Parallel I/O for High Performance Computing

Parallel I/O for High Performance Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Morgan Kaufmann
作者:John M. May
出品人:
页数:366
译者:
出版时间:2000-10-23
价格:USD 68.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781558606647
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

深度学习与现代机器人学的前沿探索 本书深入剖析了深度学习技术如何重塑机器人学的研究范式与工程实践,为读者提供了从基础理论到前沿应用的全面、系统性的指导。 在当今科技飞速发展的时代,人工智能的浪潮以前所未有的深度和广度渗透到各个工程领域。其中,深度学习(Deep Learning, DL)作为推动当前AI革命的核心驱动力,正在为传统机器人学带来颠覆性的变革。本书旨在搭建一座坚实的桥梁,连接抽象的神经网络理论与复杂的物理世界操作。我们聚焦于如何利用先进的深度学习架构,解决机器人学中长期存在的感知、决策与控制难题,尤其关注那些需要高度适应性、泛化能力以及复杂环境交互的场景。 第一部分:深度学习基础与机器人感知重构 本部分首先为读者夯实基础,确保对支撑现代机器人智能化的核心DL技术有深刻的理解,随后将重点转向机器人在复杂环境下的感知能力构建。 第1章:从统计学习到深度表示学习 本章系统回顾了机器学习的基本范式,并详细阐述了深度学习的兴起及其在处理高维、非结构化数据(如图形、点云、时序数据)上的绝对优势。我们将探讨多层神经网络(MLP)、反向传播算法的数学基础,并深入剖析激活函数(如ReLU、Sigmoid、Tanh)的选择对网络优化路径的影响。重点关注如何设计具有合适深度和宽度的网络结构以捕获数据中的内在特征层级。 第2章:卷积神经网络(CNNs)在视觉伺服中的应用 机器人感知的第一战场是视觉。本章聚焦于卷积神经网络(CNNs)在实时图像处理和三维重建中的关键作用。我们不仅讲解了经典的CNN架构(如AlexNet、VGG、ResNet)的演变,更侧重于这些网络如何被定制化,以服务于机器人视觉任务。内容涵盖: 物体检测与识别: 采用YOLO、SSD等实时检测框架,实现对工作空间中关键对象的快速定位。 语义分割: 使用U-Net、DeepLab等模型,实现像素级别的环境理解,区分可操作表面、障碍物与目标物体。 姿态估计: 探讨如何利用CNNs从单目或立体图像中直接回归出目标的六自由度(6-DOF)位姿,为抓取和操作提供精确输入。 第3章:点云处理与三维环境建模 现代机器人越来越多地依赖激光雷达(LiDAR)和深度相机获取的点云数据。本章详细介绍了处理无序点云数据的深度学习方法。我们将对比PointNet、PointNet++、DGCNN等架构,分析它们如何学习点云的内在几何结构。此外,内容还包括: 三维场景分割与特征提取: 如何在点云数据中识别结构化信息。 融合多模态数据: 探讨如何有效地将图像特征与点云特征进行深度融合(Early Fusion vs. Late Fusion),以构建更鲁棒的三维环境地图。 高精度深度图估计: 利用深度学习方法对单目图像进行深度预测,辅助导航和避障。 第二部分:决策、规划与强化学习驱动的控制 本部分是本书的核心,探讨如何利用深度学习强大的函数逼近能力,解决机器人系统的复杂决策制定和高维动作空间控制问题。 第4章:深度强化学习(DRL)基础 强化学习为机器人提供了通过试错学习复杂任务策略的框架。本章将深度学习作为DRL中的函数逼近器,系统介绍核心算法: 值函数方法: DQN、DDQN及其在离散动作空间任务中的应用。 策略梯度方法: REINFORCE、A2C/A3C,以及Actor-Critic架构的原理。 连续控制算法: 深入分析DDPG、TD3、SAC等算法,它们是实现平滑、高精度机器人控制的关键。 第5章:基于DRL的运动技能学习与策略泛化 机器人学的最大挑战之一是策略的泛化性。本章关注如何设计DRL框架,使机器人习得的技能能够适应未曾见过的环境和物体。 领域随机化(Domain Randomization, DR): 探讨如何通过系统地随机化仿真参数(如材质、光照、摩擦力)来训练对现实世界(Sim-to-Real Gap)具有鲁棒性的策略。 