人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

29253XM69034人工智能?用基?封面-扉?.pdf12022/7/2911:04:12

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內(nèi)容簡介

本書是人工智能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的基礎(chǔ)教材，以簡單且生活化的實(shí)訓(xùn)案例為載體，講解人工

智能算法的基本原理，降低學(xué)習(xí)門檻。本書內(nèi)容包括Python篇、機(jī)器學(xué)習(xí)篇、深度學(xué)習(xí)篇、計算

機(jī)視覺篇以及自然語言處理篇。

Python篇通過實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者認(rèn)識并掌握Python編程語言的基礎(chǔ)。機(jī)器學(xué)習(xí)篇通過實(shí)訓(xùn)

案例，讓讀者認(rèn)識機(jī)器學(xué)習(xí)經(jīng)典算法的基本原理和簡單應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)篇通過實(shí)訓(xùn)案例，讓讀

者了解多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的原理及其在生活場景中的運(yùn)用。計算機(jī)視覺篇通過實(shí)訓(xùn)案例，讓讀

者了解人工智能算法在計算機(jī)視覺領(lǐng)域的典型應(yīng)用。自然語言處理篇通過實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者了

解人工智能算法在自然語言領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

本書適合對人工智能感興趣的在校學(xué)生、社會工作者以及其他零基礎(chǔ)的讀者，通過體驗(yàn)書

中關(guān)于人工智能技術(shù)在計算機(jī)視覺、自然語言處理等領(lǐng)域的案例，可以逐漸對人工智能有所認(rèn)

知，并具備初步的實(shí)踐能力。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)/郭勇，趙瑞豐，杜輝主編.—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2022.8

“十四五”高等職業(yè)教育新形態(tài)一體化教材

ISBN978-7-113-29253-9

Ⅰ.①人…Ⅱ.①郭…②趙…③杜…Ⅲ.①人工智能-

高等職業(yè)教育-教材Ⅳ.①TP18

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2022)第099426號

書名：人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

作者：郭勇趙瑞豐杜輝

策劃：王春霞編輯部電話：（010）63551006

責(zé)任編輯：王春霞徐盼欣

封面設(shè)計：尚明龍

責(zé)任校對：孫玫

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：北京聯(lián)興盛業(yè)印刷股份有限公司

版次：2022年8月第1版2022年8月第1次印刷

開本：850mm×1168mm1/16印張：17.25字?jǐn)?shù)：402千

書號：ISBN978-7-113-29253-9

定價：65.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

“十四五”高等職業(yè)教育新形態(tài)一體化教材

編審委員會

總顧問：譚浩強(qiáng)（清華大學(xué)）黃心淵（中國傳媒大學(xué)）

主任：高林（北京聯(lián)合大學(xué)）

副主任：鮑潔（北京聯(lián)合大學(xué)）眭碧霞（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?孫仲山（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院）秦緒好（中國鐵道出版社有限公司）

委員：（按姓氏筆畫排序）

?于?京（北京電子科技職業(yè)學(xué)院）于?鵬（新華三技術(shù)有限公司）

?于大為（蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）萬?冬（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?王?芳（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院）王?坤（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?王?忠（海南經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）方水平（北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?方風(fēng)波（荊州職業(yè)技術(shù)學(xué)院）左曉英（黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?龍?翔（湖北生物科技職業(yè)學(xué)院）史寶會（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?樂?璐（南京城市職業(yè)學(xué)院）馮?波（金山辦公教育研究院）

?呂坤頤（重慶城市管理職業(yè)學(xué)院）朱偉華（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?朱震忠（西門子（中國）有限公司）鄔厚民（廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院）

?劉?松（天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）湯?徽（新華三技術(shù)有限公司）

?阮進(jìn)軍（安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）孫?剛（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?孫?霞（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院）蘆?星（北京久其軟件有限公司）

?杜?輝（北京電子科技職業(yè)學(xué)院）李軍旺（岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?楊龍平（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）楊國華（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?吳和群（呼和浩特職業(yè)技術(shù)學(xué)院）汪小璐（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?張?偉（浙江求是科教設(shè)備有限公司）張明白（百科榮創(chuàng)（北京）科技發(fā)展有限公司）

?陳小中（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）陳子珍（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?陳云志（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院）陳曉男（無錫科技職業(yè)學(xué)院）

?陳祥章（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）邵?瑛（上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?武春嶺（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院）苗春雨（杭州安恒信息技術(shù)股份有限公司）

