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以前在<<编写高质量代码-改善Java程序的151个建议>>一书中看到有一节的标题是“CyclicBarrier让多线程齐步走”,觉得这标题挺不错的,所以在写这篇博文的时候也采用了这个名字。
本文首先会介绍CyclicBarrier辅助工具类,其次将用CyclicBarrier工具类来完成一个实例,最后将给出CyclicBarrier和CountDownLatch的几点比较。
之前关于CountDownLatch的博文,请参考如下链接:
Java并发编程: 使用CountDownLatch协调子线程 -
http://mouselearnjava.iteye.com/blog/1915438
1. CyclicBarrier工具类介绍。
CyclicBarrier是一个同步辅助工具类,它允许一组线程相互等待,直到到达一个公共的栏栅点。CyclicBarriers对于那些包含一组固定大小线程,并且这些线程必须不时地相互等待的程序非常有用。之所以将其称之为循环的Barrier是因为该Barrier在等待的线程释放之后可以重用。
CyclicBarrier 支持一个可选的 Runnable 命令,在一组线程中的最后一个线程到达之后(但在释放所有线程之前),该命令只在每个屏障点运行一次。若在继续所有参与线程之前更新共享状态,此屏障操作 很有用。
上面的介绍来自于CyclicBarrier类的注释。
/** * A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for * each other to reach a common barrier point. CyclicBarriers are * useful in programs involving a fixed sized party of threads that * must occasionally wait for each other. The barrier is called * [i]cyclic[/i] because it can be re-used after the waiting threads * are released. * * <p>A <tt>CyclicBarrier</tt> supports an optional {@link Runnable} command * that is run once per barrier point, after the last thread in the party * arrives, but before any threads are released. * This [i]barrier action[/i] is useful * for updating shared-state before any of the parties continue. */
CyclicBarrier采用Condition和Lock来完成线程之间的同步。相关的类图是CyclicBarrier类内容如下:

/* * @(#)CyclicBarrier.java 1.12 06/03/30 * * Copyright 2006 Sun Microsystems, Inc. All rights reserved. * SUN PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms. */ package java.util.concurrent; import java.util.concurrent.locks.*; /** * A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for * each other to reach a common barrier point. CyclicBarriers are * useful in programs involving a fixed sized party of threads that * must occasionally wait for each other. The barrier is called * [i]cyclic[/i] because it can be re-used after the waiting threads * are released. * * <p>A <tt>CyclicBarrier</tt> supports an optional {@link Runnable} command * that is run once per barrier point, after the last thread in the party * arrives, but before any threads are released. * This [i]barrier action[/i] is useful * for updating shared-state before any of the parties continue. * * <p><b>Sample usage:</b> Here is an example of * using a barrier in a parallel decomposition design: * <pre> * class Solver { * final int N; * final float[][] data; * final CyclicBarrier barrier; * * class Worker implements Runnable { * int myRow; * Worker(int row) { myRow = row; } * public void run() { * while (!done()) { * processRow(myRow); * * try { * barrier.await(); * } catch (InterruptedException ex) { * return; * } catch (BrokenBarrierException ex) { * return; * } * } * } * } * * public Solver(float[][] matrix) { * data = matrix; * N = matrix.length; * barrier = new CyclicBarrier(N, * new Runnable() { * public void run() { * mergeRows(...); * } * }); * for (int i = 0; i < N; ++i) * new Thread(new Worker(i)).start(); * * waitUntilDone(); * } * } * </pre> * Here, each worker thread processes a row of the matrix then waits at the * barrier until all rows have been processed. When all rows are processed * the supplied {@link Runnable} barrier action is executed and merges the * rows. If the merger * determines that a solution has been found then <tt>done()</tt> will return * <tt>true</tt> and each