介紹人工智能入門知識

構(gòu)建人工智能通識體系

推動人工智能普及教育

融合人工智能課程思政

第二版前言

近年來，隨著人工智能相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，技術(shù)實(shí)施成本不斷降低，人工智能在很多領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)落地，并取得了顯著的應(yīng)用效果。人工智能正在改變著各行各業(yè)，也在慢慢地改變我們的生活，人工智能時(shí)代已經(jīng)悄然來臨。

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（國發(fā)〔2017〕35號）明確指出，人工智能已經(jīng)成為國際競爭的新焦點(diǎn)，應(yīng)逐步開展全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國人工智能人才高地。

人工智能是個(gè)非常寬泛且變化較快的概念。其研究范疇包括知識表示、自動推理、智能搜索、專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)視覺、模式識別、自然語言處理、自動程序設(shè)計(jì)、智能機(jī)器人等；應(yīng)用領(lǐng)域包括家居、零售、交通、醫(yī)療、教育、物流和安防等。自誕生以來，人工智能的技術(shù)、理論不斷發(fā)展，而且隨著應(yīng)用的不斷深入，其范圍在快速擴(kuò)大。有些觀點(diǎn)認(rèn)為，人工智能屬于社會科學(xué)和自然科學(xué)交叉領(lǐng)域，涉及數(shù)學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)、不定性論以及控制論等。因此，人工智能不僅僅是一個(gè)學(xué)科專業(yè)，作為一個(gè)新時(shí)代的技術(shù)核心，它更應(yīng)該是一種知識技能基礎(chǔ)，是一種普及型的知識平臺。通過推動人工智能普及教育，結(jié)合大學(xué)傳統(tǒng)專業(yè)，形成“人工智能+傳統(tǒng)專業(yè)”的大學(xué)人才專業(yè)培養(yǎng)模式是加快建設(shè)人工智能相關(guān)產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)人工智能相關(guān)復(fù)合型人才的一條重要途徑。

本書面向人工智能的初學(xué)者和愛好者，盡量使用通俗易懂的語言深入淺出地介紹人工智能相關(guān)知識，進(jìn)而推動人工智能的普及教育。

全書共分為6章，第1章闡述了人工智能的基本概念、發(fā)展歷史、研究范式和應(yīng)用領(lǐng)域；第2章從鳶尾花經(jīng)典數(shù)據(jù)集入手，介紹了分類的基本概念、感知機(jī)和支持向量機(jī)兩種最基本的分類器，對分類器的工作步驟和多分類器設(shè)計(jì)進(jìn)行了講解；第3章主要圍繞回歸與聚類，介紹機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)基礎(chǔ)知識，并對常用的相似度計(jì)算方法進(jìn)行了敘述；第4章從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史出發(fā)，對生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了綜合敘述，并介紹了傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；第5章從人眼成像出發(fā)，介紹了圖像信息處理的基本概念和發(fā)展歷史，從圖像處理到圖像分析，再到視頻分析，循序漸進(jìn)地介紹了人工智能在圖像和視頻信息處理中的應(yīng)用，最后結(jié)合圖像信息處理對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了詳細(xì)介紹；第6章圍繞自然語言處理，從其發(fā)展歷史、典型應(yīng)用、基本技術(shù)和特征提取4個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自然語言處理中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)介紹。

本書第1章由周風(fēng)余完成，第4章由周風(fēng)余和朱振方合作完成，第2章、第3章、第5章和第6章由張廣淵完成，全書由張廣淵統(tǒng)稿。

本次改版在每一章都增加了課程思政案例和內(nèi)容，期望讀者在閱讀本書的過程中能有所感悟，并方便在教學(xué)中的使用。

感謝付晨、李克峰和楊光在課程思政案例方面所做的貢獻(xiàn)。本書在編寫過程中參考了很多文獻(xiàn)，在此謹(jǐn)向文獻(xiàn)的有關(guān)作者致以衷心的感謝。本書部分插圖由郭一諾和張馨月繪制，在此一并表示感謝。

由于作者水平有限，本書難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和不妥之處，懇請廣大讀者不吝指正。