?羅保山（武漢軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院）胡大威（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?胡光永（南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)）姜大慶（南通科技職業(yè)學(xué)院）

?聶?哲（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院）賈樹生（天津職業(yè)大學(xué)）

?倪?勇（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院）徐守政（杭州朗迅科技有限公司）

?盛鴻宇（北京聯(lián)合大學(xué)）崔英敏（私立華聯(lián)學(xué)院）

?葛?鵬（隨機(jī)數(shù)（浙江）智能科技有限公司）焦?戰(zhàn)（遼寧輕工職業(yè)學(xué)院）

?曾文權(quán)（廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院）溫常青（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院）

?赫?亮（北京金芥子國際教育咨詢有限公司）蔡?鐵（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?譚方勇（蘇州職業(yè)大學(xué)）翟玉鋒（煙臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

?樊?睿（杭州安恒信息技術(shù)股份有限公司）

秘書：翟玉峰（中國鐵道出版社有限公司）

序

2021年，全國人大四次會議通過了《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)

展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，對我國社會主義現(xiàn)代化建

設(shè)進(jìn)行了全面部署，“十四五”時期對國家的要求是高質(zhì)量發(fā)展，對教育的

定位是建立高質(zhì)量的教育體系，對職業(yè)教育的定位是增強(qiáng)職業(yè)教育的適應(yīng)性。

當(dāng)前，在百年未有之大變局下，在“十四五”開局之年，如何切實(shí)推動落實(shí)《國

家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020—2023年）》

等文件要求，是新時代職業(yè)教育適應(yīng)國家高質(zhì)量發(fā)展的核心任務(wù)。伴隨新科

技和新工業(yè)化發(fā)展階段的到來和我國產(chǎn)業(yè)高端化轉(zhuǎn)型，必然引發(fā)企業(yè)用人需

求和聘用標(biāo)準(zhǔn)隨之發(fā)生新的變化，以人才需求為起點(diǎn)的高職人才培養(yǎng)理念使

創(chuàng)新中國特色人才培養(yǎng)模式成為高職戰(zhàn)線的核心任務(wù)，為此國務(wù)院和教育部

制訂和發(fā)布的包括1+X職業(yè)技能等級證書制度、專業(yè)群建設(shè)、“雙高計劃”、

專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等一系列具體的指

導(dǎo)性文件，為探索新時代中國特色高職人才培養(yǎng)指明了方向。

要落實(shí)國家職業(yè)教育改革一系列文件精神，培養(yǎng)高質(zhì)量人才，就必須解

決“教什么”的問題，必須解決課程教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)、行業(yè)新工藝、

新標(biāo)準(zhǔn)要求等難題，教材建設(shè)改革創(chuàng)新就顯得尤為重要。國家這幾年對于職

業(yè)教育教材建設(shè)下了很大的力度，2019年，教育部發(fā)布了《職業(yè)院校教材

管理辦法》（教材〔2019）3號）、《關(guān)于組織開展“十三五”職業(yè)教育國家

規(guī)劃教材建設(shè)工作的通知》（教職成司函〔2019）94號），在2020年又啟

動了《首屆全國教材建設(shè)獎全國優(yōu)秀教材（職業(yè)教育與繼續(xù)教育類）》評選

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

活動，這些都旨在選出具有職業(yè)教育特色的優(yōu)秀教材，并對下一步如何建設(shè)

好教材進(jìn)一步明確了方向。在這種背景下，堅持以習(xí)近平新時代中國特色社

會主義思想為指導(dǎo)，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、

新模式對人才培養(yǎng)的新要求，中國鐵道出版社有限公司邀請我與鮑潔教授共

同策劃組織了“‘十四五’高等職業(yè)教育新形態(tài)一體化教材”，尤其是我國知

名計算機(jī)教育專家譚浩強(qiáng)教授、全國高等院校計算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會會長黃

心淵教授對課程建設(shè)和教材編寫都提出了重要的指導(dǎo)意見。這套教材在設(shè)計

上把握了這樣幾個原則：

1.價值引領(lǐng)，育人為本。牢牢把握教材建設(shè)的政治方向和價值導(dǎo)向，

充分體現(xiàn)黨和國家的意志，體現(xiàn)鮮明的專業(yè)領(lǐng)域指向性，發(fā)揮教材的鑄魂

育人、關(guān)鍵支撐、固本培元、文化交流等功能和作用，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國家、

制造強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會的不可或缺的高層次、高素質(zhì)

技術(shù)技能型人才。

2.內(nèi)容先進(jìn)，突出特性。充分發(fā)揮高等職業(yè)教育服務(wù)行業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，及