worker will terminate. * * <p>If the barrier action does not rely on the parties being suspended when * it is executed, then any of the threads in the party could execute that * action when it is released. To facilitate this, each invocation of * {@link #await} returns the arrival index of that thread at the barrier. * You can then choose which thread should execute the barrier action, for * example: * <pre> if (barrier.await() == 0) { * // log the completion of this iteration * }</pre> * * <p>The <tt>CyclicBarrier</tt> uses an all-or-none breakage model * for failed synchronization attempts: If a thread leaves a barrier * point prematurely because of interruption, failure, or timeout, all * other threads waiting at that barrier point will also leave * abnormally via {@link BrokenBarrierException} (or * {@link InterruptedException} if they too were interrupted at about * the same time). * * <p>Memory consistency effects: Actions in a thread prior to calling * {@code await()} * [url=package-summary.html#MemoryVisibility]<i>happen-before</i>[/url] * actions that are part of the barrier action, which in turn * <i>happen-before</i> actions following a successful return from the * corresponding {@code await()} in other threads. * * @since 1.5 * @see CountDownLatch * * @author Doug Lea */ public class CyclicBarrier { /** * Each use of the barrier is represented as a generation instance. * The generation changes whenever the barrier is tripped, or * is reset. There can be many generations associated with threads * using the barrier - due to the non-deterministic way the lock * may be allocated to waiting threads - but only one of these * can be active at a time (the one to which <tt>count</tt> applies) * and all the rest are either broken or tripped. * There need not be an active generation if there has been a break * but no subsequent reset. */ private static class Generation { boolean broken = false; } /** The lock for guarding barrier entry */ private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** Condition to wait on until tripped */ private final Condition trip = lock.newCondition(); /** The number of parties */ private final int parties; /* The command to run when tripped */ private final Runnable barrierCommand; /** The current generation */ private Generation generation = new Generation(); /** * Number of parties still waiting. Counts down from parties to 0 * on each generation. It is reset to parties on each new * generation or when broken. */ private int count; /** * Updates state on barrier trip and wakes up everyone. * Called only while holding lock. */ private void nextGeneration() { // signal completion of last generation trip.signalAll(); // set up next generation count = parties; generation = new Generation(); } /** * Sets current barrier generation as broken and wakes up everyone. * Called only while holding lock. */ private void breakBarrier() { generation.broken = true; count = parties; trip.signalAll(); } /** * Main barrier code, covering the various policies. */ private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { final Generation g = generation; if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); if (Thread.interrupted()) { breakBarrier(); throw new InterruptedException(); } int index = --count; if (index == 0) { // tripped boolean ranAction = false; try { final Runnable command = barrierCommand; if (command != null) command.run(); ranAction = true; nextGeneration(); return 0; } finally { if (!ranAction) breakBarrier(); } } // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out for (;;) { try { if (!timed) trip.await(); else if (nanos > 0L) nanos = trip.