北京經(jīng)濟技術(shù)職業(yè)學院《機器學習實驗》2023-2024學年第一學期期末試卷

學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁北京經(jīng)濟技術(shù)職業(yè)學院《機器學習實驗》

2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在ROS中，進行機器人的路徑規(guī)劃時，需要考慮環(huán)境中的障礙物和約束條件。假設一個機器人需要在一個充滿動態(tài)障礙物的環(huán)境中規(guī)劃路徑。以下關(guān)于ROS路徑規(guī)劃的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以使用A*算法等經(jīng)典路徑規(guī)劃算法，并進行適當?shù)母倪M以適應動態(tài)環(huán)境B.路徑規(guī)劃只需要考慮空間上的障礙物，不需要考慮時間因素C.可以結(jié)合傳感器的實時數(shù)據(jù)進行在線路徑規(guī)劃和調(diào)整D.路徑規(guī)劃的結(jié)果需要滿足機器人的運動學和動力學約束2、當在ROS中進行機器人路徑規(guī)劃時，以下哪種算法常用于在復雜環(huán)境中找到最優(yōu)路徑？（）A.A*算法B.Dijkstra算法C.RRT算法D.蟻群算法。假設機器人需要在充滿障礙物的室內(nèi)環(huán)境中快速找到一條從起始點到目標點的最短且無碰撞路徑，同時考慮環(huán)境的動態(tài)變化，上述哪種算法更適合，并闡述其特點和適用場景3、在ROS環(huán)境中，對于機器人的實時性能優(yōu)化，需要考慮算法的復雜度、內(nèi)存使用和計算效率等方面。假設機器人的某個功能模塊存在性能瓶頸，以下哪種方法能夠最有效地提升性能？（）A.優(yōu)化算法實現(xiàn)，減少計算量B.增加硬件資源，如內(nèi)存和CPUC.不進行優(yōu)化，維持現(xiàn)狀D.降低功能要求，簡化任務4、在一個基于ROS的機器人團隊協(xié)作項目中，需要實現(xiàn)不同類型機器人之間的任務分配和協(xié)調(diào)。以下哪種策略和機制可能會被用于團隊協(xié)作？（）A.基于任務優(yōu)先級的分配B.基于能力和資源的分配C.基于市場機制的資源交易D.以上都有可能5、在ROS中，為了提高機器人系統(tǒng)的性能和實時性，通常會對節(jié)點進行優(yōu)化。假設一個節(jié)點處理大量數(shù)據(jù)導致性能瓶頸，以下哪種優(yōu)化方法可能最為有效？（）A.減少節(jié)點之間的通信次數(shù)B.使用更復雜的算法來處理數(shù)據(jù)C.增加節(jié)點的數(shù)量來分擔任務D.降低數(shù)據(jù)的采樣頻率6、ROS支持與外部硬件設備的通信。假設有一個需要與特定型號的電機驅(qū)動器進行通信的機器人關(guān)節(jié)。在這種情況下，以下哪種方式最適合實現(xiàn)通信？（）A.使用通用的串口通信協(xié)議B.通過網(wǎng)絡套接字（Socket）進行通信C.利用ROS提供的特定硬件驅(qū)動接口D.直接通過內(nèi)存共享進行高速通信7、以下哪個是機器人操作系統(tǒng)中用于處理機器人運動規(guī)劃信息的消息類型？（）（）A.moveit_msgs/MotionPlanB.geometry_msgs/PoseC.std_msgs/StringD.以上都不是8、在ROS中，要對機器人的操作空間進行建模和分析，以下哪種方法常用于描述機器人的工作范圍和可達性？（）A.雅可比矩陣B.蒙特卡羅方法C.工作空間分析D.以上都是。假設需要確定機器人在執(zhí)行特定任務時的有效工作空間和可能的運動限制，上述哪種方法能夠提供更全面和準確的建模和分析結(jié)果，并說明其在ROS中的應用和意義9、當使用ROS控制一個農(nóng)業(yè)灌溉機器人時，需要根據(jù)土壤濕度、作物需求和天氣情況進行智能灌溉決策。以下哪種傳感器和決策算法可能會被用于農(nóng)業(yè)灌溉？（）A.濕度傳感器和優(yōu)化灌溉算法B.氣象傳感器和預測模型C.作物生長監(jiān)測和智能控制策略D.以上都有可能10、在機器人操作系統(tǒng)的通信機制中，消息傳遞是常用的方式之一。假設有一個多機器人協(xié)作系統(tǒng)，機器人之間需要頻繁地交換大量的傳感器數(shù)據(jù)和控制指令。