2015年休斯顿大学实习周记（二）

程天舒

从零开始

一周过去了，第一批抵达的三人都开始了各自的实习工作，刚刚入门实验室的我们虽方向不同但均有同感：无论你选的实习方向与你的所学专业对口或不对口，一切都是从零学起。机械专业的黄煜虽在国内有过操控数控机床的经历，但为了使用实验室的迷你铣床需要学习与国标完全不一样的国际标准；同来自光电的王泽，正在研究表面拉曼散射效应，大学三年没学过化学的光电男第一次实验就把硝酸泼在手上（还好戴了手套），如今逢人见面就渴求询问：“哎，你有没有认识化学专业的学长学姐啊，我有好多问题想请教。”而我，虽然对图像处理、机器学习有着浓厚的兴趣，但真的是凭着2.5学分光电图像处理选修课的科普水平“全裸”步入这个满满都是计算机科班phd的实验室，彻彻底底的从零开始学，从装机开始学。

周二下午，导师为我预定的desktop组件全部到齐了，之前从未有过任何装机经验的我准备迎接人生第一次装机。身为一个工科生，大学快毕业了却还不会组装计算机，我深感愧疚，但同时又略有几分庆幸：幸好在实习期间发现了自己动手能力的缺乏，要是哪天等到在工作面试或者在工作单位里遇上人生第一次装机那就更加不堪了。虽然百度Google上有很多装机教程，但我还是选择请教一旁的菲律宾男生Cherub，本科专业computer engineering的Cherub说他自己第一次一个人装机花了将近5小时，不过已经装过两次机的他可以协助我在一小时内搞定。果然，一个小时后大功告成，机箱不仅连接正确工作正常，而且藏线巧妙外观整洁（然而我并不是处女座）。之后又花了一天时间装系统、驱动和所需软件，终于，我丰收了一次完整的装机经验。

Cherub帮忙装机

这次经历之后我发现对一个工科生而言，拆装机器既是基本的技能也是极好的学习机会，尤其一个好的机器更是一本珍贵的教材。就像我在组装计算机的过程中，曾经在大计机中学过的各种模糊抽象的概念能与直观的实物对号入座，这在一定程度上唤醒并加深了我对计算机工作的理解，同时在装机过程中我会思考“这里为什么需要一个风扇”“风扇盒为什么这样装”等系统架构问题，个中妙处对于每一个和各种系统打交道的工程师都是极有启发的。

硬件准备完成后就开始读paper理解软件算法了。导师给我看的paper是UCB研究出的一种效果最好的轮廓提取及图像分割算法，我的近期任务是在MATLAB上实现这一算法。初读文章很是吃力，几乎是每读一句就会有一个从未接触的机器学习方面的术语，进展很慢，得知我的问题后导师建议我先不管机器学习的部分直接看算法的实现步骤，Pavel也提示我不一定要完全理解公式背后的数学理论，可以先尝试写伪代码，期间Pavel的一句话引发了我的思考”for undergraduate, it’s the most important to learn how to learn”，我的理解是，对于本科生，比学习知识更重要的是学会学习的方法，学习在不同的情境下用不同的学习方法，比如在短时间内想要实现一个算法可以暂时忽略高深但不关键的理论，等到在实现过程中遇到障碍再回头来解决。尤其对于我，想要在三个月内在一个全新的领域作出成果更需要时刻注意学习方式的选用。

周三周四看了两天论文后周五下午把汇总的问题与导师进行讨论，有些由于背景知识或经验缺乏想破脑袋也不得其解的问题，导师在白板上三言两语一个图就讲清楚了，这种扫除障碍的感觉真爽。Paper分两部分，前部分是轮廓提取，后部分是在前部分基础上的图像分割，导师说”I’m really excited about the second part”，我也希望自己提高学习效率早日让导师excited。

