YOLOv5改进 | 融合改进 | C3 融合Efficient Multi-Scale Conv提升检测效果

news2024/11/15 21:56:34

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专栏目录: 《YOLOv5入门 + 改进涨点》专栏介绍 & 专栏目录 |目前已有70+篇内容,内含各种Head检测头、损失函数Loss、Backbone、Neck、NMS等创新点改进


 一个高效且有效的解码机制在医学图像分割中至关重要。然而,这些解码机制通常伴随着高昂的计算成本。本文将介绍Efficient Multi-Scale Conv,这是一个新的高效多尺度卷积注意力解码器,旨在优化性能和计算效率。利用独特的多尺度深度卷积块,通过多尺度卷积显著增强特征图还采用了通道、空间和分组(大核)门控注意力机制,这些机制在捕捉复杂空间关系的同时,能够聚焦于显著区域。通过使用分组和深度卷积,非常高效,并且具有良好的可扩展性。文章在介绍主要的原理后,将手把手教学如何进行模块的代码添加和修改,并将修改后的完整代码放在文章的最后,方便大家一键运行,小白也可轻松上手实践。以帮助您更好地学习深度学习目标检测YOLO系列的挑战。

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目录

1.原理

2. 将C3_EMSC添加到yolov5网络中

2.1 C3_EMSC代码实现

2.2 新增yaml文件

2.3 注册模块

2.4 执行程序

3. 完整代码分享 

4. GFLOPs

5. 进阶

6. 总结


1.原理

论文地址:EMCAD: Efficient Multi-scale Convolutional Attention Decoding for Medical Image Segmentation——点击即可跳转 

官方代码: 官方代码仓库——点击即可跳转

高效多尺度卷积,如论文“EMCAD:用于医学图像分割的高效多尺度卷积注意力解码”中所述,围绕着提高卷积神经网络 (CNN) 用于医学图像分割的效率和有效性的想法。核心创新是在基于注意力的解码框架中使用多尺度深度卷积块,旨在优化特征图的处理以实现高分辨率分割,同时降低计算开销。

关键组件和原理:

多尺度卷积注意力模块 (MSCAM)

  • MSCAM 通过结合三种类型的注意力来细化特征图:

  • 通道注意力:专注于选择信息量最大的通道。

  • 空间注意力:通过强调最相关的空间区域来捕获局部上下文信息。

  • 多尺度卷积块 (MSCB):通过使用深度卷积以不同尺度处理特征来增强特征。与传统卷积层相比,这使模型能够以更低的计算成本捕获各种尺度和分辨率的细节。

深度卷积

  • 使用深度卷积代替标准卷积在每个通道上独立执行操作,这大大减少了所需的参数和计算量。

  • 通过在多个尺度上执行这些卷积,模型可以同时有效地捕获精细细节和更广泛的上下文,这对于准确的医学图像分割至关重要。

大核分组注意力门 (LGAG)

  • 此组件旨在通过将特征图与网络中较早层的跳过连接相结合来细化特征图。它使用大核(例如 3x3)组卷积,允许以较少的计算成本捕获更大的空间上下文,有助于在减少所需操作数的同时保持高精度。

效率提升

  • 整体架构设计为计算高效且高效。例如,当与标准分层视觉编码器集成时,与最先进的方法相比,EMCAD 可以显著减少参数和浮点运算 (FLOP) 的数量,同时保持或提高分割精度。