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { if (g == generation && ! g.broken) { breakBarrier(); throw ie; } else { // We're about to finish waiting even if we had not // been interrupted, so this interrupt is deemed to // "belong" to subsequent execution. Thread.currentThread().interrupt(); } } if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); if (g != generation) return index; if (timed && nanos <= 0L) { breakBarrier(); throw new TimeoutException(); } } } finally { lock.unlock(); } } /** * Creates a new <tt>CyclicBarrier</tt> that will trip when the * given number of parties (threads) are waiting upon it, and which * will execute the given barrier action when the barrier is tripped, * performed by the last thread entering the barrier. * * @param parties the number of threads that must invoke {@link #await} * before the barrier is tripped * @param barrierAction the command to execute when the barrier is * tripped, or {@code null} if there is no action * @throws IllegalArgumentException if {@code parties} is less than 1 */ public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.parties = parties; this.count = parties; this.barrierCommand = barrierAction; } /** * Creates a new <tt>CyclicBarrier</tt> that will trip when the * given number of parties (threads) are waiting upon it, and * does not perform a predefined action when the barrier is tripped. * * @param parties the number of threads that must invoke {@link #await} * before the barrier is tripped * @throws IllegalArgumentException if {@code parties} is less than 1 */ public CyclicBarrier(int parties) { this(parties, null); } /** * Returns the number of parties required to trip this barrier. * * @return the number of parties required to trip this barrier */ public int getParties() { return parties; } /** * Waits until all {@linkplain #getParties parties} have invoked * <tt>await</tt> on this barrier. * * <p>If the current thread is not the last to arrive then it is * disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until * one of the following things happens: * [list] * <li>The last thread arrives; or * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts} * the current thread; or * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts} * one of the other waiting threads; or * <li>Some other thread times out while waiting for barrier; or * <li>Some other thread invokes {@link #reset} on this barrier. * [/list] * * <p>If the current thread: * [list] * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or * <li>is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while waiting * [/list] * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's * interrupted status is cleared. * * <p>If the barrier is {@link #reset} while any thread is waiting, * or if the barrier {@linkplain #isBroken is broken} when * <tt>await</tt> is invoked, or while any thread is waiting, then * {@link BrokenBarrierException} is thrown. * * <p>If any thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while waiting, * then all other waiting threads will throw * {@link BrokenBarrierException} and