模仿学习(Imitation Learning, IL)与行为克隆: 介绍从专家示范中学习策略的方法(如GAIL),弥补纯粹RL在初期样本效率低下的问题。 任务分解与层次化DRL: 如何将复杂任务分解为子目标,利用分层结构加速高层决策和低层控制的学习。 第6章:端到端的运动控制与轨迹生成 本章探讨直接从原始传感器输入(如图像、触觉反馈)到机器人执行器命令的“端到端”控制范式,绕过传统中介模块(如显式逆运动学或运动规划器)。 基于模型的深度控制(Model-Based DRL): 介绍如何使用深度网络学习环境的动态模型(Dynamics Model),并结合规划算法(如MPC)进行预测性控制。 触觉反馈的整合: 探讨如何利用深度学习处理高维触觉传感器数据,实现对精细操作(如揉捏、穿插)的稳定闭环控制。 模仿人类的精细操作: 关注如抓取高反射性物体、复杂装配任务等,深度学习如何提供超越传统规划器的适应性。 第三部分:人机协作与未来展望 本书最后一部分将目光投向机器人走出实验室、深入人类社会的场景,关注安全、可解释性以及与人类的自然交互。 第7章:可解释性AI(XAI)在机器人决策中的重要性 随着机器人自主性的增强,决策过程的透明度成为安全和信任的关键。本章讨论了将XAI技术应用于深度学习驱动的机器人控制中。 因果关系推断: 探讨如何区分相关性与因果性,确保机器人的行为是基于任务相关的前提而非偶然的噪声。 特征重要性分析: 使用Grad-CAM、SHAP等工具,可视化深度网络在做决策时“关注”了环境的哪些区域或特征。 建立安全约束: 如何将可解释的分析结果反馈到控制律中,确保机器人在执行复杂策略时始终遵守预设的安全边界。 第8章:跨模态交互与社会机器人学 未来的机器人需要流畅地理解和响应人类的意图。本章着眼于如何整合自然语言处理(NLP)和深度学习,实现更高级的人机交互。 语言指令的理解与执行: 使用Transformer模型理解自然语言描述的任务(如“把桌上那个红色的杯子递给我”),并将其转化为机器人的动作序列。 意图预测与社会信号处理: 探讨利用RNN/LSTM分析人类的肢体语言、目光方向等非语言信号,提前预测人类下一步的动作,以实现更安全、更自然的协作。 分布式学习与联邦学习: 展望在多机器人系统或大规模部署中,如何利用联邦学习的原理,在不共享原始敏感数据的情况下,共同提升深度学习模型的泛化性能。 本书面向对机器人技术有深入了解的研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生。它不仅提供了理论深度,更强调了实践应用,旨在培养读者运用最先进的深度学习工具解决现实世界机器人挑战的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书的名字叫《Parallel I/O for High Performance Computing》,我最近刚好在做这方面的研究,所以就顺手买了一本来看看。坦白说,在打开这本书之前,我对于“并行I/O”这个概念的理解还停留在比较浅显的层面,知道它和数据读写速度有关,也知道它在高性能计算中很重要,但具体是怎么实现的,面临哪些挑战,有什么样的高级技术,我心里其实是没底的。所以,我带着一种探索的心情去翻阅它,希望能从中获得一些实质性的知识。我特别关注这本书在理论基础讲解上是否扎实,毕竟任何技术都是建立在坚实的理论之上的。我期望它能清晰地解释并行I/O的基本原理,比如数据是如何被分散到不同的存储设备上的,又是如何被并行地读取和写入的。另外,我也很好奇它会对当前流行的各种并行文件系统,如Lustre、GPFS(Spectrum Scale)、PVFS等,进行哪些深入的剖析。是仅仅列举其特点,还是会深入到其架构设计、元数据管理、缓存策略、容错机制等方面?特别是关于它们在不同硬件环境下的性能表现差异,以及如何在特定应用场景下选择最合适的文件系统,这些都是我非常想知道的。而且,高性能计算的领域发展迅速,新的技术和理念层出不穷,这本书会不会涵盖一些比较前沿的研究方向,比如基于RDMA的并行I/O,或者与新型存储介质(如NVMe SSD、Optane DC Persistent Memory)相关的优化策略?这些都是衡量一本书是否具有时效性和指导意义的重要标准。我甚至希望它能讨论一些“反常识”的性能优化技巧,或者揭示一些在实际部署中常见的性能瓶颈及其解决方案。总而言之,我对这本书的期望很高,希望它能为我在高性能计算领域的研究提供坚实的理论基础和实用的技术指导,让我能够更好地理解和应用并行I/O技术,最终提升我的项目性能。