高效多尺度卷积 方法利用这些原理来解决平衡计算效率和分割性能的挑战,特别是在医学成像领域,高精度至关重要,但计算资源可能有限。

2. 将C3_EMSC添加到yolov5网络中

2.1 C3_EMSC代码实现

关键步骤一将下面的代码粘贴到\yolov5\models\common.py中


from einops import rearrange

class EMSConv(nn.Module):
    # Efficient Multi-Scale Conv
    def __init__(self, channel=256, kernels=[3, 5]):
        super().__init__()
        self.groups = len(kernels)
        min_ch = channel // 4
        assert min_ch >= 16, f'channel must Greater than {64}, but {channel}'
        
        self.convs = nn.ModuleList([])
        for ks in kernels:
            self.convs.append(Conv(c1=min_ch, c2=min_ch, k=ks))
        self.conv_1x1 = Conv(channel, channel, k=1)
        
    def forward(self, x):
        _, c, _, _ = x.size()
        x_cheap, x_group = torch.split(x, [c // 2, c // 2], dim=1)
        x_group = rearrange(x_group, 'bs (g ch) h w -> bs ch h w g', g=self.groups)
        x_group = torch.stack([self.convs[i](x_group[..., i]) for i in range(len(self.convs))])
        x_group = rearrange(x_group, 'g bs ch h w -> bs (g ch) h w')
        x = torch.cat([x_cheap, x_group], dim=1)
        x = self.conv_1x1(x)
        
        return x

class EMSConvP(nn.Module):
    # Efficient Multi-Scale Conv Plus
    def __init__(self, channel=256, kernels=[1, 3, 5, 7]):
        super().__init__()
        self.groups = len(kernels)
        min_ch = channel // self.groups
        assert min_ch >= 16, f'channel must Greater than {16 * self.groups}, but {channel}'
        
        self.convs = nn.ModuleList([])
        for ks in kernels:
            self.convs.append(Conv(c1=min_ch, c2=min_ch, k=ks))
        self.conv_1x1 = Conv(channel, channel, k=1)
        
    def forward(self, x):
        x_group = rearrange(x, 'bs (g ch) h w -> bs ch h w g', g=self.groups)
        x_convs = torch.stack([self.convs[i](x_group[..., i]) for i in range(len(self.convs))])
        x_convs = rearrange(x_convs, 'g bs ch h w -> bs (g ch) h w')
        x_convs = self.conv_1x1(x_convs)
        
        return x_convs

class Bottleneck_EMSC(Bottleneck):
    def __init__(self, c1, c2, shortcut=True, g=1, k=(3, 3), e=0.5):
        super().__init__(c1, c2, shortcut, g, k, e)
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, c_, k[0], 1)
        self.cv2 = EMSConv(c2)

class C3_EMSC(C3):
    def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=False, g=1, e=0.5):
        super().__init__(c1, c2, n, shortcut, g, e)
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.m = nn.Sequential(*(Bottleneck_EMSC(c_, c_, shortcut, g, k=((1, 1), (3, 3)), e=1.0) for _ in range(n)))

EMSC(Efficient Multi-scale Convolutional Attention Decoding)在处理图像时,通过多步骤的流程来进行高效的医疗图像分割。以下是其主要流程的详细说明:

1. 特征提取(Feature Extraction)

  • 输入的医疗图像首先通过预训练的分层视觉编码器(例如,CNN或Transformer架构)进行处理,提取出多阶段的特征图。编码器将图像分解为不同层次的特征表示,通常包括四个主要阶段的特征图(X1, X2, X3, X4)。

2. 多尺度卷积注意模块(MSCAM)

  • 每个阶段提取的特征图首先进入多尺度卷积注意模块(MSCAM)。MSCAM使用通道注意力、空间注意力和多尺度卷积块来细化这些特征图:

    • 通道注意力(Channel Attention)增强那些对任务最有贡献的通道。

    • 空间注意力(Spatial Attention)聚焦在图像中最相关的空间区域。

    • 多尺度卷积块(MSCB)使用多尺度的深度卷积来捕获不同尺度和分辨率的特征,保证细节与全局信息的兼顾。

3. 大核分组注意力门(LGAG)

  • 经过MSCAM处理后的特征图会通过大核分组注意力门(LGAG)进行进一步优化。LGAG融合了当前特征图与来自跳跃连接(skip connection)的特征,利用大核分组卷积在更大的局部上下文中捕获重要特征,同时减少计算负担。

