NXT乐高机器人：创意乐趣，随心所欲！(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　最完整的NXT乐高机器人入门手册

　　＊NXT 乐高机器人是全世界通用的科学教具，这本书正是专门为NXT 乐高机器人套件所编写的教材。

　　＊本书内容适合10 岁到100 岁的终身学习。

　　＊透过本书，能够学到乐高机器人程式 NXT-G 操作，以及基本感应器的应用！

　　这本书是教师教学的参考教案；也是自学者的实用工具书；更是促进亲子同乐的催化剂！

作者简介

探奇自然科学工作室　邱信仁

　　国立中央大学机械工程研究所毕业
　　国立中正大学清江学习中心讲师
　　专心致力于乐高积木课程及科学实验

　　探奇工作室部落格：tw.myblog.yahoo.com/touch_classroom
　　探奇工作室信箱：touch_classroom@yahoo.com.tw
　　NXT 乐高机器人书籍讨论区：groups.google.com/group/touch_classroom

《编程思维与实践：从零构建智能系统》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天，无论是个人还是企业，掌握扎实的编程思维和构建智能系统的能力已成为核心竞争力。本书《编程思维与实践：从零构建智能系统》正是一部旨在引领读者系统性掌握编程核心思想、深入理解算法精髓，并最终能够独立设计、开发和部署复杂智能系统的实战指南。它并非侧重于某一特定硬件平台的搭建，而是聚焦于支撑所有现代计算和智能应用背后的通用原理和方法论。 本书的结构设计遵循从抽象概念到具体实现的递进路线，确保读者不仅知其然，更能知其所以然。全书共分为五大部分，共计十八章，内容翔实，案例丰富，旨在为读者构建一个坚实的知识框架。 --- 第一部分：编程思维的基石与抽象的力量 (Foundations of Programming Thought) 本部分着重于培养读者构建复杂系统前必须具备的思维模式，强调解决问题的结构化和逻辑化能力，这是任何高级编程和智能系统开发的基础。 第一章：逻辑推理与问题分解 本章深入探讨了如何将一个宏大、模糊的问题拆解为一系列清晰、可执行的子任务。重点讲解了演绎推理、归纳推理在代码设计中的应用，以及如何使用流程图、伪代码等工具进行早期建模。我们详细分析了“计算思维”的四个核心要素：分解（Decomposition）、模式识别（Pattern Recognition）、抽象（Abstraction）和算法设计（Algorithm Design），并提供了大量日常问题实例进行剖析，展示这些思维如何迁移到软件工程中。 第二章：数据结构：信息的组织艺术 高质量的软件依赖于高效的数据组织方式。本章超越基础的数组和链表，深入探讨了面向性能和扩展性的高级数据结构。内容包括：树（如二叉搜索树、AVL树、B+树在数据库中的应用）、图（用于网络分析和路径查找）、散列表（深入理解哈希冲突解决机制）以及堆（用于优先级队列的实现）。每一结构都将结合其在真实世界中的应用场景进行讲解，强调选择合适数据结构对系统效率的决定性影响。 第三章：算法的效率与复杂度分析 算法是程序的灵魂。本章将算法的学习提升到理论高度，侧重于如何衡量和优化算法的性能。我们将详细介绍大O表示法（Big O Notation），并系统性地分析排序（如快速排序、归并排序的优化点）、搜索（如二分查找的变体）和图遍历算法（DFS/BFS）的时间和空间复杂度。此外，本章还会引入动态规划和贪心算法的思想框架，为后续解决优化问题打下基础。 第四章：软件设计的范式与原则 本章转向软件设计的哲学层面。我们将介绍主流的编程范式，包括面向对象编程（OOP）的四大支柱（封装、继承、多态、抽象）及其设计模式（如工厂、单例、观察者），函数式编程（FP）的核心概念（纯函数、不可变性）及其在并发处理中的优势。同时，我们将阐述SOLID等设计原则，指导读者编写出高内聚、低耦合、易于维护的代码。 --- 第二部分：后端核心：系统架构与并发控制 (Backend Architecture and Concurrency) 现代智能应用往往需要强大的后端支撑处理海量数据和复杂的业务逻辑。本部分专注于构建健壮、高性能的后端系统。 第五章：操作系统原理与资源管理 理解计算机底层的资源调度至关重要。本章讲解进程与线程的区别、内存管理（虚拟内存、分页、分段）、I/O模型（阻塞/非阻塞/异步I/O）以及并发访问控制机制（锁、信号量、互斥量）。这些知识直接关系到程序如何高效利用CPU和内存资源。 第六章：数据库系统：持久化与事务 本章深入剖析关系型数据库（SQL）和非关系型数据库（NoSQL）的设计原理和适用场景。重点讲解了数据库事务的ACID特性、隔离级别及其对并发性能的影响。对于NoSQL，则会分析键值存储、文档型、列族数据库的底层结构和查询优化策略。 