作者:SlickViral
流水的編程語言,鐵打的 Java、C/C++。
進(jìn)行人工智能機(jī)器人研發(fā),應(yīng)該選擇哪種編程語言?
這是很多機(jī)器人專家在自身的職業(yè)生涯中都會(huì)存在的一個(gè)入門級思考。畢竟,在學(xué)習(xí)一門編程語言時(shí),需要花費(fèi)大量的時(shí)間及精力,如果掌握了這門語言卻又不發(fā)揮其真實(shí)的價(jià)值,又有什么用呢?但不幸的是,到目前為止,也沒有一個(gè)確切而直接的答案出現(xiàn)。
如果你在 Stack Overflow、Quora、Trossen、Reddit 或 Research Gate 等機(jī)器人專家或者社區(qū)論壇上提問“機(jī)器人最好的編程語言是什么?”,毋庸置疑,你將會(huì)收到不同的答案。
電子工程師會(huì)給予工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人員不同的答復(fù)。大多數(shù)人都會(huì)相信的“最好的入門級編程語言”的答案是“這將取決于哪一領(lǐng)域”。其實(shí)最合理的答案,應(yīng)該是它取決于你想開發(fā)什么類型的軟件,以及你正在使用什么樣的系統(tǒng)。且對于機(jī)器人科學(xué)家來說,最關(guān)鍵的是建立“編程思維”,而不是用一種特定的語言來局限。在很多方面,首先學(xué)習(xí)哪種編程語言并不重要,重要的是在通過編程思維來不斷提高自身的技能。
而回歸本文主題,對于首選編程語言的選擇,沒有最佳的答案,但本文中,我們將介紹程序員在機(jī)器人編程中最流行的十大編程語言,并通過對比其優(yōu)缺點(diǎn),希望可以給予開發(fā)者提供一定的參考方向,做出自己的最佳選擇。
世界上超過 1500 種編程語言可以學(xué)習(xí)。以下將會(huì)列出機(jī)器人中十種最流行的編程語言。每種語言都有不同的優(yōu)勢,本文根據(jù)作者自身的開發(fā)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),優(yōu)先級從低到高所列舉了十大編程語言排行榜。
10. BASIC / Pascal
BASIC 和 Pascal 是我曾學(xué)過的兩種主要的編程語言,但這并不是我將其列入此排行榜的原因。事實(shí)上,它們可以很好地運(yùn)用于工業(yè)機(jī)器人編程上。BASIC 針對初學(xué)者而設(shè)計(jì),這使它可以成為開發(fā)者簡單的入門語言。
Pascal 旨在提高編程實(shí)踐,還引入了一些類似于指針這樣的構(gòu)建,這使得它成為從 BASIC 晉升到更高級的其他語言的一個(gè)奠基石。如今,這兩種語言對“日常應(yīng)用”的程序語言來說有些過時(shí)了。但如果你準(zhǔn)備進(jìn)行一定程度的底層編碼,或需要熟悉其他工業(yè)機(jī)器人語言時(shí),那么了解它們會(huì)對你有所幫助。
9. 工業(yè)機(jī)器人語言
實(shí)際上,每一個(gè)機(jī)器人制造商都已經(jīng)建立了自己專有的限制性機(jī)器人編程語言,這一直是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)問題。通過學(xué)習(xí) Pascal,你會(huì)熟悉它們中的一部分。但是,當(dāng)你開始在另一個(gè)機(jī)器人平臺(tái)編碼時(shí),還需要使用不同的編程語言。
如機(jī)械臂領(lǐng)域?qū)嵙?qiáng)勁的 ABB 公司,用的語言系統(tǒng)叫做 RAPID;來自于德國的 KUKA,語言和公司名字一樣也叫做 KUKA;Comau 利用 PDL2;Yaskawa 利用 Advise 和 Kawasaki 利用 AS。在這一點(diǎn)上,F(xiàn)anuc 機(jī)器人利用 Karel,Staubli 機(jī)器人利用 VAL3 和 Widespread Robots 利用 URScript。
最近,像 ROS 行業(yè)已經(jīng)開始為程序員提供更加標(biāo)準(zhǔn)化的替代語言選擇。但是如果是一個(gè)技術(shù)人員,你仍然更可能不得不使用制造商的編程語言。
8. LISP
LISP 是世界上第二古老的編程語言(FORTRAN 更古老,但只差一年)。相比本文提到很多其它編程語言,它的應(yīng)用并不廣泛。不過在人工智能編程領(lǐng)域它還是相當(dāng)重要的。ROS 的一部分是用 LISP 寫的,雖然你不需要掌握這個(gè)來使用 ROS。
7. 硬件描述語言(HDL)
硬件描述語言一般是用來描述電氣的編程方式。這些語言對于一些機(jī)器人專家來說是非常常見,因?yàn)樗麄兞?xí)慣 FPGAs(FieldProgrammableGateArrays)編程。FPGAs 能讓你開發(fā)電子硬件而無需實(shí)際生產(chǎn)出一塊硅芯片,對于一些開發(fā)來說,這是更快更簡易的選擇。如果你沒有開發(fā)電子原型產(chǎn)品,你也許永遠(yuǎn)不會(huì)用 HDLs。
即便如此,還是有必要了解一下這種編程語言,因?yàn)樗鼈兒推渌幊陶Z言差別很大。一個(gè)重點(diǎn):HDLs 所有的操作是并發(fā)的,而不是基于處理器的編程語言的順序操作。
6.Assembly