忙碌之余

忙碌之余干嘛呢？我们用美食和运动改善生活。

每周的周日和周二晚上是做饭时间，用于准备后两天的中餐和晚餐。在美国生活条件不错但食物确实不敢恭维，铺天盖地的炸鸡快餐和碳酸饮料是省钱人的首选，对于习惯了每餐有蔬菜有汤的健康饮食的中国人，吃多了这些junk food身体顿时发出各种病态信号，虽然有稍微好些的中式快餐，但是味道不正宗且价格偏贵，只有自己做饭省钱又好吃，整个工程楼里每天中午也都能看见各国人民享用着各自的自制便当。

自己动手，丰衣足食 自备便当

周五晚上，繁忙的工作告一段落，我们来到宿舍一楼的乒乓球桌展开体力的较量，要是打完球还不过瘾的话，再去健身房的登山机上消耗个300卡路里可好？

运动起来（右为王泽） 登山机

来美第二周，我们逐渐形成了劳逸结合飞规律作息，生活节奏的适应与学习方法的调整优化预示着实习生活步入正轨。

图书馆前的夜

黄煜

这一周貌似开始帮老师做了一些东西，但是我个人感觉还是没有进入正题，因为我们最后是要完成一个算法，但是到这周结束还是没有接触到和MATLAB相关的东西。总的来说这周做的东西和我专业确实很贴近。我用CNC迷你铣床做了一些木头零件见下图：

图一：带宽度为4.7mm槽的轮子

图二：不带槽的轮子

据Aaron说，这些轮子样的东西一部分做成图二所拍的Hanoi塔轮，给一些参观实验室的高中生看，另外一部分带槽的轮子是要做成螺线管的零件。而且带槽的轮子用激光切割机非常不划算，必须用铣床来做才方便。

然后Aaron还向我展示了那台先进的激光切割机，所有组件都是气动的，切割精度非常高，可以把一个木片切成这样（见图二、图三）和弹簧一样，用手可以把它掰弯然后瞬间放开就会像弹簧一样来回震动：

图三：切割之后的木头可以掰弯然后恢复

这周Aaron还给了我很多论文，说我要写最少6篇paper review才能拿到实验室钥匙，这个是进入实验室每个人都要做的。这些论文很多都是关于群体控制的（ensemble control），很多基础的理论例如Lyapunov函数我也不知道，还是一些基本术语例如系统渐进稳定（asymptotic stability）中文我都没见过跟别说英文了。但是其中有一篇最最基础的关于PID控制器的我还是能看懂，最后发现貌似是从美国本科生工程控制教材里面摘录出来的。我在国内教材里面学过PID控制器，但是到现在我只会调整Kp,Ki,Kd三个环节的参数，之前上课因为学时很短，老师直接让自己看，我看完之后也很难理解为什么1/Ki就是积分环节的复现时间，美国的材料里面就叫repeat time。但是我看完那一节就懂了，美国教材感觉确实讲的很形象。

然后这周自己随便翻翻美国的教材偶然发现了以前中国人对美国本科生认识的一个误区。之前华科很多学生都自认为自己比美国本科学生聪明，一学期8门课都能应付，而美国学生5门课就吃不消了；但是当我翻他们工科教材就发现，这样的书一学期看5本确实很吃力，工程控制系统举例吧：书很厚，几页介绍对于一个问题各种不同的理论，还有一大堆阅读材料帮助理解消化；这还不算完，每节后面都有习题，每章之后还有大量习题，大概50多道大题，然后加上几个项目实践和指导。如果在中国真的这样做下来，一学期5门课真的是玩命。即使是中国学生估计也受不了。

周四这天我在实验室组装了一个英文名叫eggbot的机器人，它说白了也是一个CNC机床，可以在类似球状物体（比如鸡蛋）上画画，美国人很多都用这个东西画复活节彩蛋。下面是实物图：

图四：著名程序“hello world”

图五：在乒乓球上写”This egg was laid by a chicken not a bunny.”