第七章：网络通信与协议栈 构建分布式系统的基础是可靠的网络通信。本章系统梳理TCP/IP协议栈，深入讲解HTTP/HTTPS协议的工作流程，包括请求-响应周期、头部解析和安全握手。同时，也会引入RPC（远程过程调用）和消息队列（如Kafka、RabbitMQ）在微服务架构中的作用。 第八章：高并发编程与性能调优 本章聚焦于如何设计能够处理大规模并发请求的系统。内容涵盖线程池的最佳实践、无锁数据结构（Lock-free Data Structures）的设计思路，以及性能剖析工具的使用方法。我们将探讨如何通过异步编程模型（如事件驱动模型）来提升系统的吞吐量和响应速度。 --- 第三部分：智能系统的核心：机器学习与模型构建 (Machine Learning and Model Building) 本部分是本书的重点之一，它不局限于特定算法的调用，而是从数据预处理到模型评估的完整生命周期管理。 第九章：数据准备与特征工程 “Garbage in, garbage out”是数据科学的铁律。本章详细讲解了数据清洗、缺失值处理、异常检测的方法。特征工程部分，将介绍如何通过特征选择（Filter, Wrapper, Embedded Methods）和特征转换（PCA、标准化、独热编码）来最大化原始数据的价值。 第十章：监督学习算法的深入理解 本章系统梳理了线性模型（回归与分类）、决策树及其集成方法（随机森林、GBDT）。特别强调了模型过拟合与欠拟合的诊断，以及交叉验证、正则化（L1/L2）在提升模型泛化能力中的作用。 第十一章：无监督学习与降维技术 在处理没有标签的数据时，聚类分析和降维技术至关重要。本章详细讲解了K-Means、DBSCAN等聚类算法的原理和参数选择。此外，还深入探讨了主成分分析（PCA）和t-SNE等降维技术，帮助理解高维数据的内在结构。 第十二章：评估、验证与模型解释性 (XAI) 一个模型的好坏，最终由其评估指标决定。本章区分了准确率、召回率、F1分数、AUC-ROC曲线等指标的适用场景。更重要的是，本章引入了模型可解释性（Explainable AI, XAI）的概念，介绍LIME和SHAP等工具，以确保智能系统的决策过程是透明和可信赖的。 --- 第四部分：部署、运维与生态集成 (Deployment, Operations, and Integration) 一个优秀的算法或后端服务必须能够稳定、高效地在生产环境中运行。本部分侧重于将模型和系统落地。 第十三章：容器化技术与环境隔离 本章全面介绍Docker和Kubernetes（K8s）在现代系统部署中的核心地位。讲解如何创建高效的Dockerfile，如何使用Docker Compose进行本地开发环境模拟，以及K8s的基础概念（Pod, Service, Deployment），为服务的弹性伸缩打下基础。 第十四章：持续集成/持续部署 (CI/CD) 实践 为了保证快速迭代和质量稳定，CI/CD流水线是必不可少的。本章指导读者如何使用主流工具（如Jenkins, GitLab CI）自动化代码的构建、测试、扫描和部署流程，实现从代码提交到生产环境部署的无缝衔接。 第十五章：性能监控与日志管理 生产环境的稳定性依赖于及时的告警和深入的日志分析。本章介绍Prometheus和Grafana用于指标的采集和可视化，以及ELK（Elasticsearch, Logstash, Kibana）堆栈用于集中化日志管理和快速故障排查的策略。 --- 第五部分：前沿探索与系统演进 (Frontier Exploration and System Evolution) 本部分展望了未来计算的发展方向，并提供了应对复杂系统演进的策略。 第十六章：分布式计算框架与大数据处理 当数据规模超越单机处理能力时，分布式计算框架成为必需。本章深入探讨了MapReduce的思想，并重点介绍了Apache Spark的架构、RDD/DataFrame编程模型及其在复杂数据管道构建中的应用。 第十七章：边缘计算与实时处理 随着物联网和低延迟需求的增加，计算正在向数据源靠近。本章分析了边缘计算的架构优势，对比了流处理框架（如Storm或Flink）与批处理框架的区别，以及如何在资源受限的边缘设备上部署和优化轻量级模型。 第十八章：构建可信赖的智能系统 本书的总结部分，探讨了构建真正智能且负责任系统的社会和技术责任。内容涵盖数据隐私保护（如差分隐私的基本概念）、算法偏差的识别与缓解，以及如何建立模型审计和版本控制机制，确保智能系统的长期健康运行。 --- 通过对以上十八个章节的系统学习，读者将不再仅仅是某个特定框架的使用者，而是能够从底层逻辑、系统架构、算法设计到最终部署运维，全方位掌握构建复杂、高效、智能系统的能力。本书适合有一定编程基础，希望从“实现功能”迈向“构建架构”的工程师、技术爱好者和在校高年级学生。

