

3.12V�睷EP在人机交互中的应用(二)

3.12.1体感技术与Kinect

3.12.2交互相关软件的作用

3.12.3交互相关软件的安装与测试

3.12.4OpenNI/NITE中的人体骨架分析

3.12.5V�睷EP与Kinect接口的安装与测试

3.12.6Kinect与V�睷EP交互的设计与实现

本章小结

参考文献

第4章Gazebo在机器人仿真中的应用

4.1Gazebo的介绍与安装

4.1.1Gazebo的初步介绍

4.1.2Gazebo的安装

4.1.3Gazebo与V�睷EP的比较

4.2Gazebo的结构

4.2.1Gazebo的运行方法

4.2.2Gazebo的组成部分

4.2.3Gazebo的结构

4.3创建机器人

4.3.1模型结构和要求

4.3.2模型的上传

4.3.3制作一个模型

4.3.4制作移动机器人模型

4.3.5导入网格

4.3.6附加网格物体

4.3.7给机器人添加传感器

4.3.8做一个简单的夹持器

4.3.9在机器人上构建夹持器

4.3.10嵌套模型

4.3.11模型编辑器

4.3.12盒子的动画

4.3.13三角网格的惯性参数

4.3.14图层可见性

4.4Gazebo中的模型编辑器

4.4.1模型编辑器

4.4.2SVG文件

4.5场景文件的创建

4.5.1创建一个场景

4.5.2修改场景

4.5.3如何在Gazebo中使用DEM

4.5.4模型群

4.5.5建筑编辑器

4.6插件的编写

4.6.1一个简单的插件: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程序化场景控制

4.6.6系统插件

4.7传感器

4.7.1传感器噪声模型

4.7.2接触式传感器

4.7.3摄像头失真

4.8Gazebo的其他功能

4.8.1数学库的使用

4.8.2用户输入

4.8.3连接到Player

本章小结

参考文献

第5章OpenRAVE在机器人仿真中的应用

5.1OpenRAVE简介

5.1.1OpenRAVE的应用

5.1.2OpenRAVE的特性

5.1.3OpenRAVE的下载与安装

5.2OpenRAVE概观

5.2.1OpenRAVE基本架构

5.2.2关于OpenRAVE中的一些说明

5.2.3OpenRAVE公约与准则

5.2.4OpenRAVE中机器人概述

5.2.5插件与接口说明

5.2.6网络协议和脚本

5.3OpenRAVE的基础

5.3.1开始使用OpenRAVE

5.3.2OpenRAVE的命令行工具

5.3.3写OpenRAVE文档

5.3.4环境变量

5.4OpenRAVE运用与展望

5.4.1OpenRAVE的运用项目举例

5.4.2OpenRAVE的展望

本章小结

参考文献

第三篇机器人操作系统基础与应用

第6章机器人操作系统的基础

6.1ROS的安装与测试

6.1.1虚拟机与Ubuntu的安装

6.1.2ROS的安装

6.1.3turtlesim例子的测试

6.2ROS的基本概念与命令

6.2.1程序包(packages)

6.2.2节点(Nodes)和节点管理器(Master)

6.2.3消息(Messages)和主题(Topics)

