深度学习及其应用

本书体系完整、注重实践,融合华为昇腾AI全栈技术,并配套丰富教学资源,是一本优秀的深度学习入门与实战指南。
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赵卫东 (作者) 978-7-115-68960-3

关于本书的内容有任何问题,请联系 张斌

1.体系完善,脉络清晰
从深度学习基础模型到前沿大语言模型,本书按技术演进脉络系统构建知识体系,兼顾经典架构与最新进展,逻辑严谨,适合构建扎实的理论基础。
2.注重实战,产学结合
依托华为昇腾AI全栈软硬件生态(MindSpore、ModelArts、OrangePi),通过多个企业级综合实验,提供从开发训练到端侧部署的全流程实践指导,强调工程落地能力。
3.资源丰富,便于教学
作为国家级一流课程配套教材,提供课件、习题、代码、慕课等全套教学资源,结构清晰、案例典型,既适合高校教学,也便于读者自学与实践。
4.立足国产生态,紧跟技术前沿
全书以华为昇腾AI平台为核心实践环境,覆盖轻量化网络、注意力机制、RAG等热点技术,体现对国产AI生态的支持与技术前瞻性。

特别说明

本书配有慕课资源(含实验课):
https://e.huawei.com/cn/talent/learning/#/zone?customizedZoneId=b_eQvs2sF3f-CaIY2RDIcc7EoME

内容摘要

深度学习是人工智能的核心技术,涉及的内容十分广泛。本书介绍了深度学习的基础知识,主要包括卷积神经网络、目标检测、语义分割、循环神经网络、自注意力、生成对抗网络、注意力、图神经网络等。在此基础上,本书利用华为的MindSpore框架、ModelArts平台和OrangePi AIpro开发板等系统设计了深度学习综合实验。本书内容全面、案例丰富,并提供Python程序代码和习题,帮助读者巩固所学知识。此外,本书还为读者提供了丰富的配套资源。
本书适合作为高等院校本科生、研究生的深度学习课程的教材,也可作为对深度学习感兴趣的研究人员和工程技术人员的参考资料。

目录

【章名目录】

第1章 深度学习概论
第2章 卷积神经网络
第3章 目标检测与语义分割
第4章 循环神经网络
第5章 自注意力
第6章 高级深度学习
第7章 注意力
第8章 图神经网络
第9章 大语言模型基础
第10章 综合实验:大型高分辨率集体照人脸检测与识别