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我选择《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,是因为我正在进行一个与生物信息学相关的项目,需要处理大量的基因组学数据,其规模非常庞大。传统的 I/O 方法在处理这些海量、结构化程度较高的序列数据时,效率极低。我希望能从中找到一些针对这类数据的并行 I/O 优化方法。我希望这本书能够深入探讨基因组学数据(如 FASTQ, FASTA, BAM, VCF 等格式)的并行 I/O 特性和优化策略。例如,基因组学数据通常具有高度的冗余性和重复性,是否可以利用这些特点来实现更高效的数据压缩和并行读取? BAM/Cram 等二进制格式的随机访问性能如何? 我希望书中能介绍如何利用多线程或多进程来加速这些文件的解析和索引。我也对如何将基因组学数据与并行计算框架(如 Spark, Dask)相结合,实现端到端的并行数据处理感兴趣。书中是否会提供一些实际的示例代码,说明如何使用 MPI-IO 或 HDF5 等接口来高效地读写基因组学数据? 我还希望它能讨论一些与基因组学数据特有的数据结构(如 Burrows-Wheeler Transform, Suffix Array)相关的并行 I/O 技术。

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我是一名在某大型科研机构负责计算资源管理的工程师,工作中经常需要为各种高性能计算任务提供 I/O 解决方案。最近,我们部门的用户反馈,在处理涉及大规模数据生成的模拟项目时,存储系统的吞吐量成为了明显的瓶颈,严重影响了计算资源的利用率。我注意到《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,并且相信它可能会为我提供一些急需的解决方案。我的关注点更多地集中在实践层面。我希望能从这本书中了解到当前主流并行文件系统在实际部署和调优方面的经验。比如,不同文件系统在面对不同类型的工作负载(例如,小文件集合 vs. 大文件、随机访问 vs. 顺序访问)时,其性能表现的差异以及相应的优化策略。我希望书中能够提供具体的配置参数建议,以及故障排除和性能监控的实用技巧。此外,对于分布式存储系统的架构,例如存储节点、元数据服务器、客户端之间的交互方式,以及它们在容错和负载均衡方面的设计,我都非常感兴趣。书中是否会讨论如何构建一个高可用、高吞吐的并行存储集群,并且如何有效地利用现有的网络基础设施(如 InfiniBand)来提升 I/O 性能? 我也希望它能涉及一些新兴的存储技术,比如软件定义存储(SDS)在 HPC 领域的应用,或者如何利用闪存和持久性内存来构建高性能 I/O 层。当然,我也希望这本书能对不同厂商的存储解决方案进行客观的评价,或者至少能提供一个评估不同存储方案的框架,帮助我们在选购和部署时做出明智的决策。

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拿到《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,我首先是被它那略显学术的书名所吸引。我是一名在读的博士生,研究方向涉及大规模科学模拟,而 I/O 性能一直是困扰我的一个核心瓶颈。传统串行 I/O 在处理海量数据时,其效率低下已经是不争的事实,因此,我迫切需要一本能够系统性地介绍并行 I/O 技术,并且能够指导我如何在实际计算任务中应用的著作。我尤其看重它在算法层面上的阐述。我希望这本书不仅仅是简单地介绍文件系统和硬件,而是能深入到并行 I/O 的底层算法和数据结构。例如,数据分块(blocking)、条带化(striping)、元数据管理策略(如分级元数据服务器、集中式元数据服务器的优劣分析),以及不同并行 I/O 接口(如 MPI-IO, HDF5, NetCDF)的内部实现机制和性能特点。我希望书中能通过清晰的图示和数学模型来解释这些算法,而不是流于表面。此外,对于高性能计算中常见的应用模式,比如 checkpointing/restart、大规模数据分析、以及科学可视化数据的读写,这本书是否有针对性的讨论和优化建议? 我知道很多时候,I/O 性能的提升不仅仅在于文件系统本身,更在于应用程序如何设计其 I/O 操作。因此,如果书中能够提供一些编程模型上的指导,或者分析不同编程模式对 I/O 性能的影响,那将是非常宝贵的。同时,我也很好奇它对“I/O 虚拟化”或者“I/O 抽象层”等概念的介绍,以及这些技术如何帮助开发者屏蔽底层硬件的复杂性,同时又不牺牲性能。毕竟,在日益复杂的计算环境中,能够有一套统一而高效的 I/O 接口,对于提高开发效率和代码可移植性至关重要。