6.2.4其他ROS的相关概念

6.2.5ROS的一些常用工具

6.3ROS的程序包的创建与编译

6.3.1创建工作区和功能包

6.3.2ROS程序的编译过程

6.4ROS与MATLAB集成

6.4.1RST的ROS功能介绍

6.4.2MATLAB与ROS通信的介绍

6.5ROS与V�睷EP之间的集成

6.5.1V�睷EP中的ROS程序包

6.5.2在ROS中安装V�睷EP

6.5.3在ROS中创建相关的V�睷EP程序包

6.5.4使用ROS节点控制V�睷EP模型的例子

6.5.5V�睷EPROSBridge的简介及安装

6.6ROS与Gazebo

6.6.1ROS集成概述

6.6.2安装Gazebo_ros_pkgs

6.6.3ROS/Gazebo版本组合的选择

6.6.4使用roslaunch

6.6.5ROS通信

6.6.6Gazebo中的URDF

6.7实时系统ROS2.0的介绍

本章小结

参考文献

第7章机器人操作系统的应用

7.1Baxter机器人与ROS

7.1.1Baxter机器人

7.1.2Baxter机器人的控制系统总体框架

7.1.3相关的ROS代码

7.2基于神经网络实现对摇操作机器人进行高性能控制

7.2.1控制系统的架构

7.2.2实验设计与实现

7.2.3实验及结果

7.3规定全局稳定性和运动精度的双臂机器人的神经网络控制

7.3.1实验设计与实现

7.3.2实验结果

7.4基于人体运动捕获对Baxter机器人的远程操作控制

7.4.1远程操作控制系统

7.4.2实验的设计与实现

7.4.3实验及结果

本章小结

参考文献


精彩书摘

  第5章OpenRAVE在机器人仿真中应用

  5.1OpenRAVE简介

  5.1.1OpenRAVE的应用

  OpenRAVE(英文全称为OpenRoboticsAutomationVirtualEnvironment)是一款开源的机器人仿真软件。OpenRAVE提供了机器人的测试环境,它的主要功能是运动规划运动学和几何信息的模拟和分析。在应用方面,OpenRAVE主要用于开发和部署机器人的运动规划算法,而这些算法能够应用于实际中的机器人。由于OpenRAVE具备有独立运行的性质,这些算法可以很容易地集成到现有的机器人系统。它为机器人开发者和机器人提供了许多命令行工具,核心运行时足够小,因此可用于内部控制器和更大的框架。

  OpenRAVE是一个开放源码跨平台软件架构,即开放的机器人和动画虚拟环境。OpenRAVE针对真实世界自动机器人应用程序,包括3�睤模拟、可视化、规划、脚本和控制的无缝集成。它的插件架构允许用户轻松地编写自定义的控制器和进行扩展功能。通过使用OpenRAVE插件,任何设计的算法、机器人控制器或感测子系统都可以在运行时进行分布和动态加载,从而使开发人员免于使用单片代码库。这样OpenRAVE的用户可以专注于问题的规划和脚本方面的开发,而无须明确管理机器人运动学和动力学、碰撞检测、世界更新和机器人控制的细节。OpenRAVE架构也提供了一个灵活的接口,可以与其他流行的机器人软件包(如Player和ROS)结合使用,因为它专注于自动运动规划和高级脚本,而不是低级控制和信息协议。OpenRAVE还支持强大的网络脚本环境,使得在运行时控制和监视机器人以及更改执行流程变得更加简单。开放组件架构的一个关键优势是它们使机器人研究团体能够轻松地共享和比较算法。

  下文将主要对OpenRAVE的原理以及运用进行简单介绍。

  5.1.2OpenRAVE的特性

  OpenRAVE具有许多功能用于分析机器人场景的几何结构,然后把它们用于在整个工作区中使机器人运动。

  OpenRAVE在两方面上具有良好的应用:

  (1)对于每个机器人,使用IKFast能够针对某种机器人的结构专门地生成逆运动学程序。这允许所有奇点配置和除以零条件的处理。而且,这种处理的速度特别快,生成大多数解决方法只需运行5μs。

  (2)可以很容易地结合多个约束条件,例如避免碰撞、把握对象、保持传感器能见度。然后,在这些约束条件下把一个机器人的初始和目标配置连接在一起。

  OpenRAVE是一个开放机器人和3�睤动画虚拟环境。相比于其他仿真工具,OpenRAVE具有它的独特优势:

  (1)能用于机器人的实时控制和执行监控的集成设计。

  (2)提供运动学操作和物理模拟的核心功能。

  (3)有允许诸如Octave和MATLAB之类的解释性脚本语言与其进行交互的网络协议(当然还支持其他脚本语言,例如Python和Perl是计划开发的)。

  (4)内置核心工具和插件界面,用于机器人的操作规划和抓取。

  (5)标准插件,允许测试不同的规划算法和传感系统,而只需做最少的代码修改。

  OpenRAVE架构模块化了机器人系统的执行和计划层,使自主系统的开发变得更容易,组件变得更可重用于其他项目。一个基本做法是在特定组件的实现与从其他组件的使用这个特定组件之间创建一个接口层。许多以前的架构已经为基本级别组件做到这一点。

