為深入貫徹落實(shí)黨的二十大精神，加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)，培養(yǎng)大批具備計(jì)算思維和人工智能素養(yǎng)的創(chuàng)新人才，本書以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和人工智能應(yīng)用能力為目標(biāo)，力求做到理論與實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)與能力并重、科技與人文交融，為讀者提供一本內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)用性強(qiáng)的人工智能通識(shí)課教材。
本書分為理論篇和實(shí)踐篇兩大部分，共8章。第1～6章為理論篇，從計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)入手，詳細(xì)介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，深入探討了人工智能的概念、核心要素、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用，幫助學(xué)習(xí)者全面掌握人工智能的理論體系。此外，還涵蓋了分布式計(jì)算環(huán)境、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)，幫助學(xué)習(xí)者了解人工智能在當(dāng)代技術(shù)環(huán)境中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)。第7～8章為實(shí)踐篇，聚焦Python編程實(shí)戰(zhàn)，通過實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)逐步引導(dǎo)學(xué)習(xí)者掌握Python編程技巧，掌握如何利用AI開放平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)文字識(shí)別、圖像識(shí)別等功能；深入探討AIGC(生成式人工智能)工具的應(yīng)用，涵蓋寫作、圖表、演示文稿、圖像、視頻、代碼生成等多個(gè)領(lǐng)域，結(jié)合實(shí)際案例，幫助學(xué)習(xí)者快速上手AIGC工具，提升工作效率。
本書緊跟時(shí)代步伐，注重思維訓(xùn)練，強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用，既適合作為高等院校人工智能通識(shí)課程的教材，也可作為人工智能愛好者的自學(xué)用書。
以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和人工智能應(yīng)用能力為目標(biāo)，力求做到理論與實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)與能力并重、科技與人文交融，為讀者提供一本內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)用性強(qiáng)的人工智能通識(shí)課教材。
計(jì)算思維與人工智能基礎(chǔ)以人工智能為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。人工智能作為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，正在深刻改變著人類的生產(chǎn)生活方式，推動(dòng)著社會(huì)各領(lǐng)域向智能化方向加速演進(jìn)。為深入貫徹落實(shí)黨的二十大精神，加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)，培養(yǎng)大批具備計(jì)算思維和人工智能素養(yǎng)的創(chuàng)新人才，本書緊密結(jié)合社會(huì)發(fā)展需求，以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力和人工智能應(yīng)用能力為目標(biāo)，力求做到理論與實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)與能力并重、科技與人文交融，為讀者提供一本內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)用性強(qiáng)的人工智能通識(shí)課教材。
本書特色如下。
(1) 緊跟時(shí)代步伐，體現(xiàn)最新發(fā)展。
本書內(nèi)容緊跟人工智能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，涵蓋了機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺等前沿技術(shù)，并介紹了生成式人工智能(AIGC)等新興領(lǐng)域，幫助學(xué)生了解人工智能的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和應(yīng)用前景。
(2) 注重思維訓(xùn)練，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
本書以計(jì)算思維為主線，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用抽象、分解、模式識(shí)別、算法設(shè)計(jì)等思維方式分析和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力。
(3) 強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用，提升動(dòng)手能力。
本書設(shè)計(jì)了豐富的實(shí)驗(yàn)和案例，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用Python編程語(yǔ)言和人工智能開放平臺(tái)進(jìn)行實(shí)踐操作，幫助學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。
(4) 融入思政元素，培養(yǎng)家國(guó)情懷。
本書將社會(huì)主義核心價(jià)值觀、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略等思政元素融入教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感。
此外，本書中利用思考與探索角色模擬能力拓展與訓(xùn)練等欄目多方位、多角度培養(yǎng)學(xué)生工程能力，包括終身學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)工作和交流能力、社會(huì)及企業(yè)環(huán)境下建造產(chǎn)品的系統(tǒng)能力、具備可持續(xù)發(fā)展理念的人工智能綜合應(yīng)用能力。
期望本書能助力讀者系統(tǒng)地掌握人工智能的基礎(chǔ)理論、核心技術(shù)以及典型應(yīng)用；培育學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力；幫助學(xué)生突破傳統(tǒng)學(xué)科的界限，養(yǎng)成跨學(xué)科的思考模式；有力推動(dòng)學(xué)科交叉融合，促進(jìn)復(fù)合型人才的培養(yǎng)。