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《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,我是在一个偶然的机会下看到的,它引起了我对这个领域的好奇。我是一名在人工智能领域工作的研究员,虽然我的主要工作不是 I/O,但在训练大型深度学习模型时,频繁地从存储介质中读取和写入海量数据集,I/O 性能的好坏直接影响着实验的效率。我希望这本书能够为我提供一些在实际应用中能够借鉴的思路。我特别关注这本书在介绍“数据感知”的 I/O 策略方面的能力。在 AI 领域,数据集往往是稀疏的,或者具有特定的访问模式(例如,卷积神经网络中的卷积核权重、Transformer 中的序列数据)。我希望这本书能讨论如何利用这些数据的特性来优化并行 I/O,而不是简单地采用通用的块读写方式。例如,是否可以有针对性的数据预取(prefetching)策略,或者如何根据模型的计算图来动态调整 I/O 操作?我希望它能够深入探讨如何将数据 I/O 与计算调度相结合,例如,在 GPU 准备好处理下一批数据之前,提前将数据加载到内存或显存中。书中是否会涉及一些适用于 AI 工作负载的并行文件系统特性,或者是否有针对性的库和框架来简化 AI 应用中的并行 I/O 管理?我甚至希望它能讨论一些“智能”的 I/O 缓存技术,能够根据模型的训练阶段和数据访问模式,动态地调整缓存的内容和策略,以最大化缓存命中率。

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《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,我是在一个技术论坛上偶然看到别人推荐的,当时就觉得这个主题非常贴合我的工作需求。我是一名在进行气候模型模拟的研究员,我们处理的数据量非常庞大,而且需要频繁地进行数据的读写操作,包括模型输入的参数、中间计算结果的 checkpointing,以及最终输出的模拟数据。I/O 性能直接影响着我们模拟周期的长度和计算资源的利用效率。我期待这本书能够深入探讨并行 I/O 在科学计算中的最佳实践。例如,在进行长时间运行的模拟时,如何设计有效的 checkpointing 策略,以最小化 checkpointing 对模拟进度的影响? 这是否涉及到增量 checkpointing,或者只保存变化的部分? 我也希望它能讨论如何优化模型输出数据的写入方式,比如如何根据下游分析的需求,采用分块、压缩、或者特定格式(如 Zarr)来存储数据,以便后续的高效访问。此外,对于跨节点、跨存储系统的并行 I/O,它是否会有一些关于数据迁移、同步和一致性方面的解决方案? 我希望书中能够提供一些实际案例分析,展示在不同类型的科学模拟(如天气预报、流体力学模拟、粒子物理模拟)中,并行 I/O 是如何被成功应用的。

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我之所以会关注《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,是因为我最近在尝试处理一些涉及高分辨率图像或视频的科学数据可视化项目。这些数据的规模常常达到 TB 甚至 PB 级别,传统的 I/O 方法在加载和渲染这些数据时显得力不从心。我希望这本书能够为我提供一些在可视化领域应用并行 I/O 的解决方案。我特别看重它在图像、视频、网格数据等特定数据格式的并行 I/O 优化方面的介绍。例如,对于大型医学影像(如 CT、MRI)数据,其存储格式(如 DICOM、NIfTI)和访问模式非常特殊,这本书是否会分析如何在读取这些数据时实现高效的并行访问? 对于科学可视化中常用的 VTK、ParaView 等工具,它们内部的 I/O 策略是什么样的?是否可以进行优化? 我希望书中能讨论如何对这些大数据格式进行分区(partitioning)、分块(tiling)、或者使用特定的压缩算法来加速读取。另外,我希望这本书能介绍一些与可视化软件集成度较高的并行 I/O 接口或库,并且提供一些实际的编程示例,说明如何利用这些接口来提高数据加载和渲染的速度。我也很好奇,在实时可视化场景下,如何实现低延迟的并行 I/O,以满足交互式的需求。