時將行業(yè)、產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范作為內(nèi)容模塊，融入到教材中去。

為強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)養(yǎng)成和專業(yè)技術(shù)積累，將專業(yè)精神、職業(yè)精神和工匠

精神融入教材內(nèi)容，滿足職業(yè)教育的需求。此外，為適應(yīng)項目學(xué)習(xí)、案例

學(xué)習(xí)、模塊化學(xué)習(xí)等不同學(xué)習(xí)方式要求，注重以真實(shí)生產(chǎn)項目、典型工作

任務(wù)、案例等為載體組織教學(xué)單元的教材、新型活頁式、工作手冊式等教材，

反映人才培養(yǎng)模式和教學(xué)改革方向，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新潛能。

3.改革創(chuàng)新，融合發(fā)展。遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，結(jié)合新一代信

息技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革對人才的需求，加強(qiáng)校企合作、深化產(chǎn)教融合，深入

推進(jìn)教材建設(shè)改革。加強(qiáng)教材與教學(xué)、教材與課程、教材與教法、線上與線

下的緊密結(jié)合，信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，通過配套數(shù)字化教學(xué)資源，

滿足教學(xué)需求和符合學(xué)生特點(diǎn)的新形態(tài)一體化教材。

4.加強(qiáng)協(xié)同，錘煉精品。準(zhǔn)確把握新時代方位，深刻認(rèn)識新形勢新任務(wù)，

激發(fā)教師、企業(yè)人員內(nèi)在動力。組建學(xué)術(shù)造詣高、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、熟悉教材

II

序

工作的專家隊伍，支持科教協(xié)同、校企協(xié)同、校際協(xié)同開展教材編寫，全面

提升教材建設(shè)的科學(xué)化水平，打造一批滿足學(xué)科專業(yè)建設(shè)要求，能支撐人才

成長需要、經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的精品教材。

按照教育部關(guān)于職業(yè)院校教材的相關(guān)要求，充分體現(xiàn)工業(yè)和信息化領(lǐng)域

相關(guān)行業(yè)特色，以高職專業(yè)和課程改革為基礎(chǔ)，編寫信息技術(shù)課程、專業(yè)群

平臺課程、專業(yè)核心課程等所需教材。本套教材計劃出版4個系列，具體為：

1.信息技術(shù)課程系列。教育部發(fā)布的《高等職業(yè)教育?？菩畔⒓夹g(shù)課程

標(biāo)準(zhǔn)（2021年版）》給出了高職計算機(jī)公共課程新標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)由必修的基

礎(chǔ)模塊和由12項內(nèi)容組成的拓展模塊兩部分構(gòu)成。拓展模塊反映了新一代

信息技術(shù)對高職學(xué)生的新要求，各地區(qū)、各學(xué)?？筛鶕?jù)國家有關(guān)規(guī)定，結(jié)合

地方資源、學(xué)校特色、專業(yè)需要和學(xué)生實(shí)際情況，自主確定拓展模塊教學(xué)

內(nèi)容。在這種新標(biāo)準(zhǔn)、新模式、新要求下構(gòu)建了該系列教材。

2.電子信息大類專業(yè)群課程系列。高等職業(yè)教育大力推進(jìn)專業(yè)群建設(shè)，

基于產(chǎn)業(yè)需求的專業(yè)結(jié)構(gòu)，使人才培養(yǎng)更適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和職業(yè)崗位的

變化。構(gòu)建具有引領(lǐng)作用的專業(yè)群平臺課程和開發(fā)相關(guān)教材，彰顯專業(yè)群的

特色優(yōu)勢地位，提升電子信息大類專業(yè)群平臺課程在高職教育中的影響力。

3.新一代信息技術(shù)類典型專業(yè)課程系列。以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、

移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等為代表的新一代信息技術(shù)，是信息技術(shù)的縱向

升級，也是信息技術(shù)之間及其與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的橫向融合。在此技術(shù)背景下，圍

繞新一代信息技術(shù)專業(yè)群（專業(yè)）建設(shè)需要，重點(diǎn)聚焦這些專業(yè)群（專業(yè)）

缺乏教材或者沒有高水平教材的專業(yè)核心課程，完善專業(yè)教材體系，支撐新

專業(yè)加快發(fā)展建設(shè)。

4.本科專業(yè)課程系列。在厘清應(yīng)用型本科、高職本科、高職?？脐P(guān)系，

明確高職本科服務(wù)目標(biāo)，準(zhǔn)確定位高職本科基礎(chǔ)上，研究高職本科電子信息

類典型專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系，重在培養(yǎng)高層次技術(shù)技能型人才，組