这周还有一个让我留下深刻印象的就是Aaron好像要买一条universal robot公司制造的机械手臂，这条手臂外型很简单，并且总共有6个自由度，但是可别小瞧它的价格，一条手臂要8万多美元，下图是Aaron打电话让销售代表来实验室展示手臂。

图六：销售代表展示手臂动作（可惜不能放视频在这里，一个图片看着没意思，操作者看着像华裔，问了之后才发现是日本人）

这条手臂功能特别强大，而且编程特别傻瓜，不懂任何编程语言只会玩平板电脑就能上手！操作者只要把手臂调整成不同的工作姿态，命名之后排成序列，然后调整一些类似速度，循环过程之类的简单参数就可以让这个东西工作了。我在YouTube上看到一个视频。一个手工车床装配这个手臂之后真的就成了“自动机床”，这个手臂就像车工一样上料、调整手轮进给、加工完之后卸下，然后再上一次料如此循环。如果毛坯用完了手臂就发信号，然后就会来一辆AGV上料，并且把成品拿走，这样一个厂房就不需要人了。这个销售代表很自豪地说他们每周都会碰到有失业的人跑到他们公司抗议，不让他们把机器人的价格降低，所以出于“人道主义”他们把手臂的价格提高了。

王泽

由于住宿等其他的东西都办理妥当了，这周开始正式适应实验室生活了。感觉Dr.Shih的实验室还是比较严格的，虽然时间上来说是朝九晚五，但是实际上，每天九点到了实验室之后，就开始查阅文献或者准备实验的东西，或者开始准备实验的东西。

我们实验室每个星期又一个组会，内容是每周三个人做presentation，讲述这周你的工作和你的收获以及下一步的计划，group member会对你的实验方法和数学处理提出质疑，还是很可怕的，因为实验稍微有一点不严谨的地方就会被揪出来。比如有一个exchange visitor做的实验里面有一个把实验数据拟合成二次函数的步骤，他用的matlab拟合的，R=0.95。应该来说做到这一步，在国内就算OK了。但是当时Dr.Shih提出的那个问题我印象很深刻，他说，你得出来的系数（P2、P1、P0）其实只有P2是有效的，因为P1和P0可以通过平移和线性变换消除，然后关于P2,他直接问Jake，这个P2实际反应了什么。Jake当时回答的比较笼统，老师就说还需要下去再研究一下。（Jake本身是来自亚利桑那大学的光学系的，是美国的三大光学中心之一）。这段对话，让我感觉到了严谨性真的十分重要。

Group meeting之前大家一起吃pizza还有讨论

Group meeting之前的“pizza meeting”

然后就是这边的project基本都是交叉学科的（这也是潮流呀）。所以需要学习的东西很多。我分到的一个project里面就需要很多的化学知识，除了自己查阅以外，还需要找化学系的同学多去问问，基本都是自己联系。感觉这边的人都很友好，问之前自己应该有足够的调查和思考，这样会好很多。然后就是，其实很多东西都是需要查的，都是新的，这边的idea也是很新的，有什么想法就可以去和老师交流，他会用自己的经验告诉你是否可行，然后给你一些建议和方向。

虽然我的实验室感觉老师比较严格，但学长学姐还是比较热心的。然后就是在这周的group meeting之前，Shih还请我们所有人一起吃了Pizza，大家一起蛮好的。

实验图1

这个星期我看了一些有关我那个project的paper,首先英文文献质量比较高，但是同时也比较难看，（话说，UH的数据库和华科的数据库有一拼，都很丰富，但是关于美国的资源，UH这边会多一点，同一个搜索工具，可能华科只买了20个账号，这边就没有写这个限制，就会多一点）。后来由于每天盯着电脑看比较累，就选择把文献打出来看，这样比较方便一点。周四和周五的时候就开始做实验了，做实验的时候最大的感受就是，一动手到处都是问题，特别是规范问题，才发现以前教科书上说的规范每句话都是有用的，以前有实验老师教你，现在很多时候你自己进行的时候，是否严谨会很大程度上影响你的实验结果，会导致你的判断失误，所以严谨问题十分重要。

实验图2-这个星期做的一些sample