the barrier is placed in the broken * state. * * <p>If the current thread is the last thread to arrive, and a * non-null barrier action was supplied in the constructor, then the * current thread runs the action before allowing the other threads to * continue. * If an exception occurs during the barrier action then that exception * will be propagated in the current thread and the barrier is placed in * the broken state. * * @return the arrival index of the current thread, where index * <tt>{@link #getParties()} - 1</tt> indicates the first * to arrive and zero indicates the last to arrive * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted * while waiting * @throws BrokenBarrierException if [i]another[/i] thread was * interrupted or timed out while the current thread was * waiting, or the barrier was reset, or the barrier was * broken when {@code await} was called, or the barrier * action (if present) failed due an exception. */ public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen; } } /** * Waits until all {@linkplain #getParties parties} have invoked * <tt>await</tt> on this barrier, or the specified waiting time elapses. * * <p>If the current thread is not the last to arrive then it is * disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until * one of the following things happens: * [list] * <li>The last thread arrives; or * <li>The specified timeout elapses; or * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts} * the current thread; or * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts} * one of the other waiting threads; or * <li>Some other thread times out while waiting for barrier; or * <li>Some other thread invokes {@link #reset} on this barrier. * [/list] * * <p>If the current thread: * [list] * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or * <li>is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while waiting * [/list] * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's * interrupted status is cleared. * * <p>If the specified waiting time elapses then {@link TimeoutException} * is thrown. If the time is less than or equal to zero, the * method will not wait at all. * * <p>If the barrier is {@link #reset} while any thread is waiting, * or if the barrier {@linkplain #isBroken is broken} when * <tt>await</tt> is invoked, or while any thread is waiting, then * {@link BrokenBarrierException} is thrown. * * <p>If any thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while * waiting, then all other waiting threads will throw {@link * BrokenBarrierException} and the barrier is placed in the broken * state. * * <p>If the current thread is the last thread to arrive, and a * non-null barrier action was supplied in the constructor, then the * current thread runs the action before allowing the other threads to * continue. * If an exception occurs during the barrier action then that exception * will be propagated in the current thread and the barrier is placed in * the broken state. * * @param timeout the time to wait for the barrier * @param unit the time unit of the timeout parameter * @return the arrival index of the current thread, where index * <tt>{@link #getParties()} - 1</tt> indicates the first * to arrive and zero indicates the last to arrive * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted * while waiting * @throws TimeoutException if the