本書由河北工程大學(xué)與中智訊(武漢)科技有限公司聯(lián)合編寫，河北工程大學(xué)本科教材建設(shè)基金資助出版，河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)提供了大量的意見和建議，人工智能通識(shí)課課程組的老師趙輝、楊麗(大)、王彬麗、楊麗(小)、張艷麗、楚榮珍、崔繼馨，通信工程系的老師賈少銳、張龍也為本書的編寫付出了辛勤的勞動(dòng)，在此表示感謝。編者參閱和引用了大量參考文獻(xiàn)，在此對(duì)相關(guān)作者表示衷心的感謝。
由于作者的水平有限及時(shí)間倉(cāng)促，書中難免存在不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)和指正，以使其更臻完善！
編者2025年3月
計(jì)算思維與人工智能基礎(chǔ)理論篇
第1章計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)3
1.1計(jì)算機(jī)技術(shù)3
1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展3
1.1.2圖靈機(jī)模型4
1.1.3馮·諾依曼機(jī)6
1.1.4計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)6
1.1.5計(jì)算機(jī)的分類7
1.1.6計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用8
1.2計(jì)算思維9
1.2.1計(jì)算思維的概念9
1.2.2計(jì)算思維的本質(zhì)9
1.2.3計(jì)算思維的特征10
1.2.4計(jì)算思維中的思維方式11
1.3信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示13
1.3.1常用數(shù)制及數(shù)制轉(zhuǎn)換13
1.3.2數(shù)值信息的表示和處理18
1.3.3字符信息的表示和處理20
1.3.4多媒體信息的表示和處理24
1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)29
1.4.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述29
1.4.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)31
1.4.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)40
1.4.4計(jì)算機(jī)的基本工作原理50
基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)51
能力拓展與訓(xùn)練52第2章人工智能基礎(chǔ)53
2.1認(rèn)識(shí)人工智能53
2.1.1人工智能的概念53
2.1.2人工智能的判定圖靈測(cè)試53
2.2人工智能的發(fā)展歷程54
2.3人工智能的主流研究學(xué)派55
2.4人工智能的三大核心要素57
2.5人工智能前沿技術(shù)的發(fā)展方向58
2.5.1人工智能前沿技術(shù)聚焦方向58
2.5.2人工智能的發(fā)展方向AGI59
2.6人工智能的關(guān)鍵技術(shù)59
2.6.1機(jī)器學(xué)習(xí)60
2.6.2深度學(xué)習(xí)64
2.6.3機(jī)器視覺69
2.6.4自然語(yǔ)言處理71
2.6.5知識(shí)圖譜73
2.6.6語(yǔ)音處理77
2.6.7智能機(jī)器人79
2.7人工智能在各領(lǐng)域中的應(yīng)用83
2.7.1智慧工業(yè)83
2.7.2智慧醫(yī)療86
2.7.3智慧交通88
2.7.4智慧農(nóng)業(yè)91
2.7.5智慧商務(wù)93
2.8人工智能倫理96
2.8.1人工智能倫理的發(fā)展96
2.8.2發(fā)展人工智能對(duì)社會(huì)的利與弊97
2.8.3人工智能倫理的主要問題98
2.8.4人工智能倫理的典型案例98
2.8.5人工智能倫理規(guī)范與職業(yè)道德99
基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)100
能力拓展與訓(xùn)練101第3章人工智能之算法思維102
3.1算法的概念102
3.1.1什么是算法102
3.1.2算法的分類103
3.1.3算法的特征104
3.2算法的設(shè)計(jì)與分析104
3.2.1問題求解的步驟104
3.2.2數(shù)學(xué)建模105
3.2.3算法的描述106
3.2.4常用的算法設(shè)計(jì)策略109
3.2.5算法分析116
3.3算法的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言119
3.3.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的分類119
3.3.2語(yǔ)言處理程序120
基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)121
能力拓展與訓(xùn)練122第4章人工智能之程序思維124
4.1認(rèn)識(shí)軟件、程序和程序設(shè)計(jì)124
4.2Python語(yǔ)言概述126
4.2.1Python語(yǔ)言的特點(diǎn)126
4.2.2Python環(huán)境搭建127
4.2.3Python的開發(fā)環(huán)境127
4.3Python語(yǔ)言基礎(chǔ)131
4.3.1標(biāo)識(shí)符和關(guān)鍵字131
4.3.2程序的書寫規(guī)則132
4.3.3基本的輸入和輸出134
4.4Python的常用數(shù)據(jù)類型136
4.4.1常量、對(duì)象、變量和動(dòng)態(tài)類型化137
4.4.2數(shù)字類型138
4.4.3數(shù)字類型的運(yùn)算139
4.4.4布爾類型142
4.4.5字符串類型142
4.4.6字符串類型的運(yùn)算143
4.5列表、元組、字典和集合144
4.5.1列表144
4.5.2元組148
4.5.3字典和集合148
4.6運(yùn)算符和表達(dá)式149
4.6.1運(yùn)算符149
4.6.2表達(dá)式151
4.7程序控制結(jié)構(gòu)152
4.7.1順序結(jié)構(gòu)152
4.7.2選擇結(jié)構(gòu)153
4.7.3循環(huán)結(jié)構(gòu)157
4.8函數(shù)與模塊163
4.8.1模塊的導(dǎo)入和使用164
4.8.2Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)165
4.8.3Python第三方庫(kù)165
4.8.4自定義函數(shù)166
4.8.5變量的作用域169
4.9文件169
4.9.1文件的概念與類型169
4.9.2文件的打開和關(guān)閉170
4.9.3文件的讀寫171
基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)173
能力拓展與訓(xùn)練176第5章人工智能之大模型技術(shù)應(yīng)用177
5.1AI大模型技術(shù)177
5.1.1AI大模型技術(shù)概述177
5.1.2大模型與傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的區(qū)別178
5.1.3AI大模型技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響與發(fā)展趨勢(shì)178
5.1.4AI大模型的工作原理179
5.1.5我國(guó)AI大模型的分類180
5.2生成式人工智能概述182
5.2.1生成式人工智能的定義182
5.2.2AIGC的技術(shù)理論簡(jiǎn)述183
5.2.3AIGC的主要特點(diǎn)184