4. 上采样与特征增强(Upsampling and Feature Enhancement)

  • 优化后的特征图通过高效上卷积块(EUCB)进行上采样,使其分辨率逐步恢复到原始输入图像的大小。在上采样的过程中,EUCB进一步增强特征图,以确保最终的分割结果具有高分辨率和准确性。

5. 分割输出(Segmentation Output)

  • 在每个特征提取阶段的末端,通过分割头(Segmentation Head)生成阶段性的分割图。这些分割图会在最后累加,得到最终的分割输出图。

6. 多阶段集成与输出

  • EMSC通过集成来自多个阶段的分割图,结合细化后的特征,最终生成精准的医疗图像分割结果。这个过程确保了分割输出既具有细节分辨能力,又能捕捉全局信息,适应不同分辨率和尺度的需求。

这种处理流程使得EMSC在保持高精度的同时,极大地降低了计算开销和参数数量,适用于资源受限的医疗图像处理任务。

2.2 新增yaml文件

关键步骤二在下/yolov5/models下新建文件 yolov5_C3_EMSC.yaml并将下面代码复制进去

  •  目标检测yaml文件
# Ultralytics YOLOv5 🚀, AGPL-3.0 license

# Parameters
nc: 80 # number of classes
depth_multiple: 1.0 # model depth multiple
width_multiple: 1.0 # layer channel multiple
anchors:
  - [10, 13, 16, 30, 33, 23] # P3/8
  - [30, 61, 62, 45, 59, 119] # P4/16
  - [116, 90, 156, 198, 373, 326] # P5/32

# YOLOv5 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [
    [-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]], # 0-P1/2
    [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]], # 1-P2/4
    [-1, 3, C3, [128]],
    [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]], # 3-P3/8
    [-1, 6, C3, [256]],
    [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]], # 5-P4/16
    [-1, 9, C3_EMSC, [512]],
    [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]], # 7-P5/32
    [-1, 3, C3_EMSC, [1024]],
    [-1, 1, SPPF, [1024, 5]], # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 head
head: [
    [-1, 1, Conv, [512, 1, 1]],
    [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]],
    [[-1, 6], 1, Concat, [1]], # cat backbone P4
    [-1, 3, C3_EMSC, [512, False]], # 13

    [-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
    [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]],
    [[-1, 4], 1, Concat, [1]], # cat backbone P3
    [-1, 3, C3_EMSC, [256, False]], # 17 (P3/8-small)

    [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
    [[-1, 14], 1, Concat, [1]], # cat head P4
    [-1, 3, C3_EMSC, [512, False]], # 20 (P4/16-medium)

    [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
    [[-1, 10], 1, Concat, [1]], # cat head P5
    [-1, 3, C3_EMSC, [1024, False]], # 23 (P5/32-large)

    [[17, 20, 23], 1, Detect, [nc, anchors]], # Detect(P3, P4, P5)
  ]
  • 语义分割yaml文件
# Ultralytics YOLOv5 🚀, AGPL-3.0 license

# Parameters
nc: 80 # number of classes
depth_multiple: 1.0 # model depth multiple
width_multiple: 1.0 # layer channel multiple
anchors:
  - [10, 13, 16, 30, 33, 23] # P3/8
  - [30, 61, 62, 45, 59, 119] # P4/16
  - [116, 90, 156, 198, 373, 326] # P5/32

# YOLOv5 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [
    [-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]], # 0-P1/2
    [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]], # 1-P2/4
    [-1, 3, C3, [128]],
    [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]], # 3-P3/8
    [-1, 6, C3, [256]],
    [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]], # 5-P4/16
    [-1, 9, C3_EMSC, [512]],
    [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]], # 7-P5/32
    [-1, 3, C3_EMSC, [1024]],
    [-1, 1, SPPF, [1024, 5]], # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 head
head: [
    [-1, 1, Conv, [512, 1, 1]],
    [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]],
    [[-1, 6], 1, Concat, [1]], # cat backbone P4
    [-1, 3, C3_EMSC, [512, False]], # 13