以下哪種消息傳遞框架能夠提供高可靠、低延遲的通信，并且易于在分布式環(huán)境中擴展？（）A.ROS（RobotOperatingSystem）的話題機制B.TCP/IP協(xié)議C.UDP協(xié)議D.共享內(nèi)存機制11、當在ROS中構(gòu)建機器人的感知系統(tǒng)時，以下哪種深度學習框架常用于處理圖像和點云數(shù)據(jù)？（）A.TensorFlowB.PyTorchC.Caffe2D.MXNet。假設需要讓機器人從復雜的環(huán)境數(shù)據(jù)中學習和識別物體、場景等信息，對模型的訓練效率和推理速度有較高要求，上述哪個深度學習框架在與ROS的結(jié)合中能夠提供更出色的性能，并說明其特點和在機器人感知中的應用實例12、ROS中的機器人模型可以通過URDF（統(tǒng)一機器人描述格式）來定義。假設要精確描述一個具有復雜結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)的機器人，包括其幾何形狀、慣性參數(shù)和關(guān)節(jié)限制等。以下哪種方法在創(chuàng)建準確和完整的URDF文件時最為有效？（）A.手動編寫URDF文件，根據(jù)測量和計算填寫參數(shù)B.使用圖形化的建模工具自動生成URDF文件C.參考其他類似機器人的URDF文件進行修改D.不使用URDF，采用其他模型描述方式13、當使用ROS實現(xiàn)機器人的自主避障功能時，以下哪種傳感器數(shù)據(jù)融合方法能夠提高障礙物檢測的準確性和可靠性？（）A.加權(quán)平均法B.卡爾曼濾波C.粒子濾波D.擴展卡爾曼濾波。假設機器人配備了多種不同類型的傳感器（如激光雷達、超聲波傳感器、攝像頭），需要將它們的數(shù)據(jù)進行融合以獲得更全面和精確的障礙物信息，上述哪種數(shù)據(jù)融合方法在這種情況下表現(xiàn)更為出色，并說明其優(yōu)勢和應用步驟14、機器人的運動規(guī)劃需要考慮多種優(yōu)化目標，如時間最短、能量消耗最小等。假設一個機器人需要在滿足一定精度要求的前提下，盡可能減少運動時間。以下哪種優(yōu)化算法能夠有效地解決這個多目標優(yōu)化問題？（）A.遺傳算法B.模擬退火算法C.粒子群優(yōu)化算法D.以上算法均可15、在ROS框架下，進行機器人的運動學建模時，以下哪種方法常用于處理串聯(lián)機器人的正逆運動學求解？（）A.Denavit-Hartenberg方法B.Jacobian矩陣法C.數(shù)值迭代法D.解析法。假設機器人的結(jié)構(gòu)較為復雜，關(guān)節(jié)數(shù)量較多，需要快速準確地計算其在不同位姿下的運動學參數(shù)，上述哪種方法能夠更有效地解決這一問題，并詳細闡述其原理和計算過程16、ROS中的動作服務器（ActionServer）需要實現(xiàn)以下哪些回調(diào)函數(shù)？（）（）A.goal回調(diào)函數(shù)B.cancel回調(diào)函數(shù)C.feedback回調(diào)函數(shù)D.以上都是17、在ROS環(huán)境下，為了開發(fā)一個能夠自主避障并規(guī)劃最優(yōu)路徑的移動機器人，需要選擇合適的路徑規(guī)劃算法?？紤]到環(huán)境的復雜性和動態(tài)變化，以下哪種算法可能更適合？（）A.A*算法B.Dijkstra算法C.RRT算法D.蟻群算法18、ROS支持在不同的操作系統(tǒng)上運行。當從一個操作系統(tǒng)移植到另一個操作系統(tǒng)時，如果沒有考慮系統(tǒng)差異，會發(fā)生什么？（）A.程序可能無法正常運行B.運行效率提高C.功能自動適配新系統(tǒng)D.無需任何修改，正常工作19、在ROS控制的機器人巡檢系統(tǒng)中，如果巡檢路徑規(guī)劃未考慮能源消耗，會對機器人的續(xù)航產(chǎn)生什么影響？（）A.可能導致機器人在巡檢過程中電量耗盡B.續(xù)航能力增強C.系統(tǒng)自動優(yōu)化能源消耗D.對續(xù)航?jīng)]有影響20、在機器人操作系統(tǒng)（ROS）中，節(jié)點之間通過話題（Topic）進行通信。假設一個機器人系統(tǒng)中有兩個節(jié)點，一個負責傳感器數(shù)據(jù)采集，另一個負責數(shù)據(jù)分析。如果傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)布的話題消息頻率過高，可能會導致什么問題？