作者

2022年1月

目　　錄
第二版前言
第一版前言
第1章　緒論
1.1　人工智能的基本概念 6
1.2　人工智能的發(fā)展歷史 9
1.3　人工智能的研究范式 15
1.4　人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域 18
1.5　小結(jié) 22
第2章　基本分類
2.1　分類的概念 23
2.2　向量的基本運(yùn)算 28
2.3　分類器 29
2.4　分類識別技術(shù) 32
2.4.1　感知機(jī) 32
2.4.2　導(dǎo)數(shù)與微分 37
2.4.3　梯度下降法 39
2.4.4　SVM 45
2.5　測試與分類實(shí)現(xiàn) 50
2.5.1　測試 50
2.5.2　分類實(shí)現(xiàn) 50
2.5.3　多分類識別 51
2.6　小結(jié) 54
第3章　回歸與聚類
3.1　基本概念 55
3.1.1　機(jī)器學(xué)習(xí)的類別 55
3.1.2　變量之間的關(guān)系 57
3.2　回歸 59
3.2.1　回歸的概念 59
3.2.2　線性回歸 61
3.2.3　邏輯回歸 70
3.3　聚類 75
3.3.1　聚類的概念 76
3.3.2　K均值聚類算法 78
3.3.3　層次聚類算法 79
3.4　相似度計(jì)算 79
3.5　小結(jié) 84
第4章　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)
4.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史 85
4.2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類 89
4.2.1　生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 89
4.2.2　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 92
4.3　淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 94
4.3.1　多輸出感知機(jī) 94
4.3.2　多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 95
4.4　深度學(xué)習(xí) 103
4.4.1　深度學(xué)習(xí)模型 103
4.4.2　激活函數(shù) 105
4.4.3　深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及發(fā)展 106
4.5　小結(jié) 107
第5章　圖像信息處理
5.1　人眼成像 108
5.2　圖像信息處理的基本概念 110
5.3　圖像采集及處理發(fā)展歷史 117
5.4　數(shù)字圖像處理 124
5.4.1　圖像的基本運(yùn)算 124
5.4.2　圖像增強(qiáng) 129
5.4.3　圖像分割 134
5.4.4　圖像壓縮 135
5.5　數(shù)字圖像分析 135
5.6　視頻分析 139
5.6.1　視頻的概念 139
5.6.2　運(yùn)動檢測 141
5.6.3　目標(biāo)跟蹤 143
5.7　卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN 144
5.7.1　卷積 146
5.7.2　卷積層 149
5.7.3　池化層 152
5.7.4　AlexNet 155
5.8　小結(jié) 158
第6章 自然語言處理
6.1　自然語言處理的發(fā)展歷史 161
6.2　自然語言處理典型應(yīng)用 163
6.3　自然語言處理基本技術(shù) 166
6.3.1　詞法分析 166
6.3.2　句法分析 170
6.3.3　語義分析 171
6.3.4　語用分析 173
6.4　自然語言特征提取 173
6.4.1　詞袋模型BOW 174
6.4.2　N-Gram模型 175
6.4.3　Word2Vec模型 177
6.4.4　循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RNN 183
6.5　小結(jié) 185
參考文獻(xiàn)

1. 輸水管線工程風(fēng)險(xiǎn)管理 [張勇 黨亥生 著]
2. 民用航空飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運(yùn)河講談錄 [趙珩　著]
4. 實(shí)用運(yùn)籌學(xué) [主編　邢育紅　于晉臣]
5. 三峽梯級電站水資源決策支持系統(tǒng)研究與開發(fā) [姚華明 潘紅忠 湯正]
6. 海南黎族民俗文化鑒賞 [龐國華　著]
7. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [李艷秀 莊華偉 著]
8. 電子技術(shù)（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
9. 辦公自動化高級應(yīng)用 [陳萍 朱曉玉]
10. 信息處理技術(shù)員考試32小時(shí)通關(guān) [薛大龍]
11. 電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例教程（微課版）—基于嘉立創(chuàng)EDA（專業(yè)版） [王靜 莫志宏 陳學(xué)昌 丁紅]
12. C程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程 [劉衛(wèi)國]
13. C程序設(shè)計(jì)（慕課版） [劉衛(wèi)國]
14. Web技術(shù)開發(fā)教程（基于.NET開源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
15. 商務(wù)英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術(shù)與應(yīng)用 [洪旭 著]
17. 建設(shè)工程法規(guī)實(shí)務(wù) [主編 余瀅]
18. 商務(wù)秘書理論與實(shí)務(wù)（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項(xiàng)目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實(shí)務(wù) [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數(shù)學(xué) [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實(shí)踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn)（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術(shù)基礎(chǔ)教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機(jī)械制圖習(xí)題集（多學(xué)時(shí)） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認(rèn)證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發(fā) [李智威 著]
30. 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)師備考一本通 [夏杰 編著]