    [-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
    [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]],
    [[-1, 4], 1, Concat, [1]], # cat backbone P3
    [-1, 3, C3_EMSC, [256, False]], # 17 (P3/8-small)

    [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
    [[-1, 14], 1, Concat, [1]], # cat head P4
    [-1, 3, C3_EMSC, [512, False]], # 20 (P4/16-medium)

    [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
    [[-1, 10], 1, Concat, [1]], # cat head P5
    [-1, 3, C3_EMSC, [1024, False]], # 23 (P5/32-large)

    [[17, 20, 23], 1, Segment, [nc, anchors, 32, 256]], # Detect(P3, P4, P5)
  ]

温馨提示:本文只是对yolov5基础上添加模块,如果要对yolov5n/l/m/x进行添加则只需要指定对应的depth_multiple 和 width_multiple。


# YOLOv5n
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.25  # layer channel multiple
 
# YOLOv5s
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.50  # layer channel multiple
 
# YOLOv5l 
depth_multiple: 1.0  # model depth multiple
width_multiple: 1.0  # layer channel multiple
 
# YOLOv5m
depth_multiple: 0.67  # model depth multiple
width_multiple: 0.75  # layer channel multiple
 
# YOLOv5x
depth_multiple: 1.33  # model depth multiple
width_multiple: 1.25  # layer channel multiple

2.3 注册模块

关键步骤三在yolo.py的parse_model函数替换添加C3_EMSC

2.4 执行程序

在train.py中,将cfg的参数路径设置为yolov5_C3_EMSC.yaml的路径

建议大家写绝对路径,确保一定能找到

 🚀运行程序,如果出现下面的内容则说明添加成功🚀   

                 from  n    params  module                                  arguments
  0                -1  1      7040  models.common.Conv                      [3, 64, 6, 2, 2]
  1                -1  1     73984  models.common.Conv                      [64, 128, 3, 2]
  2                -1  3    156928  models.common.C3                        [128, 128, 3]
  3                -1  1    295424  models.common.Conv                      [128, 256, 3, 2]
  4                -1  6   1118208  models.common.C3                        [256, 256, 6]
  5                -1  1   1180672  models.common.Conv                      [256, 512, 3, 2]
  6                -1  9   2970880  models.common.C3_EMSC                   [512, 512, 9]
  7                -1  1   4720640  models.common.Conv                      [512, 1024, 3, 2]
  8                -1  3   5352960  models.common.C3_EMSC                   [1024, 1024, 3]
  9                -1  1   2624512  models.common.SPPF                      [1024, 1024, 5]
 10                -1  1    525312  models.common.Conv                      [1024, 512, 1, 1]
 11                -1  1         0  torch.nn.modules.upsampling.Upsample    [None, 2, 'nearest']
 12           [-1, 6]  1         0  models.common.Concat                    [1]
 13                -1  3   1603328  models.common.C3_EMSC                   [1024, 512, 3, False]
 14                -1  1    131584  models.common.Conv                      [512, 256, 1, 1]
 15                -1  1         0  torch.nn.modules.upsampling.Upsample    [None, 2, 'nearest']
 16           [-1, 4]  1         0  models.common.Concat                    [1]
 17                -1  3    402304  models.common.C3_EMSC                   [512, 256, 3, False]
 18                -1  1    590336  models.common.Conv                      [256, 256, 3, 2]
 19          [-1, 14]  1         0  models.common.Concat                    [1]
 20                -1  3   1341184  models.common.C3_EMSC                   [512, 512, 3, False]
 21                -1  1   2360320  models.common.Conv                      [512, 512, 3, 2]
 22          [-1, 10]  1         0  models.common.Concat                    [1]
 23                -1  3   5352960  models.common.C3_EMSC                   [1024, 1024, 3, False]        
 24      [17, 20, 23]  1    457725  Detect                                  [80, [[10, 13, 16, 30, 33, 23], [30, 61, 62, 45, 59, 119], [116, 90, 156, 198, 373, 326]], [256, 512, 1024]]
YOLOv5_C3_EMSC summary: 560 layers, 31266301 parameters, 31266301 gradients, 80.1 GFLOPs