specified timeout elapses * @throws BrokenBarrierException if [i]another[/i] thread was * interrupted or timed out while the current thread was * waiting, or the barrier was reset, or the barrier was broken * when {@code await} was called, or the barrier action (if * present) failed due an exception */ public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { return dowait(true, unit.toNanos(timeout)); } /** * Queries if this barrier is in a broken state. * * @return {@code true} if one or more parties broke out of this * barrier due to interruption or timeout since * construction or the last reset, or a barrier action * failed due to an exception; {@code false} otherwise. */ public boolean isBroken() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { return generation.broken; } finally { lock.unlock(); } } /** * Resets the barrier to its initial state. If any parties are * currently waiting at the barrier, they will return with a * {@link BrokenBarrierException}. Note that resets [i]after[/i] * a breakage has occurred for other reasons can be complicated to * carry out; threads need to re-synchronize in some other way, * and choose one to perform the reset. It may be preferable to * instead create a new barrier for subsequent use. */ public void reset() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { breakBarrier(); // break the current generation nextGeneration(); // start a new generation } finally { lock.unlock(); } } /** * Returns the number of parties currently waiting at the barrier. * This method is primarily useful for debugging and assertions. * * @return the number of parties currently blocked in {@link #await} */ public int getNumberWaiting() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { return parties - count; } finally { lock.unlock(); } } }
2. CyclicBarrier工具类的使用案例
CyclicBarrier可以让所有线程都处于等待状态(阻塞),然后在满足条件的情况下继续执行。打个比方: 几个小组包一辆车去旅游,一天行程包括上午小组自由活动和下午自由活动:各个小组早上自由活动,但是11点半大巴车上集合,然后吃饭并赶赴下一个景区。
各个小组下午自由活动,但是要5点半大巴车上集合,然后一起回去。
package my.concurrent.cyclicbarrier; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class TeamGroup implements Runnable { private final CyclicBarrier barrier; private int groupNumber; /** * @param barrier * @param groupNumber */ public TeamGroup(CyclicBarrier barrier, int groupNumber) { this.barrier = barrier; this.groupNumber = groupNumber; } public void run() { try { print(); barrier.await(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } private void print() { System.out.println(String.format("第%d组完成该地景点浏览,并回到集合点", groupNumber)); } }
package my.concurrent.cyclicbarrier; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class CyclicBarrierTest { private static final int THREAD_SLEEP_MILLIS = 6000; /** 旅游小数的个数 */ private static final int NUMBER_OF_GROUPS = 6; /** 观光是否结束的标识 */ private static boolean tourOver = false; public static void main(String[] args) { ExecutorService service = Executors .newFixedThreadPool(NUMBER_OF_GROUPS); CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(NUMBER_OF_GROUPS, new Runnable() { public void run() { /* * 如果一天的游玩结束了,大家可以坐大巴回去了... ... */ if (isTourOver()) { System.out.println("各个小组都集合到大巴上,准备回家.. ..."); } } }); System.out.println("用CyclicBarrier辅助工具类模拟旅游过程中小组集合::"); /* * 上午各个小组自由活动,然后在某个点,比如11点半集合到大巴上。 */ tourInTheMorning(service, cb); sleep(THREAD_SLEEP_MILLIS); /* * 调用reset方法,将barrier设置到初始化状态。 * * TODO://不知道这样的调用是否是合理的? */ cb.reset(); /* * 下午各个小组自由活动,然后在某个点,比如11点半集合到大巴上。 */ tourInTheAfternoon(service, cb); /* * 下午小组集合完毕后,一天的观光就结束了,将标志位记为true; */ tourOver = true; sleep(THREAD_SLEEP_MILLIS); service.shutdown(); } /** * @return the tourOver */ public static boolean isTourOver() { return tourOver; } /** * @param tourOver * the tourOver to set */ public static void setTourOver(boolean tourOver) { CyclicBarrierTest.tourOver = tourOver; } private static void tourInTheMorning(ExecutorService service, final CyclicBarrier cb) { System.out.println("早上自由玩... ... "); for (int groupNumber = 1; groupNumber <= NUMBER_OF_GROUPS; groupNumber++) { service.execute(new TeamGroup(cb, groupNumber)); } } private static void tourInTheAfternoon(ExecutorService service, final CyclicBarrier cb) { System.out.println("下午自由玩... ... "); for (int groupNumber = 1; groupNumber <= NUMBER_OF_GROUPS; groupNumber++) { service.execute(new TeamGroup(cb, groupNumber)); } } private static void sleep(long millis) { try { Thread.sleep(millis); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }
某一次运行的结果如下:
用CyclicBarrier辅助工具类模拟旅游过程中小组集合::
早上自由玩... ...
第1组完成该地景点浏览,并回到集合点
第6组完成该地景点浏览,并回到集合点
第2组完成该地景点浏览,并回到集合点
第5组完成该地景点浏览,并回到集合点
第4组完成该地景点浏览,并回到集合点
第3组完成该地景点浏览,并回到集合点
下午自由玩... ...
第1组完成该地景点浏览,并回到集合点
第3组完成该地景点浏览,并回到集合点
第4组完成该地景点浏览,并回到集合点
第5组完成该地景点浏览,并回到集合点
第6组完成该地景点浏览,并回到集合点
第2组完成该地景点浏览,并回到集合点
各个小组都集合到大巴上,准备回家.. ...
3. CyclicBarrier vs. CountDownLatch
相同点:
两者都是用于线程同步的辅助工具类,都提供了await方法来达到线程等待。
不同点:
1. 从类的实现上看:
CountDownLatch通过一个继承AbstractQueuedSynchronizer的内部类Sync来完成同步。
CyclicBarrier通过Condition和Lock来完成同步。
2. 从类的用途上看:
CountDownLatch: 一个或者是一部分线程,等待另外一部线程都完成操作。
CyclicBarrier: 所有线程互相等待完成。
3. 从适合场合来看:
CountDownLatch中计数是不能被重置的。如果需要一个可以重置计数的版本,需要考虑使用CyclicBarrie。
CountDownLatch适用于一次同步。当使用CountDownLatch时,任何线程允许多次调用countDown(). 那些调用了await()方法的线程将被阻塞,直到那些没有被阻塞线程调用countDown()使计数到达0为止。

相反,CyclicBarrier适用于多个同步点。例如:一组正在运算的线程,在进入下一个阶段计算之前需要同步。

与CountDownLatch不同,一个处于某个阶段的线程调用了await()方法将会被阻塞,直到所有属于这个阶段的线程都调用了await()方法为止。
在CyclicBarrier中,如果一个线程由于中断,失败或者超时等原因,过早地离开了栅栏点,那么所有在栅栏点等待的其它线程也会通过BrokenBarrierException或者IterupedException异常地离开。

4. 从关注点上来看: 使用CountDownLatch时,它关注的一个线程或者多个线程需要在其它在一组线程完成操作之后,在去做一些事情。比如:服务的启动等。CyclicBarrier更加关注的是公共的栅栏点(Common Barrier point),关注的是这个点上的同步。这个点之前之后的事情并不需要太多的关注。比如:一个并行计算需要分几个阶段完成,在一个阶段完成进入到下一个阶段之前,需要同步,这时候CyclicBarrie很适合。
由于知识的原因,上述例子以及CountDownLatch和CyclicBarrier的比较上会存在不足,如果有问题请大家指正,也希望大家能够提供两者其它方面的不同之处,一起学习分享。
评论
3 楼
kentkwan
2013-08-02

2 楼
freezingsky
2013-08-01
这块内容讲得差不多,建议可以把内存模型接下去讲,就很全面了。
1 楼
freezingsky
2013-08-01
速度很快啊。
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内容概要:本文详细介绍了如何使用粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)解决光伏发电系统中因阴影遮蔽造成的多峰值最大功率点跟踪(MPPT)问题。首先解释了阴影遮蔽对光伏系统性能的影响以及传统MPPT算法在此情况下存在的局限性。接着阐述了粒子群算法的基本原理及其优势,特别是在处理非线性和多模态优化问题方面的表现。然后展示了如何在Matlab/Simulink环境下利用S函数编写PSO算法的具体步骤,包括初始化参数设定、粒子位置与速度更新规则、适应度评估等环节。最后通过实验数据验证了所提方法的有效性,证明相比传统算法,PSO能够在更短时间内找到全局最优解,显著提高了光伏系统的发电效率。 适用人群:从事新能源研究特别是光伏领域的科研工作者和技术人员,以及对智能优化算法感兴趣的学者。 使用场景及目标:适用于需要改进现有MPPT算法以应对复杂光照条件的应用场合,旨在提高光伏系统的能量转换效率,确保在各种环境因素影响下仍能稳定运行于最大功率点附近。 其他说明:文中提供的代码片段仅为示例,实际应用时需根据具体情况进行适当调整。此外,对于初学者来说,建议先掌握基本概念后再尝试动手实践。
《从DeepSeek到品牌跃迁(AI之于品牌的机遇与挑战)》
内容概要:本文详细介绍了使用COMSOL和Python进行氩灯等离子体放电过程的模拟。首先,作者展示了基础模型参数配置,包括粒子密度、电子温度、离子迁移率等,并解释了这些参数的选择依据。接着,通过MATLAB和Python代码实现了电场计算、电流密度计算以及等离子体雪崩效应的模拟。文中还强调了时间步长控制的重要性,特别是自适应时间步长算法的应用。此外,作者利用Matplotlib和OpenGL进行了动态可视化,生动展现了放电过程中电子密度云图的演变和等离子体辉光的效果。最后,作者分享了一些实用的经验和技巧,如避免数值发散、优化计算效率等。 适合人群:对等离子体物理、数值模拟感兴趣的科研人员和技术爱好者。 使用场景及目标:适用于研究等离子体放电机制、优化模拟算法、提高计算效率以及创建逼真的等离子体可视化效果。目标是帮助读者深入理解氩灯放电的物理过程,并掌握相关模拟技术和工具。 其他说明:文章不仅提供了详细的代码实现,还分享了许多实践经验,如参数选择、数值稳定性和性能优化等方面的心得。这对于从事类似研究的人来说非常有价值。
