书名:概率机器人
:99.00元
作者:塞巴斯蒂安·特龙
出版社:机械工业出版社
出版日期:2017-05-01
ISBN:9787111504375
字数:517000
页码:495
版次:1
装帧:平装-胶订
开本:16开
商品重量:0.4kg
《概率机器人》对概率机器人学这一新兴领域进行了全面的介绍。概率机器人学依赖统计技术表示信息和进行决策,以容纳当今大多数机器人应用中必然存在的不确定性,是机器人学的一个分支。它依赖统计技术表示信息和制定决策。这样做,可以接纳在当今大多数机器人应用中引起的不确定性。本书主要专注于算法,对于每种算法,均提供了四项内容:①伪码示例;②完整的数学推导;③实验结果;④算法优缺点的详细讨论。
《概率机器人》包括了基础知识、定位、地图构建、规划与控制四大部分。本书共17章,每章的后都提供了练习题和动手实践的项目。相信本书可以加深读者对概率机器人学的认识。
译者序
原书前言
致谢
Ⅰ部分 基础知识
1章 绪论 1
1.1 机器人学中的不确定性 1
1.2 概率机器人学 2
1.3 启示 6
1.4 本书导航 7
1.5 概率机器人课程教学 7
1.6 文献综述 8
2章 递归状态估计 10
2.1 引言 10
2.2 概率的基本概念 10
2.3 机器人环境交互 14
2.3.1 状态 15
2.3.2 环境交互 16
2.3.3 概率生成法则 18
2.3.4 置信分布 19
2.4 贝叶斯滤波 20
2.4.1 贝叶斯滤波算法 20
2.4.2 实例 21
2.4.3 贝叶斯滤波的数学推导 23
2.4.4 马尔可夫假设 25
2.5 表示法和计算 25
2.6 小结 26
2.7 文献综述 26
2.8 习题 27
3章 高斯滤波 29
3.1 引言 29
3.2 卡尔曼滤波 30
3.2.1 线性高斯系统 30
3.2.2 卡尔曼滤波算法 31
3.2.3 例证 32
3.2.4 卡尔曼滤波的数学推导 33
3.3 扩展卡尔曼滤波 40
3.3.1 为什么要线性化 40
3.3.2 通过泰勒展开的线性化 42
3.3.3 扩展卡尔曼滤波算法 44
3.3.4 扩展卡尔曼滤波的数学推导 44
3.3.5 实际考虑 46
3.4 无迹卡尔曼滤波 49
3.4.1 通过无迹变换实现线性化 49
3.4.2 无迹卡尔曼滤波算法 50
3.5 信息滤波 54
3.5.1 正则参数 54
3.5.2 信息滤波算法 55
3.5.3 信息滤波的数学推导 56
3.5.4 扩展信息滤波算法 57
3.5.5 扩展信息滤波的数学推导 58
3.5.6 实际考虑 59
3.6 小结 60
3.7 文献综述 61
3.8 习题 62
4章 非参数滤波 64
4.1 直方图滤波 64
4.1.1 离散贝叶斯滤波算法 65
4.1.2 连续状态 65
4.1.3 直方图近似的数学推导 67
4.1.4 分解技术 69
4.2 静态二值贝叶斯滤波 70
4.3 粒子滤波 72
4.3.1基本算法 72
4.3.2 重要性采样 75
4.3.3 粒子滤波的数学推导 77
4.3.4 粒子滤波的实际考虑和特性 79
4.4 小结 85
4.5 文献综述 85
4.6 习题 86
5章 机器人运动 88
5.1 引言 88
5.2 预备工作 89
5.2.1 运动学构型 89
5.2.2 概率运动学 89
5.3 速度运动模型 90
5.3.1 闭式计算 91
5.3.2 采样算法 92
5.3.3 速度运动模型的数学推导 94
5.4 里程计运动模型 99
5.4.1 闭式计算 100
5.4.2 采样算法 102
5.4.3 里程计运动模型的数学推导 104
5.5 运动和地图 105
5.6 小结 108
5.7 文献综述 109
5.8 习题 110
6章 机器人感知 112
6.1 引言 112
6.2 地图 114
6.3 测距仪的波束模型 115
6.3.1 基本测量算法 115
6.3.2 调节固有模型参数 119
6.3.3 波束模型的数学推导 121
6.3.4 实际考虑 126
6.3.5 波束模型的局限 127
6.4 测距仪的似然域 127
6.4.1 基本算法 127
6.4.2 扩展 130
6.5 基于相关性的测量模型 131
6.6 基于特征的测量模型 133
6.6.1 特征提取 133
6.6.2 地标的测量 133
6.6.3 已知相关性的传感器模型 134
6.6.4 采样位姿 135
6.6.5 进一步的考虑 137
6.7 实际考虑 137