織編寫該系列教材。

新時代，職業(yè)教育正在步入創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵期，與之配合的教育模式以

III

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

及相關(guān)的諸多建設(shè)都在深入探索，按照“選優(yōu)、選精、選特、選新”的原則，

發(fā)揮在高等職業(yè)教育領(lǐng)域的院校、企業(yè)的特色和優(yōu)勢，調(diào)動高水平教師、企

業(yè)專家參與，整合學(xué)校、行業(yè)、產(chǎn)業(yè)、教育教學(xué)資源，充分發(fā)揮教材建設(shè)在

提高人才培養(yǎng)質(zhì)量中的基礎(chǔ)性作用，集中力量打造與我國高等職業(yè)教育高質(zhì)

量發(fā)展需求相匹配、內(nèi)容形式創(chuàng)新、教學(xué)效果好的課程教材體系，努力培養(yǎng)

德智體美勞全面發(fā)展的高層次、高素質(zhì)技術(shù)技能人才。

本套教材內(nèi)容前瞻，體系靈活，資源豐富，是值得關(guān)注的一套好教材。

國家職業(yè)教育指導(dǎo)咨詢委員會委員

北京高等學(xué)校高等教育學(xué)會計算機(jī)分會理事長

全國高等院校計算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會榮譽(yù)副會長

2021年8月

IV

前言

從可愛的“機(jī)器貓”到下棋的“阿爾法狗”，從MCS51單片機(jī)到英偉達(dá)的GPU，編者

經(jīng)歷了信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的20年。2017年3月5日，2017年政府工作報告指出，要加快

培育壯大包括人工智能在內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)，“人工智能”首次被寫入了全國政府工作報告。以人

工智能技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)已開始融入各行各業(yè)，成為變革社會的重要推動力，人

工智能已上升為國家戰(zhàn)略。

社會對計算機(jī)視覺、語音識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的熱情與日俱增，結(jié)合Python語言引

發(fā)了一場學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)技術(shù)的潮流。然而，面對復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式和廣泛的行業(yè)應(yīng)用，

我們深感需要編寫一本人工智能入門、適合理工科學(xué)生快速學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)教材。本書編者團(tuán)隊

結(jié)合課堂教學(xué)特點(diǎn)和項目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，摒除傳統(tǒng)的人工智能類的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高、測試難度大

等問題，設(shè)計了以案例為載體的、可驗(yàn)證測試的情境教學(xué)模塊。

本書結(jié)合隨機(jī)數(shù)（浙江）智能科技有限公司的“派Lab”人工智能教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺，解決

全校大范圍的理工科學(xué)生對人工智能基礎(chǔ)課程的高通用性、高擴(kuò)展性和實(shí)驗(yàn)案例資源豐富的

人工智能開放實(shí)驗(yàn)平臺的需求，全方位支撐課程教學(xué)、實(shí)操、考核及科研活動。

本書的內(nèi)容如下：

（1）Python篇與機(jī)器溝通：通過五個實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者認(rèn)識Python語言，掌握

Python編程的基本語法和Python標(biāo)準(zhǔn)庫在人工智能技術(shù)中的運(yùn)用。

（2）機(jī)器學(xué)習(xí)篇讓機(jī)器能決策：通過五個實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者認(rèn)識機(jī)器學(xué)習(xí)算法的基本

原理，理解處理回歸、分類、聚類問題的方法，掌握機(jī)器學(xué)習(xí)算法在日常生活中的應(yīng)用。

（3）深度學(xué)習(xí)篇讓機(jī)器會思考：通過五個實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者認(rèn)識深度學(xué)習(xí)算法的基本

原理，理解各神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的核心思想，掌握深度學(xué)習(xí)算法在現(xiàn)實(shí)場景中的運(yùn)用。

（4）計算機(jī)視覺篇讓機(jī)器看得見：通過五個實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者了解計算機(jī)如何識別并

處理圖像，理解計算機(jī)視覺算法的基本原理，掌握計算機(jī)視覺領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

（5）自然語言處理篇讓機(jī)器讀得懂：通過五個實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者了解計算機(jī)如何識

別并處理語音和文字，理解自然語言處理算法的基本原理，掌握自然語言處理領(lǐng)域的典型

應(yīng)用。

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

本書的特色如下：

（1）建設(shè)人工智能在線教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺，實(shí)現(xiàn)線上線下相結(jié)合，課內(nèi)課外互通。利用該開