内容概要:本文详细介绍了AES(自动紧急转向)系统的工作原理及其背后的多种控制算法模型。首先探讨了基于动态TTC(碰撞时间)阈值的安全距离模型,用于决定何时进行转向。接着讨论了五次多项式路径规划算法,确保车辆在短时间内生成平滑的避障轨迹。此外,还比较了传统的纯跟踪算法和现代的MPC(模型预测控制)算法在不同速度下的表现,并解释了它们各自的优缺点。最后,文章提到在联合仿真过程中遇到的一些挑战,如轮胎动力学修正和版本兼容性问题,以及如何通过调整参数来提升系统性能。 适合人群:对自动驾驶技术和车辆控制系统感兴趣的工程师和技术爱好者。 使用场景及目标:适用于研究和开发自动驾驶车辆的团队,旨在帮助他们理解和改进自动紧急转向系统的设计和实施。 其他说明:文中提供了大量MATLAB、C/C++和Python代码片段,展示了具体的技术细节和实现方法。同时强调了实际测试中的经验和教训,对于从事相关领域的研究人员具有很高的参考价值。
OpenGL是一种强大的图形库,用于创建2D和3D图形,广泛应用于游戏开发、科学可视化、工程设计等领域。在这个项目中,我们看到一个基于OpenGL的机械臂运动仿真程序,它能够实现机械臂在四个方向上的旋转。这样的模拟对于理解机械臂的工作原理、机器人控制算法以及进行虚拟环境中的机械臂运动测试具有重要意义。 我们需要了解OpenGL的基础知识。OpenGL是一个跨语言、跨平台的编程接口,用于渲染2D和3D矢量图形。它提供了大量的函数来处理图形的绘制,包括几何形状的定义、颜色设置、光照处理、纹理映射等。开发者通过OpenGL库调用这些函数,构建出复杂的图形场景。 在这个机械臂仿真程序中,C#被用来作为编程语言。C#通常与Windows平台上的.NET Framework配合使用,提供了一种面向对象的、类型安全的语言,支持现代编程特性如LINQ、异步编程等。结合OpenGL,C#可以构建高性能的图形应用。 机械臂的运动仿真涉及到几个关键的计算和控制概念: 1. **关节角度**:机械臂的每个部分(或关节)都有一个或多个自由度,表示为关节角度。这些角度决定了机械臂各部分的位置和方向。 2. **正向运动学**:根据关节角度计算机械臂末端执行器(如抓手)在空间中的位置和方向。这涉及将各个关节的角度转换为欧拉角或四元数,然后转化为笛卡尔坐标系的X、Y、Z位置和旋转。 3. **反向运动学**:给定末端执行器的目标位置和方向,计算出各关节所需的理想角度。这是一个逆向问题,通常需要解决非线性方程组。 4. **运动规划**:确定从当前状态到目标状态的路径,确保机械臂在运动过程中避免碰撞和其他约束。 5. **OpenGL的使用**:在OpenGL中,我们首先创建几何模型来表示机械臂的各个部分。然后,使用矩阵变换(如旋转、平移和缩放)来更新关节角度对模型的影响。这些变换组合起来,形成机械臂的动态运动。 6. **四向旋转**:机械臂可能有四个独立的旋转轴,允许它在X、Y、Z三个轴上旋转,以及额外的绕自身轴线的旋转。每个轴的旋转都由对应的关节角度控制。 7. **交互控制**:用户可能可以通过输入设备(如鼠标或键盘)调整关节角度,实时观察机械臂的运动。这需要将用户输入转换为关节角度,并应用到运动学模型中。 8. **图形渲染**:OpenGL提供了多种渲染技术,如深度测试、光照模型、纹理映射等,可以用于提高机械臂模拟的真实感。例如,可以添加材质和纹理来模拟金属表面,或者使用光照来增强立体感。 这个项目结合了OpenGL的图形渲染能力与C#的编程灵活性,构建了一个可以直观展示机械臂运动的仿真环境。通过理解并实现这些关键概念,开发者不仅能够学习到图形编程技巧,还能深入理解机器人学的基本原理。
在当今社会,随着城市交通管理需求的日益增长,数据驱动的决策机制变得越来越重要。深圳作为中国的一线城市,拥有庞大的交通网络和复杂多变的交通状况,因此,构建精确的交通管理系统显得尤为迫切。为此,深圳市政府开放平台提供了宝贵的道路信息数据,形成了可供机器学习项目开发使用的“深圳道路交通数据集”。 该数据集包含了深圳市内各个区域的详细道路信息,涵盖了交通流量、车速、事故记录、天气条件等多种类型的数据,能够为研究者和开发者提供丰富的学习和实验资源。通过对这些数据的深入分析,可以发现交通流量的规律、预测交通拥堵、制定更为有效的交通管理策略。 数据集中的“traffic.sql”文件,很可能是一个结构化查询语言(SQL)文件,用于存储和管理道路交通数据集的数据库。它可能包含了创建表格、索引、视图以及存储过程等SQL命令,以便用户能够更加方便地对数据进行查询和管理。这类文件是数据库维护和操作的基础,对于数据科学家和工程师来说,掌握其内容能够更高效地进行数据的导入、导出、清洗和分析。 而“获取来源.txt”文件则可能提供了关于数据集来源和数据获取方式的详细描述。它可能包含了数据采集的时间、地点、方式以及数据的更新频率等信息。这些背景信息对于确保数据分析的可靠性和有效性至关重要,因为它们能够帮助用户理解数据的局限性和适用范围,从而使分析结果更加准确和有针对性。 除了上述两个文件之外,数据集可能还包含了其他多种格式的文件,比如CSV、JSON或Excel表格等,以便用户根据不同的使用场景和需求选择合适的数据格式。无论是在交通流量预测、事故分析、路线规划还是在智能交通系统开发等方向,这个数据集都能提供重要的支持。 深圳道路交通数据集的开放,不仅体现了政府信息化、透明化的努力,也为研究者和开发者提供了宝贵的实践平台。它将有助于推动交通管理技术的创新和发展,对缓解城市交通压力、提高道路使用效率以及保障交通安全都将起到积极的作用。随着人工智能和机器学习技术的不断进步,此类数据集的应用前景将十分广阔。
内容概要:本文详细介绍了100kW光伏并网发电系统的MATLAB仿真模型,重点探讨了‘增量电导+积分调节器’技术的MPPT控制器和VSC并网控制技术。MPPT控制器通过增量电导法和积分调节器相结合的方式,能够精准跟踪光伏电池的最大功率点,确保系统高效运行。VSC并网控制则实现了直流电到交流电的转换,并通过复杂的电流控制确保并网电流的质量。文中还提供了详细的MATLAB代码片段,展示了各个关键技术的具体实现。 适用人群:适用于具有一定MATLAB编程基础和技术背景的研究人员、工程师以及对光伏并网发电系统感兴趣的学者。 使用场景及目标:①帮助研究人员理解和实现光伏并网发电系统的MPPT控制和VSC并网控制;②提供详细的MATLAB代码示例,便于学习和调试;③探索光伏并网系统的优化方向,提高系统的稳定性和效率。 其他说明:文章不仅解释了理论原理,还分享了许多实用的调试技巧和注意事项,如仿真步长选择、参数设置等,有助于读者更好地掌握相关技术。
内容概要:本文详细介绍了如何利用Matlab/Simulink构建非隔离双向DC/DC变换器(Buck-Boost)的仿真模型,重点探讨了电压外环电流内环双闭环控制策略的设计与实现。文中不仅涵盖了主电路参数的选择、PWM信号生成、模式切换逻辑等硬件细节,还深入讨论了PI参数整定方法以及仿真过程中常见的陷阱和优化技巧。通过具体的实验数据展示了该系统的快速响应特性和稳定性,特别是在充放电模式切换时的表现。 适合人群:电力电子工程师、科研工作者、高校师生等对双向DC/DC变换器感兴趣的专业人士。 使用场景及目标:适用于研究和开发高效稳定的双向DC/DC变换器,特别是应用于新能源储能系统中,旨在提高系统的转换效率和可靠性。 其他说明:文中提供了大量实用的技术细节和实践经验分享,对于理解和掌握双向DC/DC变换器的工作原理及控制策略非常有帮助。同时提醒读者注意一些容易忽视的问题,如死区时间和电感饱和等,确保仿真结果更加贴近实际情况。