  5.1.3OpenRAVE的下载与安装

  OpenRAVE提供了可以用于Ubuntu和Windows的版本。下面介绍在Ubuntu上安装OpenRAVE的步骤。

  1.安装依赖库

  首先保证已安装了下面的项目,从命令行输入:

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

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

  安装依赖库:

  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

  唯一从OpenRAVEppa上可以安装的包是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

  机器人技术是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。随着机器人技术的快速发展,它的应用领域涉及工业、服务、航空航天、军事等方面,因此需要一批熟练掌握机器人技术的创新型人才。

  传统的机器人教材大多侧重于对机器人学理论知识的探讨,往往涉及比较多的矩阵理论、控制理论的知识,对于读者来说比较抽象。另一方面,这些知识面难以培养读者的动手能力,难以取得良好的实践效果。因此需要将理论与实践相结合。本书将机器人学的理论和应用相结合,一方面概要地介绍了机器人学的理论,另一方面着力于介绍机器人的仿真和编程技术。

  在机器人的科研与工业应用中,机器人仿真与编程技术发挥着无可替代的作用,这是因为它一方面能够对机器人控制算法进行检验测试,另一方面给机器人的研发与测试提供一个无风险且稳定的平台。本书所使用的工具包括MATLAB/Simulink、3款常用的机器人仿真软件和机器人操作系统(RobotOperatingSystem,ROS)。这些工具一方面可以用于将机器人学的理论知识进行实际验证与研究,另一方面用于对机器人进行设计、仿真与测试。同时,这些工具大多具有开源的特点,而且它们相互之间有方便快捷的接口,能够发挥各自的优势,实现更强大的仿真、编程功能。如今,这些仿真工具都已广泛应用于机器人设计、研发和科学研究等方面,尤其是机器人操作系统,成为机器人领域越来越重要的应用系统。

  本书的内容主要分为三篇,第一篇介绍了基于MATLAB机器人工具箱的机器人仿真,第二篇介绍了3款常用的机器人仿真软件,第三篇介绍了机器人操作系统的基础和应用。

  在第一篇中,从机器人学的理论入手,讲述了机器人学中的数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制和轨迹。然后针对每一部分理论内容,介绍了如何使用MATLAB机器人工具箱去解决相关的问题。最后,以作者的一些科研成果作为实例,介绍了MATLAB机器人工具箱在科研中的应用。

  在第二篇中,介绍了3款机器人仿真软件:V�睷EP、Gazebo和OpenRAVE。它们作为机器人的仿真工具,能够对机器人及其工作平台进行3D建模和3D渲染,搭建与现实类似的机器人模型,并具备丰富的物理引擎,能够对机器人在虚拟的物理条件下的运动进行仿真。

  在第三篇中,主要介绍了机器人操作系统。ROS是一个适用于机器人的开源的操作系统。它提供了操作系统应有的服务,包括硬件抽象、底层设备控制、常用函数的实现、进程间消息传递,以及包管理。它也提供用于获取、编译、编写和跨计算机运行代码所需的工具和库函数。这部分主要讲述了ROS的概念、应用和相关的基础,然后以Baxter机器人为应用对象,介绍了ROS在机器人中的相关编程技术。

  本书适用于高校的教师作为教材或教辅,同时适合各层次的机器人开发人员和机器人爱好者阅读。教师在以本书作为教材时,可以利用本书提供的工具,布置一些能够锻炼学生动手能力、激励学生创新思维的课程作业。初学机器人学的学生在阅读本书时,可以参考一些对于机器人学理论介绍更全面的书籍,同时要利用好本书介绍的工具,去动手搭建机器人模型或编写相关代码。