序
如何使用本书

Chapter 01 机器人的头
1-1　印象中的乐高
1-2　谈一谈乐高机器人
1-3　认识积木零件
1-4　操作NXT 主机（NXT Brick）
1-5　认识输入、输出设备
1-6　作一台机器人的头

Chapter 02 线控遥控车
2-1　认识触碰感应器（Touch Sensor）
2-2　制作第一台机器车
2-3　程式设计的方法
2-4　线控车

Chapter 03 直线折返车
3-1　扩大触碰感应器的感应范围
3-2　第一次接触NXT-G 软体
3-3　设计一台直线折返车

Chapter 04 疯狂碰碰车
4-1　Loop Block 的不同用法
4-2　疯狂碰碰车的设计

Chapter 05 机器蟑螂
5-1　认识光源感应器
5-2　应用光源感应器
5-3　蟑螂特性及设计

Chapter 06 轨迹车初赛
6-1　认识轨迹
6-2　疯狂碰碰车的设计
6-3　轨迹车初赛

Chapter 07 轨迹车复赛
7-1　轨迹机器人的设计思考
7-2　转弯方式的调整
7-3　轨迹车大赛

Chapter 08 三分球大赛
8-1　三分球大赛规则
8-2　投篮机器人的设计
8-3　机器人程式设计的方法

Chapter 09 摊贩车
9-1　NXT 的喇叭
9-2　NXT 发声练习
9-3　复习触碰感应器的使用
9-4　自制命令方块My Block

Chapter 10 丽莎的微笑
10-1　NXT 主机萤幕介绍
10-2　萤幕控制
10-3　模拟Try Touch
10-4　机器人的嘴巴

Chapter 11 我是大声公
11-1　声音感应器介绍
11-2　声音感应器的应用
11-3　NXT-G 资料线（Data Wire）

Chapter 12 宠物娃娃
12-1　Switch Block 介绍
12-2　动作目标与程式设计
12-3　感应器的结合应用
12-4　宠物娃娃的对应动作

Chapter 13 雷射枪
13-1　超音波感应器介绍
13-2　超音波感应器测试
13-3　雷射枪
13-4　显示雷射枪数值

Chapter 14 小鸭宝宝
14-1　机器人的避障设计
14-2　超音波感应器的更多应用
14-3　小鸭宝宝

Chapter 15 猜猜我是谁
15-1　乱数命令方块介绍
15-2　Switch 命令方块的判断选择
15-3　猜猜乐游戏机

Chapter 16 搬家工人
16-1　感应器与指令回顾
16-2　感应器的应用
16-3　搬家工人比赛

Chapter 17 探奇一号建构图示

Chapter 18 不扫地机器人
18-1　机器人的避障方式
18-2　不扫地机器人的机构设计
18-3　不扫地机器人的程式设计
18-4　学员常见问题
18-5　不扫地机器人的功能挑战

评分☆☆☆☆☆

每次看到別人組裝出超酷的樂高機器人，心裡都會默默羨慕，覺得那根本是天才等級才能做到的事。但這本《NXT樂高機器人：創意樂趣，隨心所欲！(第二版)》的書名，尤其是「隨心所欲」這幾個字，完全顛覆了我對樂高機器人的刻板印象。它傳達了一種「人人都可以做到」的訊息，而且是在「樂趣」中達成。我希望這本書能有一套非常清晰、循序漸進的學習路徑，從最基礎的NXT硬體組成，到最基本的程式編寫邏輯，一步一步帶領讀者進入這個令人興奮的世界。我特別期待書中能有許多實際操作的案例，最好是從簡單到困難，讓我可以邊看邊學，立即上手。例如，可能會教我們如何組裝一個能跟隨線條的機器人，或是能避開障礙物的智慧小車。這樣不僅能讓我們建立對NXT機器人的初步認識，更能透過實際的動手操作，培養解決問題的能力和邏輯思維。我希望這本書能激發我內心深處的創造力，讓我不再只是被動的接受者，而是能成為一個主動的創造者。