5.2.4AIGC的發(fā)展歷程185
5.2.5AIGC的價(jià)值185
5.2.6AIGC面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)186
5.3常見的AIGC大模型187
5.3.1綜合型大語(yǔ)言模型187
5.3.2圖像生成大模型188
5.3.3代碼生成大模型189
5.3.4視頻生成大模型189
5.4AIGC的應(yīng)用190
5.4.1寫作190
5.4.2生成圖表199
5.4.3制作演示文稿205
5.4.4生成圖像209
5.4.5生成視頻217
5.4.6編寫代碼222
5.4.7搭建AI智能體225
基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)229
能力拓展與訓(xùn)練229第6章人工智能之分布式計(jì)算環(huán)境231
6.1互聯(lián)網(wǎng)231
6.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述231
6.1.2局域網(wǎng)234
6.1.3互聯(lián)網(wǎng)236
6.2云計(jì)算242
6.2.1云計(jì)算的概念242
6.2.2云計(jì)算的特征242
6.2.3云計(jì)算的分類243
6.2.4云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)245
6.2.5云計(jì)算的應(yīng)用246
6.3大數(shù)據(jù)248
6.3.1大數(shù)據(jù)的概念248
6.3.2大數(shù)據(jù)的特征248
6.3.3大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)249
6.3.4大數(shù)據(jù)應(yīng)用250
6.4物聯(lián)網(wǎng)252
6.4.1物聯(lián)網(wǎng)的概念252
6.4.2物聯(lián)網(wǎng)的特征253
6.4.3物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)253
6.4.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用255
6.5區(qū)塊鏈258
6.5.1區(qū)塊鏈的概念258
6.5.2區(qū)塊鏈的特征259
6.5.3區(qū)塊鏈的核心技術(shù)260
6.5.4區(qū)塊鏈的應(yīng)用263
基礎(chǔ)知識(shí)練習(xí)264
能力拓展與訓(xùn)練265
實(shí)踐篇
第7章人工智能之Python編程實(shí)戰(zhàn)269
7.1Python編程基礎(chǔ)實(shí)戰(zhàn)269
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)269
二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容269
7.2Python控制結(jié)構(gòu)270
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)270
二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容271
7.3Python函數(shù)和文件的使用272
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)272
二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容272
7.4常用算法設(shè)計(jì)策略的Python實(shí)現(xiàn)274
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)274
二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容274
7.5AI開放平臺(tái)的使用基礎(chǔ)276
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)276
二、 預(yù)備知識(shí)276
三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容279
7.6在百度開放平臺(tái)使用Python編程調(diào)用API282
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)282
二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容283
7.7在訊飛開放平臺(tái)使用Python編程調(diào)用API286
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)286
二、 預(yù)備知識(shí)286
三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容287第8章AIGC應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)290
8.1寫作類AIGC工具的應(yīng)用290
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)290
二、 應(yīng)用案例分析290
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)293
8.2圖表類AIGC工具的應(yīng)用293
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)293
二、 應(yīng)用案例分析293
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)295
8.3演示文稿類AIGC工具的應(yīng)用295
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)295
二、 應(yīng)用案例分析295
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)297
8.4圖像類AIGC工具的應(yīng)用298
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)298
二、 應(yīng)用案例分析298
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)300
8.5視頻類AIGC工具的應(yīng)用300
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)300
二、 應(yīng)用案例分析300
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)302
8.6代碼類AIGC工具的應(yīng)用302
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)302
二、 應(yīng)用案例分析302
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)304
8.7AI智能體搭建305
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)305
二、 應(yīng)用案例分析305
三、 項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)308參考文獻(xiàn)309
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