6.8 小结 138
6.9 文献综述 139
6.10 习题 139
Ⅱ部分 定 位
7章 移动机器人定位:马尔可夫与高斯 142
7.1 定位问题的分类 144
7.2 马尔可夫定位 146
7.3 马尔可夫定位图例 147
7.4 扩展卡尔曼滤波定位 149
7.4.1 图例 149
7.4.2 扩展卡尔曼滤波定位算法 151
7.4.3 扩展卡尔曼滤波定位的数学推导 151
7.4.4 物理实现 157
7.5 估计一致性 161
7.5.1 未知一致性的扩展卡尔曼滤波定位 161
7.5.2 *大似然数据关联的数学推导 162
7.6 多假设跟踪 164
7.7 无迹卡尔曼滤波定位 165
7.7.1 无迹卡尔曼滤波定位的数学推导 165
7.7.2 图例 168
7.8 实际考虑 172
7.9 小结 174
7.10 文献综述 175
7.11 习题 176
8章 移动机器人定位:栅格与蒙特卡罗 179
8.1 介绍 179
8.2 栅格定位 179
8.2.1 基本算法 179
8.2.2 栅格分辨率 180
8.2.3 计算开销 184
8.2.4 图例 184
8.3 蒙特卡罗定位 189
8.3.1 图例 189
8.3.2 蒙特卡罗定位算法 191
8.3.3 物理实现 191
8.3.4 蒙特卡罗定位特性 194
8.3.5 随机粒子蒙特卡罗定位:失效恢复 194
8.3.6 更改建议分布 198
8.3.7 库尔贝克-莱布勒散度采样:调节样本集合大小 199
8.4 动态环境下的定位 203
8.5 实际考虑 208
8.6 小结 209
8.7 文献综述 209
8.8习题 211
Ⅲ部分 地图构建
9章 占用栅格地图构建 213
9.1 引言 213
9.2 占用栅格地图构建算法 216
9.2.1 多传感器信息融合 222
9.3 反演测量模型的研究 223
9.3.1 反演测量模型 223
9.3.2 从正演模型采样 224
9.3.3 误差函数 225
9.3.4 实例与深度思考 226
9.4 大化后验占用地图构建 227
9.4.1 维持依赖实例 227
9.4.2 用正演模型进行占用栅格地图构建 228
9.5 小结 231
9.6 文献综述 231
9.7 习题 232
10章 同时定位与地图构建 235
10.1 引言 235
10.2 基于扩展卡尔曼滤波的SLAM 237
10.2.1 设定和假设 237
10.2.2 已知一致性的SLAM问题 238
10.2.3 EKF SLAM的数学推导 241
10.3 未知一致性的EKF SLAM 244
10.3.1 通用EKF SLAM算法 244
10.3.2 举例 247
10.3.3 特征选择和地图管理 250
10.4 小结 252
10.5 文献综述 253
10.6 习题 256
11章 GraphSLAM算法 258
11.1 引言 258
11.2 直觉描述 260
11.2.1 建立图形 260
11.2.2 推论 262
11.3 具体的GraphSLAM算法 265
11.4 GraphSLAM算法的数学推导 270
11.4.1 全SLAM后验 271
11.4.2 负对数后验 272
11.4.3 泰勒表达式 272
11.4.4 构建信息形式 273
11.4.5 浓缩信息表 274
11.4.6 恢复机器人路径 277
11.5 GraphSLAM算法的数据关联 278
11.5.1 未知一致性的GraphSLAM算法 279
11.5.2 一致性测试的数学推理 281
11.6 效率评价 283
11.7 实验应用 284
11.8 其他的优化技术 288
11.9 小结 290
11.10 文献综述 291
11.11 习题 293
12章 稀疏扩展信息滤波 294
12.1 引言 294
12.2 直观描述 296
12.3 SEIF SLAM算法 298
12.4 SEIF的数学推导 301
12.4.1 运动更新 301
12.4.2 测量更新 304
12.5 稀疏化 304
12.5.1 一般思想 304
12.5.2 SEIF的稀疏化 306
12.5.3 稀疏化的数学推导 307
12.6 分期偿还的近似地图恢复 308
12.7 SEIF有多稀疏 310
12.8 增量数据关联 313
12.8.1 计算增量数据关联概率 313
12.8.2 实际考虑 315
12.9 分支定界数据关联 318
12.9.1 递归搜索 318