  在本书的编写过程中得到了编者所在实验室曾超、罗晶、王行健、彭光柱、吴怀炜、陈垂泽、陈雄君、叶宇航、王尊冉、黄典业、梁聪垣等的支持和帮助,编者在此表示谢意。

  由于编者水平有限,对于书中存在的欠缺之处,敬请读者批评指正。

  作者

  2017年11月



《深度学习模型压缩与加速》 内容简介 在人工智能浪潮席卷全球的今天,深度学习模型以其强大的学习能力,在图像识别、自然语言处理、语音识别等诸多领域展现出惊人的潜力,并不断刷新着各项纪录。然而,随着模型规模的日益庞大,其计算复杂度、存储需求和能耗也急剧攀升,这在很大程度上限制了深度学习模型在资源受限设备(如移动端、嵌入式系统)上的部署和应用。如何有效地缩小模型体积、降低计算量、加速模型推理,已成为当前深度学习研究和应用领域亟待解决的关键性问题。 本书《深度学习模型压缩与加速》正是聚焦于这一核心挑战,系统地梳理和深入地剖析了当前主流的深度学习模型压缩与加速技术。本书并非泛泛而谈,而是从技术原理、具体方法、实际应用和未来展望等多个维度,为读者提供了一套全面而深入的理论框架和实践指南。 第一部分:深度学习模型压缩技术概览 本部分将为读者构建一个清晰的知识体系,介绍模型压缩的必要性、挑战以及核心思想。我们将首先探讨为何需要模型压缩,从算力、存储、功耗等多个角度阐述模型庞大带来的瓶颈,并简要回顾深度学习模型发展历程中,模型规模的增长趋势。接着,我们将深入剖析模型压缩面临的主要挑战,例如如何在压缩模型的同时,最大程度地保持甚至提升模型的精度,以及如何权衡压缩率、推理速度与模型性能之间的关系。 之后,我们将从宏观层面介绍几种主要的模型压缩策略,包括但不限于: 模型剪枝 (Pruning):通过移除模型中冗余的连接、神经元或滤波器,来减小模型的参数量和计算量。我们将详细介绍不同类型的剪枝方法,例如结构化剪枝和非结构化剪枝,以及它们在实际应用中的优劣势。 量化 (Quantization):将模型参数和/或激活值从高精度浮点数(如32位浮点数)表示转换为低精度表示(如8位整数、4位整数甚至二值)。我们将深入探讨量化的原理,包括全模型量化、逐层量化、动态量化等,以及量化感知训练等技术如何缓解量化带来的精度损失。 知识蒸馏 (Knowledge Distillation):通过训练一个较小的“学生模型”来模仿一个大型的“教师模型”的行为,从而在保留教师模型大部分性能的同时,获得一个更精简的学生模型。我们将介绍不同类型的知识蒸馏方法,例如基于logits的蒸馏、基于特征图的蒸馏等。 低秩分解 (Low-Rank Factorization):利用矩阵分解技术,将模型中的大型权重矩阵分解为多个低秩矩阵的乘积,从而减少参数数量。我们将探讨卷积层和全连接层中低秩分解的应用。 第二部分:模型剪枝技术详解 剪枝是模型压缩最直接有效的方法之一。本部分将对模型剪枝技术进行深度挖掘。我们将从以下几个方面展开: 剪枝的理论基础:解释为何存在冗余,以及如何衡量参数的重要性。我们将介绍一些经典的剪枝标准,如L1/L2范数、Hessian矩阵等,并讨论其背后的理论依据。 非结构化剪枝:详细阐述如何移除单个权重或连接,以及这种方法带来的挑战,例如硬件加速的困难。我们将介绍一些代表性的非结构化剪枝算法,例如Magnitude Pruning、Iterative Pruning等。 结构化剪枝:重点介绍如何移除整个神经元、卷积核或通道,以及这种结构化剪枝对硬件友好的优势。我们将深入分析不同类型的结构化剪枝方法,例如基于L1范数的通道剪枝、基于Group Lasso的剪枝等,并讨论其在实际应用中的性能提升。 迭代剪枝与再训练:强调剪枝并非一次性过程,通常需要结合迭代剪枝和模型再训练来恢复精度。我们将阐述如何设计有效的剪枝-再训练流程,以及不同的剪枝策略如何影响再训练的效果。 剪枝的应用场景与权衡:讨论剪枝技术在不同模型架构(如CNNs, RNNs, Transformers)上的适用性,以及如何根据具体应用场景选择合适的剪枝策略,并权衡剪枝率与精度之间的关系。 第三部分:模型量化技术详解 量化是另一项至关重要的模型压缩技术,尤其适用于对推理速度和功耗有严格要求的场景。本部分将深入剖析模型量化的方方面面: 量化的基本原理:从信息论的角度解释量化过程,以及量化带来的精度损失。我们将深入理解浮点数与定点数表示的转换,以及不同位宽量化的影响。 全模型量化 (Post-Training Quantization, PTQ):介绍如何在模型训练完成后,直接对模型进行量化,无需额外的训练。我们将详细讲解对称量化、非对称量化、min-max量化等PTQ算法,以及如何通过校准集来减小量化误差。 