Prerequisiti matematici per neolaureati in robotica


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Uno studente laureato in robotica mi ha chiesto le aree della matematica che dovrebbe rispolverare (prerequisiti) per iniziare un programma di ricerca di master in robotica. Quali sono alcuni buoni materiali / libri indispensabili per uno studente di ricerca? Quali dovremmo suggerire affinché lo studente sviluppi solide basi nella robotica?

Risposte:


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Altre risposte sono corrette: dipende da dove ti stai concentrando e quale sarà il tuo argomento. Tuttavia, ci sono alcuni temi comuni. Direi che un minore in matematica di un'università decente dovrebbe coprire le basi.

Consiglio vivamente quanto segue, in base alla mia esperienza:

  1. Algebra lineare, almeno uno o due semestri. Pianifica di seguire corsi di aggiornamento e specializzarti se necessario. Poiché i robot operano nel mondo e il mondo è definito da frame di coordinate, sapere qualcosa sulla moltiplicazione di matrice, inversioni, rango, trasformazioni affine e proiettive, ecc. È estremamente utile.
  2. Calcolo, almeno 3 semestri.
  3. Alcune analisi numeriche, perché i robot usano i computer.
  4. Probabilità e statistica, almeno 1 semestre, anche se questo sta diventando sempre più importante

Per il mio sottocampo (Algorithmic Robotics), le seguenti cose sono molto utili:

  1. Algoritmi e strutture dati, almeno 2 semestri
  2. Teoria formale del calcolo (durezza e mappatura dei problemi), almeno un semestre
  3. Matrix Theory, (un altro semestre di un'algebra lineare specializzata)
  4. Matematica discreta (grafici, conteggio ed enumerazione), almeno 1 semestre,

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Ciò dipende fortemente da ciò che sarà l'argomento di ricerca. Ad esempio, è:

  • elaborazione delle immagini, visione artificiale ...
  • SBATTERE
  • pianificazione del percorso
  • controllo
  • manipolatori robotici?
  • ...

Senza conoscere l'area di ricerca, non è semplice sapere quale matematica sarà richiesta. Detto questo, qualsiasi tipo di matematica richiesta viene comunque insegnata durante gli studi universitari, quindi non ci sono requisiti reali. Qualsiasi matematica specifica del dominio in genere necessita solo di conoscenze di base sull'algebra matriciale su cui basarsi.

È probabile che sia necessaria anche qualche esperienza di programmazione.


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Poiché la robotica è una combinazione di ingegneria elettrica, meccanica e software, la matematica per questi campi è ovviamente rilevante. Inoltre, direi che in robotica è molto utile avere una buona conoscenza dell'algebra lineare, della probabilità e della teoria del controllo. Anche una buona conoscenza della meccanica aiuta ovviamente.


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Un buon approccio sarebbe solo quello di ricercare programmi di robotica e vedere quali libri hanno per classi diverse che potrebbero aiutare a costruire una base. Personalmente ho usato questo libro per un corso di robotica / meccatronica ma era per studenti universitari

http://www.amazon.com/Introduction-Mechatronics-Measurement-Systems-Alciatore/dp/0071254072

Se vuoi costruire più di una fondazione, sarebbe saggio cercare le migliori scuole di robotica e scoprire quali libri usano. La maggior parte sarebbe nel programma che può essere trovato cercando la scuola, il titolo della classe e forse un nome di professori attuali.


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Aggiungerò i miei $ 0,02. Come hanno già detto altre risposte, importa cosa stai studiando. Quanto più ti senti a tuo agio con la matematica, tanto più facile sarà capire i concetti, quindi mi impegna pesantemente in matematica come studente universitario, specialmente se ti aspetti di andare alla scuola di specializzazione e fare ricerche in robotica.

  • Algebra lineare, 2 semestri
  • Equazioni differenziali.
  • Calcolo, 3 semestri - certamente attraverso il calcolo vettoriale, idealmente con esposizione ad alte dimensioni (teorema di Stokes generalizzato, forme differenziali, algebra esterna, ecc.)
  • Analisi reale. Buona introduzione alla matematica basata sulle prove e fornisce una base per la matematica di alto livello
  • Teoria della probabilità, 2 semestri. Idealmente con una certa esposizione alla moderna teoria delle misure.
  • Geometria differenziale (se si desidera eseguire la pianificazione del percorso, il controllo geometrico, ecc.)
  • Teoria dei gruppi, in particolare sui gruppi di Lie

Ti consigliamo anche di seguire corsi di matematica di livello avanzato nell'analisi delle matrici e forse nella teoria della probabilità. La mia lezione di matematica e il mio libro preferiti sono la Matrix Analysis di Horn e Johnson .

Questo elenco esclude le classi non matematiche con una componente matematica pesante come la meccanica lagrangiana, strutture dati, algoritmi, segnali e sistemi, teoria del controllo dello spazio degli stati, ecc.

Secondo la mia modesta opinione, una doppia specializzazione in CS e fisica con lezioni di meccatronica e controlli del dipartimento ME / EE probabilmente ti servirebbe meglio. Avrai una buona conoscenza della teoria e poi potrai trascorrere i tuoi stage estivi facendo esperienza pratica.


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