機(jī)器人研發(fā)十大熱門編程語(yǔ)言：不死 Java、不朽 C/C ++、新貴 Python

作者：SlickViral

流水的編程語(yǔ)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(yǔ)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(jí)思考。畢竟，在學(xué)習(xí)一門編程語(yǔ)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(yǔ)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(méi)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(wèn)“機(jī)器人最好的編程語(yǔ)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(jí)編程語(yǔ)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(kāi)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(duì)于機(jī)器人科學(xué)家來(lái)說(shuō)，最關(guān)鍵的是建立“編程思維”，而不是用一種特定的語(yǔ)言來(lái)局限。在很多方面，首先學(xué)習(xí)哪種編程語(yǔ)言并不重要，重要的是在通過(guò)編程思維來(lái)不斷提高自身的技能。

而回歸本文主題，對(duì)于首選編程語(yǔ)言的選擇，沒(méi)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(yǔ)言，并通過(guò)對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)，希望可以給予開(kāi)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(guò) 1500 種編程語(yǔ)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(yǔ)言。每種語(yǔ)言都有不同的優(yōu)勢(shì)，本文根據(jù)作者自身的開(kāi)發(fā)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先級(jí)從低到高所列舉了十大編程語(yǔ)言排行榜。

10. BASIC / Pascal

BASIC 和 Pascal 是我曾學(xué)過(guò)的兩種主要的編程語(yǔ)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(duì)初學(xué)者而設(shè)計(jì)，這使它可以成為開(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)單的入門語(yǔ)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(jí)的其他語(yǔ)言的一個(gè)奠基石。如今，這兩種語(yǔ)言對(duì)“日常應(yīng)用”的程序語(yǔ)言來(lái)說(shuō)有些過(guò)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(yǔ)言時(shí)，那么了解它們會(huì)對(duì)你有所幫助。

9. 工業(yè)機(jī)器人語(yǔ)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(yǔ)言，這一直是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)問(wèn)題。通過(guò)學(xué)習(xí) Pascal，你會(huì)熟悉它們中的一部分。但是，當(dāng)你開(kāi)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(yǔ)言。

如機(jī)械臂領(lǐng)域?qū)嵙?qiáng)勁的 ABB 公司，用的語(yǔ)言系統(tǒng)叫做 RAPID；來(lái)自于德國(guó)的 KUKA，語(yǔ)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(kāi)始為程序員提供更加標(biāo)準(zhǔn)化的替代語(yǔ)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(yǔ)言。

8. LISP

LISP 是世界上第二古老的編程語(yǔ)言（FORTRAN 更古老，但只差一年）。相比本文提到很多其它編程語(yǔ)言，它的應(yīng)用并不廣泛。不過(guò)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(xiě)的，雖然你不需要掌握這個(gè)來(lái)使用 ROS。

7. 硬件描述語(yǔ)言（HDL）

硬件描述語(yǔ)言一般是用來(lái)描述電氣的編程方式。這些語(yǔ)言對(duì)于一些機(jī)器人專家來(lái)說(shuō)是非常常見(jiàn)，因?yàn)樗麄兞?xí)慣 FPGAs（FieldProgrammableGateArrays）編程。FPGAs 能讓你開(kāi)發(fā)電子硬件而無(wú)需實(shí)際生產(chǎn)出一塊硅芯片，對(duì)于一些開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，這是更快更簡(jiǎn)易的選擇。如果你沒(méi)有開(kāi)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(yǔ)言，因?yàn)樗鼈兒推渌幊陶Z(yǔ)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(yǔ)言的順序操作。

6.Assembly

Assembly 使你能夠在“1 和 0 級(jí)”程序中進(jìn)行編程。 這是最底層的編程語(yǔ)言。在過(guò)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(duì)于一般的機(jī)器人科學(xué)家來(lái)說(shuō)，顯然已不太重要。

5. MATLAB

MATLAB、及其相關(guān)的開(kāi)源語(yǔ)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(yǔ)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(jí)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(yǔ)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(yǔ)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(zhǎng)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(yǔ)言。

Java 對(duì)程序員“掩蓋”底層存儲(chǔ)功能，這使得 Java 對(duì)程序的要求要比 C 語(yǔ)言對(duì)程序的要求更低一些，但這意味著你對(duì)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(lái)，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(yǔ)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(lái)，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(yǔ)言。

如同 Java 一樣，它也是一種解釋性語(yǔ)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(lái)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(kù)，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(jiǎn)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(yǔ)言，從而避免性能損失。

隨著越來(lái)越多的電子產(chǎn)品開(kāi)始支持“開(kāi)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(yǔ)言——C/C++！很多人都認(rèn)為 C 和 C ++ 對(duì)新的機(jī)器人科學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)良好的開(kāi)端。

為什么呢？

其主要原因是如今有大量的硬件庫(kù)都使用這兩種語(yǔ)言。它們適用于低級(jí)別的硬件，允許實(shí)時(shí)性能，是非常成熟的編程語(yǔ)言。現(xiàn)在，你可能會(huì)使用 C++ 遠(yuǎn)超過(guò) C，因?yàn)?C++ 具有更大的實(shí)用性。C ++ 是 C 語(yǔ)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(kù)是用 C 編寫(xiě)的。但是 C / C ++ 編寫(xiě)的硬件庫(kù)不像 Python 或 MATLAB 那樣簡(jiǎn)單易用。使用 C 來(lái)執(zhí)行類似的功能，可能需要相當(dāng)長(zhǎng)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(yǔ)言”的編程語(yǔ)言。

總結(jié)

本文列舉了機(jī)器人十大熱門編程語(yǔ)言，但這并不意味著你需要全部掌握每一門。對(duì)于每位開(kāi)發(fā)者而言，最重要的是要發(fā)現(xiàn)一種對(duì)自身來(lái)說(shuō)很自然的語(yǔ)言，且適合你的機(jī)器人硬件。也需要一種語(yǔ)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(jiǎn)單易懂的語(yǔ)言，有許多有效的庫(kù)可供學(xué)習(xí)，而且功能非常強(qiáng)大。我聽(tīng)過(guò)也看過(guò)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(lái)牽引。因?yàn)槟阈枰獙⑺c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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