量化感知训练 (Quantization-Aware Training, QAT):介绍如何在模型训练过程中引入量化操作,通过模拟量化对梯度的影响,来提高量化后模型的精度。我们将深入探讨QAT的训练流程,例如伪量化节点的设置,以及如何调整训练策略来更好地适应量化。 不同量化粒度的探讨:除了对权重和激活值进行量化,我们还将探讨更精细的量化策略,如逐层量化、逐组量化等,并分析它们的优缺点。 混合精度量化:介绍如何根据模型不同层的敏感度,采用不同的量化位宽,以在压缩率和精度之间取得更好的平衡。 硬件支持与量化:讨论不同硬件平台(如CPU, GPU, NPU, DSP)对量化算法的支持情况,以及如何针对特定硬件进行量化优化。 量化工具与框架:介绍目前主流深度学习框架(如TensorFlow, PyTorch)提供的量化工具和API,帮助读者快速上手实践。 第四部分:知识蒸馏与低秩分解 除了剪枝和量化,知识蒸馏和低秩分解也是有效的模型压缩手段,本部分将分别进行阐述。 知识蒸馏的精髓:我们将深入理解教师模型为何能够“传授知识”,以及学生模型如何有效地学习教师模型的“软标签”。我们将详细介绍各种知识蒸馏的变种,例如无监督知识蒸馏、对抗性知识蒸馏等,并讨论如何设计合适的损失函数来指导蒸馏过程。 特征图蒸馏与关系蒸馏:除了基于logits的蒸馏,我们还将深入探讨如何蒸馏教师模型的中间层特征图,以及如何利用教师模型和学生模型之间输出的相似度或关系来指导训练。 低秩分解的原理与应用:我们将解释低秩分解如何应用于卷积层和全连接层,通过将大矩阵分解为小矩阵的乘积来减少参数。我们将介绍一些常用的低秩分解方法,如Tucker分解、Tensor Train分解等,并分析其在实际模型中的应用效果。 低秩分解与剪枝、量化的结合:探讨如何将低秩分解与其他压缩技术结合使用,以达到更优的压缩和加速效果。 第五部分:模型加速技术与部署实践 模型压缩的最终目的是为了加速推理。本部分将聚焦于模型加速的策略和实际部署。 算子优化与高效实现:介绍如何针对特定硬件优化计算图中的算子,例如使用高度优化的卷积算法(如Winograd, FFT-based convolution)、矩阵乘法库(如cuBLAS, MKL)等。 计算图优化与编译:讨论如何通过图优化技术(如算子融合、常量折叠、死代码删除)来简化计算图,减少不必要的计算。我们将介绍一些优秀的深度学习编译器(如TVM, XLA, TensorRT)及其工作原理。 硬件加速器的利用:详细介绍如何充分利用各种硬件加速器(如GPU, NPU, FPGA, ASIC)的并行计算能力。我们将讨论如何为不同硬件平台设计和部署模型。 模型部署框架与工具:介绍用于模型部署的常用框架,例如TensorRT, OpenVINO, TFLite, ONNX Runtime等,以及它们在不同平台上的应用。 实际案例分析:通过具体的应用场景(如实时物体检测、语音助手、自动驾驶等),展示如何综合运用上述压缩与加速技术,实现端到端的模型优化和部署。我们将分析在这些场景中遇到的挑战,以及如何通过技术手段来解决。 第六部分:未来展望与前沿研究 本书最后将展望深度学习模型压缩与加速技术的未来发展方向。 自动化模型压缩:探讨如何利用AutoML技术实现模型压缩策略的自动化搜索和优化,例如神经架构搜索(NAS)与模型压缩的结合。 自适应压缩:研究如何根据实时运行环境和计算资源动态调整模型的压缩程度,实现模型的自适应部署。 更高效的量化方案:探索比现有8bit量化更低位宽的量化技术,以及如何进一步提升低位宽量化的精度。 模型压缩与联邦学习/边缘计算的结合:分析模型压缩在分布式训练和边缘计算场景下的重要性,以及如何进行协同优化。 模型压缩与能效比的进一步提升:深入研究如何在保证性能的同时,最大化地降低模型功耗,实现真正的绿色AI。 本书特色 理论与实践相结合:本书不仅深入浅出地讲解了各项技术的核心原理,还提供了丰富的实践指导和案例分析,帮助读者从理论走向实践。 技术全面性:涵盖了当前主流的深度学习模型压缩与加速技术,为读者提供了一个完整的知识图谱。 深入的细节分析:对每种技术都进行了细致的剖析,包括其变种、优缺点、适用场景以及相关的最新研究进展。 清晰的逻辑结构:全书脉络清晰,层次分明,便于读者理解和掌握。 面向广泛读者:适合于对深度学习模型压缩与加速技术感兴趣的在校学生、研究人员、工程师以及AI领域的从业者。 通过阅读本书,读者将能够深刻理解深度学习模型压缩与加速的原理和技术,掌握各种主流的压缩与加速方法,并能够将其应用于实际项目中,从而有效地解决模型部署的瓶颈问题,推动人工智能技术的更广泛应用。