Assembly 使你能夠在“1 和 0 級”程序中進(jìn)行編程。 這是最底層的編程語言。在過去,大多數(shù)底層硬件需要在 Assembly 中進(jìn)行編程。 隨著 Arduino 和其他類似微控制器的興起,你現(xiàn)在可以利用 C / C ++ 在底層進(jìn)行有效的編程,這意味著 Assembly 對于一般的機(jī)器人科學(xué)家來說,顯然已不太重要。
5. MATLAB
MATLAB、及其相關(guān)的開源語言(例如 Octave),是一些著名的機(jī)器人科學(xué)家用于調(diào)查數(shù)據(jù)和創(chuàng)建控制系統(tǒng)常用的語言。
此外,還有一個(gè)非常有名的 MATLAB 機(jī)器人工具箱。如果你需要分析數(shù)據(jù),創(chuàng)建高級圖表或執(zhí)行控制系統(tǒng),那就需要學(xué)習(xí) MATLAB。
4. C#/ .NET
C# 是微軟提供的一種限制性編程語言。這很大程度上是由微軟機(jī)器人工程師工作室(Microsoft Robotics Studio Studio)提供的,微軟機(jī)器人工程師工作室將其作為其基本語言。如果你使用這個(gè)框架,就必須學(xué)習(xí) C#。盡管如此,想要長期地提高自身的編碼能力,首先學(xué)習(xí) C / C ++ 不失為一個(gè)好的選擇。
3. Java
作為一個(gè)電子工程師,我經(jīng)常驚訝于一些軟件工程課程將 Java 作為他們的第一編程語言。
Java 對程序員“掩蓋”底層存儲(chǔ)功能,這使得 Java 對程序的要求要比 C 語言對程序的要求更低一些,但這意味著你對底層代碼的運(yùn)行邏輯了解比較少。從軟件工程的基礎(chǔ)到探索機(jī)器人技術(shù)的未來,你很可能已經(jīng)學(xué)習(xí)了 Java。
像 C# 和 MATLAB 一樣,Java 是一種解釋性語言,這意味著它不會(huì)被編譯成機(jī)器代碼。相反,Java 虛擬機(jī)在運(yùn)行時(shí)解釋指令。使用 Java,理論上讓你可以在不同的機(jī)器上運(yùn)行相同的代碼,這得感謝 Java 虛擬機(jī)。在實(shí)踐中,這不總是可行的,有時(shí)會(huì)導(dǎo)致代碼運(yùn)行緩慢。但是 Java 在一部分機(jī)器人學(xué)中非常流行,因此你也許需要它。
2. Python
近來,尤其是在機(jī)器人領(lǐng)域,Python 已經(jīng)有了翻天覆地的變化。其中一個(gè)原因是Python(和 C ++)是 ROS 中的兩種主要編程語言。
如同 Java 一樣,它也是一種解釋性語言。但與 Java 不同的是,Python 的重點(diǎn)是易用性。Python 不需要很多時(shí)間來做常規(guī)的事情,如定義和強(qiáng)制轉(zhuǎn)換變量類型。這些在編程里面本是很平常的事。另外,Python 還有大量的免費(fèi)庫,這意味著當(dāng)你需要實(shí)現(xiàn)一些基本的功能時(shí)不必“重新發(fā)明輪子”。而且由于它與 C / C ++ 代碼之間可以進(jìn)行簡單的綁定,這就意味著代碼繁重部分的性能可以植入這些語言,從而避免性能損失。
隨著越來越多的電子產(chǎn)品開始支持“開箱即用”Python(與 RaspberryPi 一道),我們可能會(huì)在機(jī)器人中看到更多 Python。
1. C / C ++
機(jī)器人第一編程語言——C/C++!很多人都認(rèn)為 C 和 C ++ 對新的機(jī)器人科學(xué)家來說是一個(gè)良好的開端。
為什么呢?
其主要原因是如今有大量的硬件庫都使用這兩種語言。它們適用于低級別的硬件,允許實(shí)時(shí)性能,是非常成熟的編程語言。現(xiàn)在,你可能會(huì)使用 C++ 遠(yuǎn)超過 C,因?yàn)?C++ 具有更大的實(shí)用性。C ++ 是 C 語言的擴(kuò)展,從基礎(chǔ)的 C 學(xué)起,你也會(huì)收獲很多,特別是當(dāng)你發(fā)現(xiàn)一個(gè)硬件庫是用 C 編寫的。但是 C / C ++ 編寫的硬件庫不像 Python 或 MATLAB 那樣簡單易用。使用 C 來執(zhí)行類似的功能,可能需要相當(dāng)長的時(shí)間,并且需要更多的代碼行。盡管如此,由于機(jī)器人極其依賴實(shí)時(shí)性能,所以 C 和 C ++ 是最接近機(jī)器人科學(xué)家心目中“標(biāo)準(zhǔn)語言”的編程語言。
總結(jié)
本文列舉了機(jī)器人十大熱門編程語言,但這并不意味著你需要全部掌握每一門。對于每位開發(fā)者而言,最重要的是要發(fā)現(xiàn)一種對自身來說很自然的語言,且適合你的機(jī)器人硬件。也需要一種語言,使你能夠快速而有效地創(chuàng)建程序。
我的個(gè)人建議先學(xué)習(xí) Python。因?yàn)?Python 是一門非常簡單易懂的語言,有許多有效的庫可供學(xué)習(xí),而且功能非常強(qiáng)大。我聽過也看過很多(官方經(jīng)驗(yàn)豐富的)程序員可以在幾天內(nèi)學(xué)習(xí)會(huì) Python,并且很快就應(yīng)用到大部分編程需求中。當(dāng)你能明智地使用 Python 之后,我會(huì)建議學(xué)習(xí) C,由 C ++ 來牽引。因?yàn)槟阈枰獙⑺c機(jī)器人硬件驅(qū)動(dòng)程序的巨大主導(dǎo)接口進(jìn)行交互。
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