内容概要:本文详细介绍了如何利用Python构建一个图形用户界面(GUI)程序,用于实现语音去噪。该程序主要采用三种核心技术:小波变换、变分模态分解(VMD)以及维纳滤波。首先,通过tkinter库搭建了一个简洁易用的GUI界面,允许用户选择纯净语音文件和噪声文件并将其混合。接着,在信号处理阶段,依次运用小波变换进行初步去噪,VMD分解将信号分为多个模态,最后使用维纳滤波对各模态进行精细调整。文中不仅提供了详细的代码示例,还讨论了一些常见的实现技巧和注意事项,如参数设置、信号长度匹配、信噪比计算等。 适合人群:对语音处理感兴趣的开发者和技术爱好者,尤其是有一定Python编程基础的人士。 使用场景及目标:适用于希望深入了解语音去噪原理及其具体实现的研究人员或工程师。通过该项目,读者能够掌握如何结合多种算法提高语音质量,同时学会如何使用Python的相关库来构建实用的应用程序。 其他说明:作者强调了实践中的一些重要细节,例如参数的选择对于最终效果的影响,以及如何处理不同类型的声音文件。此外,还提到了一些潜在的问题解决方案,如避免因数据格式不当导致的异常情况。
内容概要:本文深入探讨了AUTOSAR OS的发展及其与OSEK OS的关系,强调了AUTOSAR OS在汽车电子控制单元(ECU)中的应用。文章首先回顾了OSEK OS的基本特性,包括基于事件触发的操作机制、实时中断处理以及错误处理服务等,指出AUTOSAR OS在其基础上进行了扩展。接着介绍了AUTOSAR OS的四个扩展分类(SC1至SC4),并解释了如何根据项目需求和硬件资源选择合适的OS扩展类型。最后,详细描述了AUTOSAR OS的五大基本对象(Counter、Alarm、Schedule Table、Tasks、ISRs),阐述了它们的作用及相互关系,如Counter为Alarm和Schedule Table提供时间基准,Tasks作为OS调度的基本单元,ISRs处理中断等。; 适合人群:从事汽车电子开发的技术人员,尤其是对AUTOSAR OS有一定了解或有兴趣深入了解其架构和功能的专业人士。; 使用场景及目标:①理解AUTOSAR OS相较于OSEK OS的改进之处;②掌握不同扩展级别的特点,以便为具体的ECU产品选择最合适的OS版本;③熟悉五大基本对象的功能和应用场景,提高在AUTOSAR架构下的系统设计能力。; 其他说明:由于AUTOSAR OS与OSEK OS紧密相关,建议读者先了解ISO 17356-3标准,这有助于更好地理解AUTOSAR OS的特性和优势。此外,在实际应用中,选择OS扩展类型时应综合考虑功能安全、信息安全需求以及芯片硬件资源。
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内容概要:本文详细介绍了如何使用MATLAB及其工具箱Simulink和Simscape进行直角坐标机器人的逆向运动学仿真。首先,通过导入Scape模型并正确设置坐标系,确保模型的准确性。接着,利用fsolve函数求解姿态误差函数,实现末端执行器到达指定坐标的目标。文中还强调了在搭建Simscape模型时应注意的细节,如选择正确的关节模块、设置合理的物理参数以及优化求解器配置。此外,提供了多个实用技巧,包括添加路径约束、处理摩擦系数、优化仿真速度等。最后,通过实例展示了如何验证逆向运动学的效果,并给出了常见的调试方法。 适合人群:具有一定MATLAB基础并对机器人运动控制感兴趣的工程师和技术爱好者。 使用场景及目标:适用于希望深入了解直角坐标机器人逆向运动学原理的研究人员,以及希望通过仿真手段优化机器人控制系统的设计人员。目标是掌握如何使用MATLAB和Simscape进行高效的机器人运动仿真。 其他说明:文章不仅提供了详细的代码示例,还分享了许多实践经验,帮助读者更好地理解和应用相关技术。
内容概要:本文详细介绍了利用MATLAB进行语音信号处理和去噪的方法,重点在于使用低通巴特沃斯滤波器去除音频中的特定频率噪声。首先,通过audioread函数读取音频文件并展示其时域和频域图像。然后,作者手动实现了离散傅里叶变换(DFT)函数,并将其应用于频谱分析。接着,文中展示了如何加入人为噪声(如800Hz的正弦噪声)并对含有噪声的信号进行处理。为了去除这些噪声,设计了一个6阶低通巴特沃斯滤波器,设置合适的截止频率以保留人声的同时抑制高频噪声。对于高斯白噪声,则讨论了低通滤波器的效果及其局限性。最后,验证了自定义DFT函数的准确性。 适合人群:具有一定MATLAB基础和技术背景的研究人员、学生或工程师。 使用场景及目标:适用于希望深入了解语音信号处理技术的人士,特别是那些想要掌握如何使用MATLAB实现简单有效的数字滤波器来改善音频质量的学习者。 其他说明:本文不仅提供了具体的代码示例,还解释了每个步骤背后的理论依据,帮助读者更好地理解和应用相关概念。此外,它强调了实际操作过程中可能会遇到的问题及解决方案,如相位延迟的影响等。
内容概要:本文详细介绍了基于Voronoi图的最小化围捕算法在电动汽车、主动配电网及电力系统规划中的MATLAB复现。首先解释了Voronoi图的基本概念及其在围捕算法中的应用,接着展示了具体的MATLAB代码实现,包括初始化参数、随机生成位置、计算Voronoi图、围捕算法的具体实现步骤。文中还探讨了该算法在电动汽车充电路径规划、分布式电源与负荷匹配方面的潜在应用价值。通过动态生成Voronoi图来分割追捕区域,使每个追捕者负责自己区域内的逃逸者,提高了资源分配和调度的效率。 适合人群:对电力系统规划、电动汽车技术和MATLAB编程感兴趣的科研人员和技术开发者。 使用场景及目标:适用于需要优化资源分配和提高系统稳定性的情景,如电动汽车充电网络规划、智能电网管理等。目标是通过算法优化,提高充电效率和电力分配合理性,保障系统的稳定运行。 其他说明:文中提供了详细的代码片段和实现思路,有助于读者理解和复现实验。同时,讨论了一些优化技巧,如动态更新Voronoi图、调整速度因子等,使得算法更加高效实用。
内容概要:大唐杯是由中国通信学会主办的全国性大学生通信技术大赛,主要面向高校本科生和研究生,旨在推动通信领域的技术创新和人才培养。比赛涵盖5G技术、物联网与边缘计算、人工智能与大数据在通信中的应用以及通信网络部署与优化等内容,分为省赛(理论+实践)和全国总决赛(复杂实操与答辩)。该比赛在通信、电子信息类专业认可度高,对保研和就业有帮助。备赛建议包括学习5G基础知识、熟悉仿真工具和实践操作训练,并参考往届真题和官方资料。比赛报名时间通常为每年1-3月,省赛在4月进行,全国总决赛在6-7月举行。; 适合人群:全国高校本科生、研究生,尤其是通信、电子信息、计算机、电子、物联网等相关专业的学生。; 使用场景及目标:①为有志于从事通信、信息技术领域工作的学生提供实战机会;②提升学生在5G、物联网、人工智能等前沿技术方面的能力;③帮助学生获得保研加分和更好的就业机会。; 其他说明:非通信专业的学生也可以参加,但需自学部分通信知识。比赛强调理论与实践相结合,建议团队成员合理分工,分别负责理论、仿真编程和实操。对于没有实验设备的学生,可以通过仿真软件和开源项目进行练习。
1、该资源内项目代码经过严格调试,下载即用确保可以运行! 2、该资源适合计算机相关专业(如计科、人工智能、大数据、数学、电子信息等)正在做课程设计、期末大作业和毕设项目的学生、或者相关技术学习者作为学习资料参考使用。 3、该资源包括全部源码,需要具备一定基础才能看懂并调试代码。 Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip Android实现的雷达图(Radar Chart),可用于实现对比展示,可旋转.zip