用户评价

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我最近刚读完一部名为《城市脉搏:街头艺术的复兴》的纪录片书籍,它以一种极其生动和直观的方式,记录了全球各个城市中正在蓬勃发展的街头艺术运动。这本书的摄影作品太惊艳了,每一张照片都充满了力量和故事感。书中不仅展示了那些色彩斑斓、充满创意的涂鸦作品,还深入采访了许多街头艺术家。我了解到,这些艺术家们并非只是随意地在墙上挥洒颜料,他们很多人都有着深刻的思想和独特的视角,用艺术来表达对社会现象的看法,或者为城市空间注入新的活力。书中有个章节,专门介绍了发生在某个拉丁美洲城市的一场街头艺术运动,艺术家们利用废弃的建筑和墙面,创作出了一系列充满生命力的壁画,不仅美化了城市环境,还成为了当地旅游的新景点,甚至带动了周边社区的经济发展。这本书让我看到了街头艺术不仅仅是“破坏公物”,它更是一种强大的社会表达工具,一种能够触动人心、改变社区面貌的力量。我以前对街头艺术的认知非常片面,读完这本书后,我对这种艺术形式有了全新的认识和尊重。

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最近迷上了《古法烘焙:匠心传承》这本书,简直打开了我对传统烘焙的新世界。这本书不是那种只教你几个基础配方、操作简单的食谱,而是深入探讨了每一种食材的特性,以及在不同温度、湿度下它们会发生怎样的变化。比如,书中详细讲解了如何通过观察面团的“筋度”来判断是否揉到位,以及为什么有些酵母在低温发酵时效果更好。我印象最深刻的是关于 sourdough(酸种)的章节,作者花了很大篇幅介绍如何培养健康的酸种菌群,以及如何根据酸种的活性来调整烘焙的时间和温度。读完这一章,我才明白原来制作一个完美的 sourdough 不仅仅是混合面粉和水,而是一个与微生物共舞的过程。书中还提到了很多古老的烘焙工具和技巧,比如用铸铁锅来模拟石窑的效果,或者如何通过控制蒸汽来让面包表皮产生酥脆的口感。我尝试了书中介绍的几个方子,比如法式长棍和乡村面包,虽然第一次烤出来的效果不尽如人意,但通过反复阅读书中的指导,并结合自己的实践,我逐渐掌握了其中的一些诀窍。这本书让我从一个单纯的“照方抓药”的学习者,变成了一个能够理解烘焙背后原理,并能根据实际情况进行调整的“匠人”。