3. 完整代码分享 

https://pan.baidu.com/s/1BBgzIrn3-t7S7SjCavDa2w?pwd=qnht

提取码: qnht 

4. GFLOPs

关于GFLOPs的计算方式可以查看百面算法工程师 | 卷积基础知识——Convolution

未改进的GFLOPs

img

改进后的GFLOPs

5. 进阶

可以结合损失函数或者卷积模块进行多重改进

YOLOv5改进 | 损失函数 | EIoU、SIoU、WIoU、DIoU、FocuSIoU等多种损失函数——点击即可跳转

6. 总结

Efficient Multi-Scale Convolution (EMCAD)通过引入多尺度深度卷积块和注意力机制,优化了医疗图像分割中的解码过程。EMCAD利用多尺度卷积捕捉不同尺度和分辨率的特征,结合通道注意力和空间注意力机制,有效增强了特征图的表达能力。通过使用深度卷积和大核分组注意力门,EMCAD在减少计算量的同时,保持了对复杂空间关系和重要区域的准确捕捉。最终,这种设计大幅降低了模型的参数量和计算复杂度,在提高分割精度的同时实现了计算资源的高效利用。 

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SpringBoot整合SSE&#xff0c;实现后端主动推送DEMO 前些日子写了整合SSE得demo。但是SSE对象是存储在ConcurrentHashMap<String, SseEmitter>中。在正式环境明显就不行了&#xff0c;服务重启一下的话都没有了。 那么要持久化&#xff0c;第一选择放redis 1、写了一个…

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总结 传统观点挑战&#xff1a;传统上&#xff0c;扩大视觉模型的大小一直被认为是提升视觉表示能力和下游任务性能的关键途径。然而&#xff0c;本文重新审视了这一观点&#xff0c;提出了通过在不同图像尺度上运行较小的预训练视觉模型&#xff08;如ViT-B或ViT-L&#xff0…

Linux入门——11 线程

线程的概念&#xff0c;线程的控制&#xff0c;线程的同步和互斥&#xff0c;队列结构&#xff0c;线程池&#xff0c;锁 1.预备知识 1.1可重入函数 1.1.1链表的头插 main函数调用insert函数向一个链表head中插入节点node1,插入操作分为两步,刚做完第一步的时候,因为硬件中断…

续——网络通信编程

一、网络通信 1、编程 &#xff08;1&#xff09;基于UDP c/s通信模型 -------server——服务端——被动角色------- socket 全双工的&#xff08;可读可写&#xff09;。同上篇。 bind int bind(int sockfd , struct sockaddr *my_addr&#xff08;所绑定的地址信息&…

Linux的进程详解(进程创建函数fork和vfork的区别,资源回收函数wait,进程的状态(孤儿进程,僵尸进程),加载进程函数popen)

目录 什么是进程 Linux下操作进程的相关命令 进程的状态&#xff08;生老病死&#xff09; 创建进程系统api介绍&#xff1a; fork() 父进程和子进程的区别 vfork() 进程的状态补充&#xff1a; 孤儿进程 僵尸进程 回收进程资源api介绍&#xff1a; wait() waitpid…

编译运行 llama.cpp (vulkan, Intel GPU SYCL)

llama.cpp 是一个运行 AI (神经网络) 语言大模型的推理程序, 支持多种 后端 (backend), 也就是不同的具体的运行方式, 比如 CPU 运行, GPU 运行等. 但是编译运行 llama.cpp 并不是那么容易的, 特别是对于 SYCL 后端 (用于 Intel GPU), 坑那是一大堆. 只有特定版本的 llama.cpp…

