人工智能通识

——计算思维、信息基础、AI基础与前言【面向大一新生“人工智能通识课程“,配套实验教材】
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北京师范大学人工智能学院 (编著) 黄华 (主编) 978-7-115-68624-4

关于本书的内容有任何问题,请联系 孙澍

1️⃣ 知识构建 :确保学生掌握人工智能的基本概念、发展历程、核心技术及主要应用领域等基础知识,使其对人工智能领域有全面且清晰的认知。
2️⃣ 思维塑造 :引导学生形成人工智能思维,使其能够在面对专业领域问题时,从人工智能的视角进行思考和探索,培养学生的创新思维与跨学科思维能力。
3️⃣ 能力培养 :通过案例分析、实践操作等环节,培养学生运用人工智能工具进行数据调研与分析、文本处理、创意辅助等能力,提升学生在专业学习和研究中的效率。
4️⃣ 视野拓展 :各章后提供扩展阅读和人物小传模块,帮助学生从“知识+人文”双维度理解人工智能的发展。
5️⃣ 意识提升 :让学生了解人工智能发展带来的伦理、法律、社会等方面的影响,增强学生在人工智能时代的责任意识和风险防范意识。
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内容摘要

        人工智能已成为当代大学生不可或缺的知识领域。本书作为该领域的通识教材,力求系统而全面地介绍人工智能的基础知识与核心思想。全书共8章:第1~3章从计算的视角介绍人工智能的基础知识;第4章聚焦人工智能的基础技术,内容涵盖知识表示与知识图谱、搜索与推理、模式识别与数据挖掘、传统机器学习、神经网络与深度学习、新型机器学习;第5章阐述典型的人工智能领域技术,依次介绍专家系统、自然语言处理、计算机视觉、计算机听觉、多模态技术;第6章作为进阶内容,介绍人工智能的前沿技术,包括生成式人工智能、大模型技术、自主智能体、科学智能;第7章着眼于人工智能的实际应用,重点讨论文学、教育和金融领域的典型案例;第8章则围绕人工智能伦理与社会治理展开探讨,关注技术发展与社会规范之间的平衡问题。每章均有配套习题,并提供科普类扩展阅读材料,帮助有兴趣的读者进一步探索。
        本书可作为高校人工智能通识课程的本科生教材,也适合对人工智能领域感兴趣的工程技术人员学习使用,还可作为非人工智能领域研究人员的参考用书。

目录

【章名目录】
第 1 章 人工智能概述
第 2 章 计算思维
第 3 章 计算机基础
第 4 章 人工智能基础技术
第 5 章 人工智能领域技术
第 6 章 人工智能前沿技术
第 7 章 人工智能行业应用
第 8 章 人工智能伦理与社会治理

【详细目录】
第 1 章 人工智能概述
1.1 智能与人工智能 …………………… 002
1.2 人工智能与计算 …………………… 004
1.3 人工智能发展历程 ………………… 006
1.4 人工智能时代的应对 ……………… 009
15 扩展阅读 …………………………… 010
习题………………………………………… 010
人物小传…………………………………… 011

第 2 章 计算思维
2.1 计算与计算思维 …………………… 013
2.2 初识计算思维 ……………………… 014
2.3 计算思维的理解 …………………… 016
2.4 计算思维的具体呈现 ……………… 019
2.4.1 逻辑思维…………………………… 019
2.4.2 算法思维…………………………… 021
2.4.3 系统思维…………………………… 022
2.4.4 网络思维…………………………… 023
2.5 扩展阅读 …………………………… 025
习题………………………………………… 025
实践作业…………………………………… 025
人物小传…………………………………… 027

第 3 章 计算机基础
3.1 问题求解与计算系统 ……………… 029
3.2 计算系统的硬件部分 ……………… 029
3.2.1 经典计算机结构…………………… 029
3.2.2 数据存储…………………………… 031
3.2.3 任务计算…………………………… 032
3.2.4 信息交换…………………………… 040
3.2.5 智能计算机系统…………………… 042
3.3 计算系统的软件部分 ……………… 044
3.3.1 操作系统…………………………… 045
3.3.2 编程语言…………………………… 046
3.3.3 AI框架 …………………………… 047
3.4 新型计算系统 ……………………… 050
3.4.1 生物计算…………………………… 050
3.4.2 量子计算…………………………… 051
3.5 扩展阅读 …………………………… 052
习题………………………………………… 053
实践作业…………………………………… 053
人物小传…………………………………… 054

第 4 章 人工智能基础技术
4.1 知识表示与知识图谱 ……………… 057
4.1.1 知识表示方法……………………… 057
4.1.2 知识图谱…………………………… 059
4.2 搜索与推理 ………………………… 062
4.2.1 搜索………………………………… 062
4.2.3 规划………………………………… 069
4.3 模式识别与数据挖掘 ……………… 072
4.3.1 模式识别…………………………… 072
4.3.2 数据挖掘…………………………… 075
4.4 传统机器学习 ……………………… 078
4.4.1 监督学习…………………………… 078
4.4.2 无监督学习………………………… 084
4.4.3 弱监督学习………………………… 089
4.5 神经网络与深度学习 ……………… 091
4.5.1 神经元与神经网络………………… 092
4.5.2 反向传播算法……………………… 093
4.5.3 卷积神经网络……………………… 094
4.5.4 循环神经网络……………………… 095
4.6 新型机器学习 ……………………… 096
4.6.1 强化学习…………………………… 096
4.6.2 生成对抗学习……………………… 098
4.7 扩展阅读 …………………………… 100
习题………………………………………… 100
实践作业…………………………………… 101
人物小传…………………………………… 104