12.9.2 计算任意的数据关联概率 320
12.9.3 等价约束 320
12.10 实际考虑 322
12.11 多机器人SLAM 325
12.11.1 整合地图 326
12.11.2 地图整合的数学推导 328
12.11.3 建立一致性 329
12.11.4 示例 329
12.12 小结 332
12.13 文献综述 333
12.14 习题 334
13章 FastSLAM算法 336
13.1 基本算法 337
13.2 因子分解SLAM后验 338
13.2.1 因式分解的SLAM后验的数学推导 339
13.3 具有已知数据关联的FastSLAM算法 341
13.4 改进建议分布 346
13.4.1 通过采样新位姿扩展路径后验 346
13.4.2 更新可观察的特征估计 348
13.4.3 计算重要性系数 349
13.5 未知数据关联 351
13.6 地图管理 352
13.7 FastSLAM算法 353
13.8 高效实现 358
13.9 基于特征的地图的 FastSLAM 360
13.9.1 经验思考 360
13.9.2 闭环 363
13.10 基于栅格的FastSLAM算法 366
13.10.1 算法 366
13.10.2 经验见解 366
13.11 小结 369
13.12 文献综述 371
13.13 习题 372
Ⅳ部分 规划与控制
14章 马尔可夫决策过程 374
14.1 目的 374
14.2 行动选择的不确定性 376
14.3 值迭代 380
14.3.1 目标和报酬 380
14.3.2 为完全能观测的情况寻找优控制策略 383
14.3.3 计算值函数 384
14.4 机器人控制的应用 387
14.5 小结 390
14.6 文献综述 391
14.7 习题 392
15章 部分能观测马尔可夫决策过程 394
15.1 动机 394
15.2 算例分析 395
15.2.1 建立 395
15.2.2 控制选择 397
15.2.3 感知 398
15.2.4 预测 402
15.2.5 深度周期和修剪 404
15.3 有限环境POMDP算法 407
15.4 POMDP的数学推导 409
15.4.1 置信空间的值迭代 409
15.4.2 值函数表示法 410
15.4.3 计算值函数 410
15.5 实际考虑 413
15.6 小结 416
15.7 文献综述 417
15.8 习题 419
16章 近似部分能观测马尔可夫决策过程技术 421
16.1 动机 421
16.2 QMDP 422
16.3 AMDP 423
16.3.1 增广的状态空间 423
16.3.2 AMDP算法 424
16.3.3 AMDP的数学推导 426
16.3.4 移动机器人导航应用 427
16.4 MC-POMDP 430
16.4.1 使用粒子集 430
16.4.2 MC-POMDP算法 431
16.4.3 MC-POMDP的数学推导 433
16.4.4 实际考虑 434
16.5 小结 435
16.6 文献综述 436
16.7 习题 436
17章 探测 438
17.1 介绍 438
17.2 基本探测算法 439
17.2.1 信息增益 439
17.2.2 贪婪技术 440
17.2.3 蒙特卡罗探测 441
17.2.4 多步技术 442
17.3 主动定位 442
17.4 为获得占用栅格地图的探测 447
17.4.1 计算信息增益 447
17.4.2 传播增益 450
17.4.3 推广到多机器人系统 452
17.5 SLAM探测 457
17.5.1 SLAM熵分解 457
17.5.2 FastSLAM探测 458
17.5.3 实验描述 460
17.6 小结 462
17.7 文献综述 463
17.8 习题 466
参考文献 468
这本书在我书架上已经静静地放了一段时间,直到最近我才开始深入研究。作为一名在机器人感知领域摸爬滚打多年的工程师,我一直都在寻找能够系统性地梳理和深化我对机器人概率模型理解的读物。这本书的出现,无疑为我提供了一个宝贵的参考。我尤其欣赏书中对贝叶斯推理的深入探讨,它不仅仅是理论的堆砌,而是通过大量的实例,将概率模型如何应用于机器人状态估计、不确定性量化以及决策过程进行了生动的诠释。从基础的概率论知识,到复杂的概率图模型,再到实际的滤波器设计,这本书层层递进,逻辑严谨,让我能够更清晰地认识到概率方法在机器人领域的核心作用。特别是在SLAM部分,书中对不同算法的优劣势分析,以及它们在实际应用中的考量,都给了我很多启发。它并没有回避复杂性,而是选择将复杂的问题分解,用清晰的语言和严谨的数学工具进行解析,这对于我这样有一定基础的读者来说,是极大的福音。这本书让我对“概率机器人”这一概念有了更深刻的理解,也为我解决实际工程问题提供了更强大的理论支撑。