【代码随想录训练营第42期 Day38打卡 - 动态规划Part6 - LeetCode 322. 零钱兑换 279.完全平方数 139.单词拆分

目录 一、做题心得 二、题目与题解 题目一&#xff1a;322. 零钱兑换 题目链接 题解&#xff1a;动态规划--完全背包 题目二&#xff1a; 279.完全平方数 题目链接 题解&#xff1a;动态规划--完全背包 题目三&#xff1a;139.单词拆分 题目链接 题解&#xff1a;动…

blender骨骼绑定(让物体动起来)

园哥摸索了两天了&#xff0c;骨骼做好就是不能带动物体&#xff0c;点击时候要选中那个骨骼点圆圈&#xff0c;点中间骨骼没用。终于动起来了。虽然有点奇怪。 点击图二那个点&#xff0c;貌似我的骨骼生长反了。做游戏是真麻烦。本来想搞个简单的2d游戏&#xff0c;结果那个瓦…

一起学Java(4)-[起步篇]教你掌握本协作项目中的Gralde相关配置文件(上)

将思绪拉回java-all-in-one项目&#xff0c;如果你fork并下载了代码&#xff0c;你会看到在项目中除了HelloWorldMain代码外&#xff0c;还存在很多文件。如果你并不了解他们的作用并有足够的好奇心&#xff0c;那你应该想要知道他们的作用。带着好奇&#xff0c;今天我也来研究…

网络抓包测试

利用fgets遇到\n停止的特性&#xff0c;给流数据直接加间隔&#xff0c;fgets读的时候会把soket缓冲区里面的数据全部放到fgets的缓冲区内&#xff0c;再读的时候就不能从套接字fd描述符读而是从fgets的fq里面读 行为1. 读取行为&#xff1a;•fgets 读取字符直到遇到换行符 \n…

下载ncurses操作步骤

https://invisible-island.net/ncurses/announce.htmlncurses-6.5.官网下载链接 选择下载版本

信刻离线文件单向导入系统

信刻针对不同数据单向导入的需求&#xff0c;按需推出的离线文件单向导入系统采用软硬件相结合的技术&#xff0c;支持信息导入申请、身份认证、光盘读取、病毒查杀、光盘复刻、光盘数据信息导入、审查审批、用户管理、日志管理、三权管理、数据加密、数据检查、校验、安全审计…

pd虚拟机 Parallels Desktop 19 for Mac安装教程【支持Intel和M芯片】

pd虚拟机 Parallels Desktop 19 for Mac安装教程【支持Intel和M芯片】 一、准备工作 二、开始安装 安装包内有三个软件 Parallels Desktop是一款广受好评的Mac虚拟机软件&#xff0c;本文来讲述一下Parallels Desktop是如何下载、安装、激活与换机的。 Parallels Desktop 下…

外排序之文件归并排序实现

外排序介绍 外排序是指能够处理极大量数据的排序算法。通常来说&#xff0c;外排序处理的数据不能一次装入内存&#xff0c;只能放在读写较慢的外存储器(通常是硬盘)上。外排序通常采用的是⼀种“排序-归并”的策略。在排序阶段&#xff0c;先读入能放在内存中的数据量&#x…

【Kafka源码走读】消息生产者与服务端的连接过程

说明&#xff1a;以下描述的源码都是基于最新版&#xff0c;老版本可能会有所不同。 一. 查找源码入口 kafka-console-producer.sh是消息生产者的脚本&#xff0c;我们从这里入手&#xff0c;可以看到源码的入口&#xff1a; if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" "x&qu…

Vue处理表格长字段显示问题

背景 有些单元个中会有比较长的内容&#xff0c;如果使用默认格式&#xff0c;会导致单元格的高度比较怪异&#xff0c;需要将超长的内容进行省略。 当前效果&#xff1a; 优化效果&#xff1a; 优化代码&#xff1a; 在内容多的单元格增加下面代码 <el-table-columnprop…