评分☆☆☆☆☆

哇！拿到這本《NXT樂高機器人：創意樂趣，隨心所欲！(第二版)》的瞬間，就覺得書皮的質感很不賴，印刷也很清晰，這第一印象就加分不少。我一直對樂高機器人很有興趣，但總覺得自己是個門外漢，看到書名就覺得「這應該適合我這種新手吧？」，而且「隨心所欲」這幾個字聽起來就充滿了自由和可能性，完全沒有壓力感，感覺可以按照自己的步調去學習。我尤其期待書中會不會提到一些基礎的組裝技巧，畢竟像我這種可能連零件都分不太清楚的，有個詳細的入門指南真的會很有幫助。而且「第二版」聽起來就代表著內容應該更豐富、更更新，或許還有一些第一版沒有的新增樂趣，這點讓我很期待。希望書裡能有一些實際的範例，從簡單的移動機器人到比較進階一點的，讓我能邊學邊玩，實際動手做做看，而不是光看理論。我一直覺得，學東西就是要玩中學，樂高機器人恰好就是最棒的玩具之一！

评分☆☆☆☆☆

這本書的出版根本就是為我這種「想玩但又怕太難」的家長和孩子量身打造的！我兒子最近對樂高迷得不行，平常就是拼拼樂高積木，但看到那種會動的、會發光的機器人，眼睛都亮了。可是網路上那些教學影片，有時候講得又快又專業，大人看了都頭暈，更別說是小孩子了。這本《NXT樂高機器人：創意樂趣，隨心所欲！(第二版)》的標題就給了我很大的信心，感覺它會用非常親切、易懂的方式引導我們進入NXT機器人的世界。我希望書裡能有一些圖文並茂的步驟解說，最好能針對不同年齡層的孩子設計一些挑戰，讓他們從簡單的組裝開始，慢慢培養對程式邏輯的興趣。而且，「創意樂趣」這幾個字真的是打動我了，我希望這本書不只是教怎麼組裝，更重要的是激發孩子們的想像力，讓他們能夠發揮創意，設計出屬於自己的獨特機器人。這不僅能培養孩子的動手能力，更能啟發他們的邏輯思維和解決問題的能力，一舉數得！

评分☆☆☆☆☆

身為一個對科技充滿好奇，但又有點「科技小白」的讀者，我一直對樂高機器人這個領域感到非常著迷。看到《NXT樂高機器人：創意樂趣，隨心所欲！(第二版)》這本書的出現，簡直就是眼睛一亮！「NXT」這個名字聽起來就很有科技感，而「創意樂趣，隨心所欲！」更是直接打中了我的內心。我最害怕的就是那種死板板的教學，把學習變成枯燥的任務。這本書的標題傳達了一種輕鬆、自由、充滿實驗精神的氛圍，這正是我所追求的。我非常期待書中能深入探討如何利用NXT平台的強大功能，結合樂高積木的無限可能，創造出各種意想不到的機器人。例如，是否會介紹一些進階的感測器應用，如何讓機器人具備更聰明的判斷能力？或者，書中是否會提供一些不同類型的專案，涵蓋各種應用場景，從競賽型的挑戰到生活中的實用發明？我希望能透過這本書，學習到一套系統性的方法，從零開始，逐步解鎖NXT機器人的各種奧秘，最終能夠獨立設計和創造出屬於自己的作品。

评分☆☆☆☆☆

我一直認為，樂高不只是孩子的玩具，更是培養邏輯思考和創造力的絕佳工具。而《NXT樂高機器人：創意樂趣，隨心所欲！(第二版)》這本書的出現，正好滿足了我對於進一步探索樂高機器人世界的渴望。書名中的「創意樂趣」和「隨心所欲」讓我感覺到，這本書的重點不僅僅是組裝技術，更強調的是透過動手實踐，激發個人的無限創意，並且能夠按照自己的想法去實現。我非常希望這本書能夠提供一些結構清晰、由淺入深的專案設計範例，讓讀者可以從中學習到如何運用NXT平台的各種功能，例如感測器、馬達的控制，以及程式設計的邏輯。更重要的是，我期待書中能夠引導讀者思考如何將這些基礎知識應用到更廣泛的領域，設計出更具實用性或趣味性的機器人。也許會有一些關於機器人比賽的技巧分享，或是如何讓機器人具備更多互動性的設計靈感。總之，我希望這本書能成為我通往樂高機器人創意世界的最佳嚮導。