评分作为一名对人工智能领域充满好奇的初学者,我一直渴望能找到一本既能系统性地介绍理论,又不乏实践指导的书籍。最近,我偶然翻阅了这本《概率机器人》,虽然我还没有深入阅读,但从它的目录和一些零散章节的浏览中,我已经被其深厚的学术底蕴和清晰的逻辑结构深深吸引。它不仅涵盖了概率机器人核心的概率推理、状态估计和滤波算法(如卡尔曼滤波、粒子滤波),还详细阐述了SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)这一至关重要的技术,这对于我理解机器人如何在未知环境中自主导航至关重要。此外,书中对机器人运动模型、传感器模型以及如何利用概率方法解决定位、地图构建、规划与控制等一系列实际问题进行了详尽的讲解。特别是“机器人应用”这一章节,让我看到了概率机器人技术在自动驾驶、无人机、工业自动化等各个前沿领域的实际落地,这极大地激发了我进一步学习和探索的热情。虽然我还没有机会完全消化书中的内容,但仅仅是目录结构和部分内容的预览,就已经让我感受到了这本书的价值和深度,它无疑是我迈向机器人技术世界的绝佳起点。
评分作为一名资深的软件开发者,我一直对能够将复杂算法应用于实际场景的技术抱有浓厚的兴趣。最近,我读到了一本关于“概率机器人”的书,它在我的职业生涯中激起了不小的涟漪。我主要关注的是书中关于“规划与控制”以及“机器人应用”的部分。我一直认为,机器人之所以能够流畅地完成各种任务,其核心在于能否在不确定的环境中做出智能的决策。这本书似乎提供了一个非常系统化的框架来解决这个问题。它不仅深入探讨了概率模型在机器人状态估计和传感器融合中的作用,更重要的是,它将这些概率模型如何转化为实际的规划和控制策略进行了详尽的阐述。例如,书中可能讨论了如何利用概率风险评估来优化机器人的运动轨迹,以规避潜在的危险,或者如何根据不确定的传感器信息来做出最优的执行动作。而“机器人应用”章节,则让我看到了这些抽象的理论是如何在现实世界中转化为具体的解决方案,比如在物流配送、智能制造等领域,机器人是如何通过概率性的方法实现更高效、更可靠的操作。这本书的价值在于,它将理论与实践紧密地结合起来,为我们这些开发者提供了一个清晰的路径,去理解和设计更智能、更鲁棒的机器人系统。
评分最近,我迷上了一本探讨机器人核心技术的书籍,名字里有“概率机器人”几个字。虽然我不是学计算机科学出身,但这本书却用一种非常引人入胜的方式,把我带入了机器人运动和感知世界的奇妙旅程。我被书中关于“定位”和“地图构建”的内容深深吸引。想象一下,一个机器人如何在陌生而充满变化的房间里,一点一点地知道自己身在何处,又能如何“记住”这个房间的模样?书中似乎通过“概率”这个工具,来解决这些看似不可能的难题,让机器人能够在大约知道自己位置的同时,也逐渐勾勒出周围的环境。我尤其对“机器人运动”的部分感到好奇,机器人是如何规划自己的行动路径,又是如何克服不确定性,准确地执行每一个指令的?书中可能涉及了复杂的算法,但我相信,它一定能够让我理解,机器人是如何在现实世界中“行走”和“探索”的。这本书让我看到了机器人技术的无限可能,也让我对未来的自动化生活充满了期待。
评分我是一位对未来科技充满憧憬的学生,一直对机器人如何实现智能化的决策和行动感到着迷。最近,我请朋友推荐了一些关于机器人技术的书籍,其中一本让我眼前一亮。虽然我还没有完全读完,但仅仅是阅读了部分章节,就已经让我对“概率机器人”这个概念有了初步的认识。它似乎不仅仅是简单的编程和控制,而是引入了“概率”这个强大的工具,来应对机器人所面临的各种不确定性。书中提到的“定位”、“地图构建”等概念,让我联想到现实生活中自动驾驶汽车的场景,它们是如何在复杂多变的环境中精确地知道自己在哪里,又如何能够绘制出周围的环境地图呢?这本书似乎给了我一个很好的解释方向。特别是“规划与控制”部分,我猜想它会讲解如何利用概率信息来做出最优的决策,例如在遇到障碍物时,如何选择一条既安全又高效的路径。虽然有些数学公式我还需要花时间去理解,但我相信,这本书一定会为我打开一扇通往机器人智能化世界的大门,让我更好地理解和期待未来机器人技术的发展。
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