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我最近沉浸在《海上丝绸之路:千年的贸易与文化交流》这本书中,它就像一本穿越时空的百科全书,让我对古代中国的海外贸易和文化传播有了极其深刻的理解。这本书不仅仅是枯燥的历史事件罗列,它通过大量的考古发现、文献记载,以及精美的插图,生动地描绘了海上丝绸之路的辉煌历程。我特别喜欢书中关于古代造船技术和航海知识的章节,它详细介绍了当时中国工匠如何建造出能够远航的巨型帆船,以及水手们如何利用天文和季风来导航。书中还描绘了贸易的细节,比如中国瓷器、丝绸是如何被运往波斯、阿拉伯,以及更遥远的欧洲;同时,香料、宝石、甚至一些珍稀的动物,又是如何从海外被带回中国的。更让我着迷的是文化交流的部分,书中展示了佛教、伊斯兰教等宗教如何通过海上丝绸之路传播,以及不同文明之间的思想、艺术、科技是如何相互影响和融合的。我看到了唐代长安的繁华景象,也想象着宋代泉州的繁忙港口,仿佛自己也置身于那个波涛汹涌、充满机遇的海洋之中。这本书让我深刻体会到,古代中国并非是一个封闭的国度,而是在那个时代就展现出了非凡的开放性和国际视野。

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我最近刚通关了一款名为《星际探险家:失落的文明》的VR游戏,简直太震撼了!从踏上那个色彩斑斓的异星球开始,我就被游戏细腻的画面和逼真的物理引擎所吸引。我的VR头显戴上后,仿佛真的置身于外太空,耳边是风吹过奇特植被的声音,远处是巍峨的、形态各异的巨型生物缓缓移动的剪影。游戏的操作设计也十分巧妙,通过手柄的触感反馈,我能感受到挥舞激光剑的阻力,也能体会到驾驶小型飞行器的颠簸。最让我沉浸其中的是游戏的主线剧情,它围绕着寻找一个早已消失的古代文明遗迹展开。我需要解开散落在星球各处的谜题,这些谜题有的需要我运用观察力,有的则需要我发挥逻辑思维。比如,有一个环节,我需要根据星象图的指引,调整一个巨大的天文望远镜,来定位隐藏在某个地下洞穴的入口。还有一次,我必须利用收集到的能量晶体,按照特定的顺序激活一套古老的机械装置,才能开启一扇通往未知区域的大门。游戏的NPC设计也非常出色,那些外星生物的对话虽然是游戏设定,但充满了情感和智慧,让我觉得我不是一个孤身一人在探索,而是与这个星球上的生命进行着一场奇妙的交流。总的来说,《星际探险家:失落的文明》提供了一种前所未有的沉浸式体验,它将探索、解谜和叙事完美地融合在一起,让我流连忘返。

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我最近在研究《量子纠缠与信息传输》的入门读物,虽然我并非物理学专业出身,但这套书的讲解方式真的非常清晰易懂。它没有一开始就抛出复杂的数学公式,而是从一些通俗易懂的类比开始,比如用“两枚特殊的硬币”来解释量子叠加态,再用“心灵感应”来比喻量子纠缠。书中的图示也非常精美,让我能够直观地理解一些抽象的概念,比如叠加态在测量过程中的坍缩,以及纠缠粒子之间的非局域性关联。我最感兴趣的部分是关于量子通信的应用,书中介绍了一些初步的量子加密技术,比如基于量子密钥分发的安全通信方式。虽然这些技术离大规模应用还有距离,但了解其原理让我感到非常兴奋,仿佛窥见了未来通信的模样。这本书让我不再觉得量子力学是遥不可及的神秘领域,而是能够理解其中一些核心概念,并对其潜在的应用前景充满好奇。它成功地激发了我进一步探索这个领域的兴趣,让我看到了科学的魅力所在。

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