第 5 章 人工智能领域技术
5.1 专家系统 …………………………… 108
5.1.1 什么是专家系统…………………… 108
5.1.2 专家系统的基本结构……………… 108
5.1.3 专家系统的知识获取……………… 109
5.1.4 专家系统举例……………………… 109
5.2 自然语言处理 ……………………… 110
5.2.1 自然语言处理的任务……………… 110
5.2.2 自然语言处理的基本方法………… 111
5.2.3 现代自然语言处理的核心——语言模型
112
5.2.4 机器翻译…………………………… 114
5.3 计算机视觉 ………………………… 114
5.3.1 底层视觉…………………………… 115
5.3.2 高层视觉…………………………… 119
5.4 计算机听觉 ………………………… 124
5.4.1 计算机如何“听见”声音………… 125
5.4.2 语音识别…………………………… 126
5.4.3 语音合成…………………………… 127
5.5 多模态技术 ………………………… 128
5.5.1 多模态理解………………………… 129
5.5.2 跨模态生成………………………… 131
5.6 扩展阅读 …………………………… 133
习题………………………………………… 134
实践作业…………………………………… 134
人物小传…………………………………… 135

第 6 章 人工智能前沿技术
6.1 生成式人工智能 …………………… 137
6.1.1 判别式模型………………………… 137
6.1.2 生成式模型………………………… 138
6.1.3 判别式模型与生成式模型的关系… 139
6.2 大模型技术 ………………………… 140
6.2.1 网络结构基础:Transformer架构 141
6.2.2 单模态大模型……………………… 143
6.2.3 多模态大模型……………………… 145
6.2.4 大模型的训练方法………………… 147
6.2.5 大模型推理增强技术……………… 149
6.3 自主智能体 ………………………… 150
6.3.1 智能体的定义与特征……………… 150
6.3.2 无人系统…………………………… 151
6.3.3 具身智能体………………………… 153
6.3.4 多智能体交互……………………… 153
6.4 科学智能 …………………………… 155
6.4.1 自然科学研究……………………… 156
6.4.2 社会科学研究……………………… 159
6.5 扩展阅读 …………………………… 160
习题………………………………………… 161
实践作业…………………………………… 161
人物小传…………………………………… 163

第 7 章 人工智能行业应用
7.1 人工智能赋能千行百业 …………… 165
7.2 人工智能在文学领域的应用 ……… 166
7.2.1 文学创作…………………………… 166
7.2.2 文学分析…………………………… 167
7.2.3 文学风格化迁移…………………… 168
7.3 人工智能在教育领域的应用 ……… 169
7.3.1 智能助教…………………………… 169
7.3.2 智能助学…………………………… 171
7.3.3 智能评测…………………………… 172
7.4 人工智能在金融领域的应用 ……… 172
7.4.1 智能风险管理与预测……………… 173
7.4.2 自动化决策与投资优化…………… 173
7.4.3 智能客服与个性化数字金融产品… 174
7.5 未来展望与挑战 …………………… 175
7.6 扩展阅读 …………………………… 175
习题………………………………………… 175
实践作业…………………………………… 176
人物小传…………………………………… 179

第 8 章 人工智能伦理与社会治理
8.1 人工智能伦理与治理概述 ………… 182
8.1.1 人工智能伦理概述………………… 182
8.1.2 人工智能治理必要性……………… 183
8.2 人工智能伦理问题 ………………… 184
8.2.1 技术研发中的伦理问题…………… 184
8.2.2 产品研发与应用中的伦理问题…… 188
8.3 人工智能伦理治理 ………………… 191
8.3.1 人工智能治理体系………………… 192
8.3.2 人工智能伦理治理实践…………… 193
8.4 扩展阅读 …………………………… 197
习题………………………………………… 198
实践作业…………………………………… 198
人物小传…………………………………… 201

参考文献…………………………………… 202

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作者介绍

黄华
北京师范大学人工智能学院教授,院长。主要从事图像/视频处理、计算摄像学、计算机图形学方面的研究工作。主持国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目等;发表学术论文百余篇,获授权国家发明专利60余项,部分成果在工业、国防、互联网行业得到应用。2014年获得国家杰出青年基金资助,获得第十四届中国青年科技奖,入选第三批万人计划科技领军人才。兼任“新一代人工智能”科技创新2030重大项目管理专家组成员,JKW XX智能专家组副组长;中国计算机学会常务理事、学术工作委员会副主任;中国图像图形学会常务理事、多媒体专业委员会主任;中国自动化学会理事、副秘书长。

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