【详细目录】

第1章 深度学习概论 1
1.1 深度学习的发展历程 2
1.2 深度学习算法的演进 5
1.3 深度学习的功能 7
1.4 深度学习的应用领域 8
1.5 深度学习的发展趋势 9
第2章 卷积神经网络 12
2.1 卷积神经网络概述 13
2.1.1 卷积神经网络的由来 13
2.1.2 卷积神经网络的结构 14
2.1.3 卷积神经网络的训练 21
2.2 反卷积 23
2.3 常见卷积神经网络 26
2.3.1 LeNet-5 26
2.3.2 AlexNet 29
2.3.3 VGG 31
2.3.4 GoogLeNet 33
2.3.5 ResNet 36
2.3.6 ResNeXt 40
2.3.7 DenseNet 41
2.3.8 DarkNet 42
2.3.9 SENet 44
2.4 轻量型卷积神经网络 46
2.4.1 MobileNet 46
2.4.2 ShuffleNet 47
2.4.3 EfficientNet 47
第3章 目标检测与语义分割 51
3.1 目标检测 52
3.1.1 目标检测基本概念 52
3.1.2 目标检测典型算法 53
3.2 图像分割 70
3.2.1 全卷积网络 70
3.2.2 U-Net算法 71
3.2.3 Mask R-CNN算法 75
3.2.4 DeepLab算法 76
实验1 基于YOLOv10的智能厨房目标检测 80
实验2 Orange Pi车道线检测 86
实验3 基于DeepLabv3算法的车道检测 88
第4章 循环神经网络 93
4.1 循环神经网络概述 94
4.2 长短期记忆网络 97
4.3 门限循环单元 103
4.4 循环神经网络的其他改进 103
第5章 自注意力 108
5.1 自注意力基础 109
5.1.1 常见词嵌入模型 109
5.1.2 自注意力机制 110
5.1.3 多头注意力机制 112
5.1.4 Transformer模型 114
5.2 FlashAttention算法 115
5.2.1 Transformer模型的优势与挑战 115
5.2.2 FlashAttention的提出与演进 116
5.2.3 FlashAttention的核心技术 116
5.3 ViT算法 120
5.4 BERT模型 121
5.5 混合专家模型 123
5.5.1 门控网络 125
5.5.2 专家网络 127
5.6 无监督学习 130
5.6.1 深度信念网络 130
5.6.2 自编码器网络 132
第6章 高级深度学习 134
6.1 生成对抗网络 135
6.1.1 生成对抗网络基本原理 135
6.1.2 常见的生成对抗网络 138
6.2 迁移学习 148
6.3 对偶学习 150
6.4 知识蒸馏 151
6.5 小样本学习 153
实验4 基于CycleGAN的图像生成 154
第7章 注意力 161
7.1 自注意力 162
7.2 步幅注意力 162
7.3 固定分解注意力 164
7.4 时序注意力 165
7.5 加性注意力 167
7.6 通道注意力 167
7.7 空间注意力 169
7.8 滑动窗口注意力 170
7.9 交叉注意力 171
第8章 图神经网络 174
8.1 图的基本概念 175
8.2 图神经网络的基本原理 176
8.3 图神经网络的基本特征 178
8.4 图神经网络的基本类型 178
8.4.1 GCN 178
8.4.2 GAT 182
8.4.3 GIN 185
8.5 图神经网络的应用 187
第9章 大语言模型基础 189
9.1 语言模型的发展 190
9.1.1 统计语言模型 191
9.1.2 神经网络模型 191
9.1.3 预训练语言模型 192
9.1.4 大语言模型 193
9.2 数据准备与预处理 194
9.2.1 数据采集 195
9.2.2 数据处理 195
9.2.3 质量过滤 196
9.2.4 数据去重 197
9.2.5 隐私脱敏 197
9.2.6 词元划分 198
9.3 大语言模型架构 198
9.3.1 编码器架构 198
9.3.2 编码器-解码器架构 199
9.3.3 解码器架构 200
9.4 大语言模型的优化 201
9.4.1 分布式训练框架 201
9.4.2 数据并行 201
9.4.3 模型并行 202
9.4.4 混合并行 208
9.5 大语言模型微调 209
9.5.1 监督微调 209
9.5.2 参数高效微调 210
9.6 提示工程 214
9.6.1 Prompt分类 214
9.6.2 Prompt的要素 215
9.6.3 提示方法 216
9.7 RAG 216
9.7.1 RAG任务分级 218
9.7.2 检索组件 220
9.7.3 生成组件 221
实验5 大语言模型合同审核 222
第10章 综合实验:大型高分辨率集体照人脸检测与识别 225
10.1 实验概要 226
10.1.1 实验目的 226
10.1.2 实验内容 227
10.2 实验步骤 227
10.2.1 数据集准备及数据预处理 228
10.2.2 大型集体照裁剪 230
10.2.3 YOLOX人脸检测模型微调 231
10.2.4 基于YOLOX的人脸检测模型推理部署 237
10.2.5 人脸识别 240
10.2.6 在集体照中输出人名 244
10.2.7 智能点名 248
10.2.8 表情识别和闭眼检测 255
10.3 OrangePi AIpro开发板实验 258
10.3.1 镜像烧录 258
10.3.2 启动开发板 259
10.3.3 CANN升级 260
10.3.4 MindSpore升级 262
10.3.5 代码环境配置 263
10.3.6 模型格式转换 264
10.4 结果验证 265

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作者介绍

赵卫东,复旦大学计算机科学技术学院副教授,主要负责本科生和各类研究生机器学习、深度学习应用等课程的教学。商务智能被评为上海市精品课程(2012年)、获得2013年高等教育上海市教学成果奖二等奖和2022年一等奖,获得2024年第四届上海市教师教学创新大赛一等奖。入选2023-2024年度高校计算机专业优秀教师奖励计划,获得2022年复旦大学教师教学创新大赛一等奖。获得2022年教育部-华为智能基座项目深度学习课程优秀课件,入选2024年教育部-华为‘智能基座’优秀教师奖励计划,2024年CCF教学案例大赛一等奖,第7届CCF开源大赛案例赛道特等奖。深度学习及其应用国家一流课程负责人。主持国家自然科学基金2项、国家重点研发计划子课题、上海市浦江人才以及企业合作课题等40多项。已在Knowledge and Information Systems ,Information Processing & Management等国内外刊物发表论文100多篇。出版著作《智能化的流程管理》以及教材《商务智能(第5版)》《机器学习(第2版)》(十四五工信部规划教材、复旦大学精品教材)《机器学习案例实战(第2版)》《Python机器学习实战案例(第2版)》《数据挖掘实用案例分析(第2版)》《深度学习实战案例》等10多部。获得上海市2015年上海市科技进步二等奖。

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