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《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,吸引我的地方在于它对于“高性能”这个关键词的承诺。我是一名在优化大规模数据处理流水线的工程师,我经常需要面对数据吞吐量不足的问题。虽然我接触过一些并行编程的概念,但对于如何将这些概念有效地应用到 I/O 层面,以实现真正的“高性能”,我还有很多困惑。我期待这本书能够提供一些具体的方法论和工具。例如,它是否会介绍一些性能评估的基准测试套件,以及如何解读这些基准测试的结果,从而找出 I/O 瓶颈? 我希望书中能提供一些实际的性能调优步骤,从硬件到软件,从文件系统到应用程序,层层递进地解决 I/O 性能问题。我也对“异步 I/O”和“延迟 I/O”等概念很感兴趣,我希望书中能详细解释它们的工作原理,以及如何利用它们来提高 I/O 系统的响应速度和吞吐量。此外,我希望它能讨论一些关于 I/O 负载均衡的策略,尤其是在大规模分布式环境中,如何确保所有 I/O 请求都能得到公平的处理,并且不出现热点。

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我对《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书的兴趣,主要源于我对存储系统性能极限的好奇。作为一名对计算机体系结构和系统优化有浓厚兴趣的爱好者,我一直认为 I/O 是整个计算系统中最具挑战性的部分之一。并行 I/O 的概念,在我看来,是将传统的串行瓶颈转化为大规模并行处理的契机,而这背后蕴含着深奥的计算机科学原理。我期待这本书能够深入探讨并行 I/O 的理论基础,例如,在多核、多处理器、甚至分布式集群环境下,如何有效地组织和管理海量数据的读写操作,以避免缓存一致性问题、数据竞争和通信延迟。我希望书中能够详细介绍各种并行 I/O 模式,如消息传递接口 (MPI) 中的 MPI-IO,以及基于文件系统的高层接口,并分析它们各自的优缺点和适用场景。我很想了解,在数据布局(data layout)方面,有哪些创新的策略可以最大化并行访问的效率?例如,如何设计高效的数据结构来支持并行读写,以及如何在应用程序层面进行数据分块和重组,以适应并行存储的特性。此外,我也对并行 I/O 的可扩展性(scalability)非常感兴趣。随着计算规模的不断扩大,I/O 系统能否线性地扩展其吞吐量?书中是否会讨论在大规模集群中,如何解决元数据管理的瓶颈,以及如何实现高效的故障恢复和数据一致性?我甚至希望它能触及一些更底层的优化,比如直接内存访问 (DMA) 在并行 I/O 中的作用,或者如何通过硬件加速来提升 I/O 性能。

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我购买《Parallel I/O for High Performance Computing》这本书,主要是出于对底层硬件和操作系统交互的好奇。我是一名对系统底层和性能调优感兴趣的技术爱好者。虽然我没有直接参与 HPC 项目,但我深知 I/O 是影响整个系统性能的关键环节。我希望这本书能够揭示并行 I/O 的一些“黑盒”操作。例如,操作系统如何管理并行 I/O 请求,缓存策略是如何工作的,以及文件系统是如何在底层进行数据块的映射和调度。我希望书中能够深入讲解不同存储介质(如 HDD, SSD, NVMe, Persistent Memory)的特性,以及它们如何影响并行 I/O 的性能。书中是否会讨论如何根据不同的存储介质来调整并行 I/O 的策略? 我也对网络拓扑和带宽对并行 I/O 性能的影响非常感兴趣。例如,在 InfiniBand 等高性能网络环境下,并行 I/O 的通信模式和优化方式是否有所不同? 我希望书中能够提供一些关于硬件配置、网络设置、以及操作系统参数调优的建议,以最大化并行 I/O 的吞吐量和延迟。甚至,我希望它能触及一些更底层的概念,比如 I/O 调度器、DMA 引擎、以及与存储控制器和网络适配器的交互。

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一开始读的时候快哭了 后来发现太特么有用了!

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