（）A.數(shù)據(jù)分析節(jié)點處理不過來，造成數(shù)據(jù)丟失B.系統(tǒng)性能提升，響應速度加快C.通信鏈路堵塞，系統(tǒng)崩潰D.對系統(tǒng)沒有明顯影響21、在ROS系統(tǒng)中，對于機器人的任務優(yōu)先級分配，以下哪種策略能夠更好地平衡不同任務的需求？（）A.固定優(yōu)先級B.動態(tài)優(yōu)先級C.隨機優(yōu)先級D.不設置優(yōu)先級請詳細說明每個優(yōu)先級分配策略在任務管理中的效果和適用場景22、在ROS系統(tǒng)中，要實現(xiàn)機器人的自適應控制，能夠根據(jù)環(huán)境變化和任務需求自動調(diào)整控制參數(shù)。以下哪種技術(shù)和算法的結(jié)合最適合實現(xiàn)這種自適應控制功能？（）A.強化學習與模型預測控制B.遺傳算法與模糊控制C.神經(jīng)網(wǎng)絡與PID控制D.不實現(xiàn)自適應控制，使用固定參數(shù)23、在基于ROS的機器人視覺系統(tǒng)中，需要對圖像中的目標進行識別和跟蹤。以下哪種機器學習或深度學習方法可能會取得較好的效果？（）A.支持向量機B.決策樹C.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡D.樸素貝葉斯請詳細分析每個選項在機器人視覺目標識別和跟蹤中的優(yōu)勢和局限性24、當在ROS中構(gòu)建一個機器人控制系統(tǒng)時，需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯性。假設有一個關(guān)鍵的傳感器出現(xiàn)故障，以下哪種策略能夠使系統(tǒng)在這種情況下仍然保持一定的運行能力，并及時通知用戶進行維修？（）A.系統(tǒng)直接停止運行B.忽略故障傳感器的數(shù)據(jù)，繼續(xù)運行C.使用備份傳感器或采用估計值替代故障數(shù)據(jù)D.隨機生成數(shù)據(jù)替代故障傳感器的數(shù)據(jù)25、ROS中的控制模塊負責根據(jù)規(guī)劃的路徑生成機器人的控制指令。假設一個輪式移動機器人需要沿著給定的路徑行駛，以下關(guān)于控制算法的描述，哪一項是不準確的？（）A.PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器常用于簡單的速度和位置控制B.LQR（LinearQuadraticRegulator）控制器可以在系統(tǒng)模型已知的情況下實現(xiàn)最優(yōu)控制C.模糊控制可以處理系統(tǒng)的不確定性和非線性，但控制規(guī)則的設計較為復雜D.控制算法的選擇只取決于機器人的類型，與任務需求和環(huán)境條件無關(guān)二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）簡述ROS中的生物樣本高效采集機器人中的采集效率提升。2、（本題5分）解釋ROS中的通信加密和認證方法。3、（本題5分）解釋ROS中的林業(yè)采伐安全保障機器人中的安全預警機制。4、（本題5分）ROS中的任務規(guī)劃模塊的設計要點。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）創(chuàng)建一個在ROS中的龍蝦種苗養(yǎng)殖場種苗分揀與計數(shù)機器人的高效分揀與準確計數(shù)系統(tǒng)。2、（本題5分）在ROS框架下，為山體滑坡監(jiān)測機器人設計一個位移監(jiān)測和預警通知系統(tǒng)。3、（本題5分）創(chuàng)建一個在ROS中的玩具廠組裝機器人的零件組裝與檢測系統(tǒng)。4、（本題5分）設計一個基于ROS的貝類種苗培育場種苗監(jiān)測與培育機器人的生長監(jiān)測與培育管理系統(tǒng)。5、（本題5分）在ROS環(huán)境下搭建一個蝎子養(yǎng)殖場蝎子抓捕機器人的安全抓捕與分類系統(tǒng)。四、分析題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）在能源領(lǐng)域，如風力發(fā)電場維護、太陽能板清潔等，機器人操作系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。請綜合分析其在高空作業(yè)、惡劣天氣適應、故障診斷與修復等方面的