放實(shí)訓(xùn)平臺，學(xué)生在課堂內(nèi)未完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，可以在課堂外繼續(xù)完成。

（2）以案例作為知識點(diǎn)的載體，在案例中逐步講解驗(yàn)證，使讀者能夠快速了解人工智能

相關(guān)的基本技術(shù)和方法，讓人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)變得更簡單。

（3）提供課件、源代碼等供讀者學(xué)習(xí)。為了配合課堂教學(xué)和自學(xué)，編者制作了高質(zhì)量的

教學(xué)課件、案例源代碼和學(xué)習(xí)視頻等，并不斷更新平臺的實(shí)訓(xùn)案例。

本書由郭勇、趙瑞豐、杜輝任主編，由林勵、李偉權(quán)、王亞楠任副主編，冷鵬、王青、

余婷、汪勝平參與編寫，由王路群任主審。感謝曹靜和隨機(jī)數(shù)（浙江）智能科技有限公司在

本書的編排及代碼驗(yàn)證工作中提供的支持。為了方便組織教學(xué)，本書配套的相關(guān)資料可通過

“派Lab”人工智能教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺查看并下載，平臺網(wǎng)址：。還可與本書編

者聯(lián)系（E-mail：linlimcu@）。

圖書編寫是一項與時俱進(jìn)的長久工程，需要在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)和修改。同時，由于編者

水平有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，敬請廣大讀者給予批評和指正。

編者

2022年2月

II

配套資源索引

微課

序號項目名稱資源名稱頁碼

1案例1“讀心術(shù)”上1-7

2案例1“讀心術(shù)”下1-7

3案例2“讀心術(shù)”進(jìn)階1-15

單元一Python篇

4案例3搭積木1-27

與機(jī)器溝通

5案例4漢諾塔1-42

6案例5股價數(shù)據(jù)處理上1-49

7案例5股價數(shù)據(jù)處理下1-49

8案例1牛肉價格預(yù)測2-8

9案例2挑草莓2-12

單元二機(jī)器學(xué)習(xí)篇

10案例3疾病預(yù)測2-25

讓機(jī)器能決策

11案例4點(diǎn)可樂2-32

12案例5聚類應(yīng)用2-37

13深度學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3-4

14案例1手寫數(shù)字3-5

15單元三深度學(xué)習(xí)篇案例2貓狗識別3-12

16讓機(jī)器會思考案例3植物幼苗識別3-20

17案例4股價預(yù)測3-30

18案例5數(shù)字生成3-38

19了解計算機(jī)視覺上4-1

20了解計算機(jī)視覺下4-1

21案例1圖像處理上4-12

22單元四計算機(jī)視覺篇案例1圖像處理下4-12

23讓機(jī)器看得見案例2計算機(jī)視覺造物4-28

24案例3笑臉捕捉4-34

25案例4目標(biāo)檢測4-38

26案例5鳥窩識別4-44

27案例1詞云圖5-5

28案例2詞向量5-9

單元五自然語言處理篇

29案例3語音合成5-14

讓機(jī)器讀得懂

30案例4語音識別5-18

31案例5情感分類5-23

目錄

單元一Python篇與機(jī)器溝通..........................................................1-1

1.1Python的歷史...................................................................................................1-1

1.2Python的作用...................................................................................................1-1

1.2.1Web應(yīng)用開發(fā)....................................................................................................1-1

1.2.2自動化運(yùn)維........................................................................................................1-2

1.2.3人工智能領(lǐng)域....................................................................................................1-2

1.2.4網(wǎng)絡(luò)爬蟲............................................................................................................1-3

1.2.5科學(xué)計算............................................................................................................1-3

1.2.6游戲開發(fā)............................................................................................................1-3

1.3Python的設(shè)計哲學(xué)............................................................................................1-3

1.4Python的特點(diǎn)...................................................................................................1-6

1.5學(xué)習(xí)計劃............................................................................................................1-7

實(shí)訓(xùn)案例1Python“讀心術(shù)”..................................................................................1-7

實(shí)訓(xùn)案例2“讀心術(shù)”進(jìn)階....................................................................................1-15

實(shí)訓(xùn)案例3像搭積木一樣學(xué)函數(shù)...........................................................................1-27

實(shí)訓(xùn)案例4漢諾塔小游戲......................................................................................1-41

實(shí)訓(xùn)案例5科學(xué)計算與可視化...............................................................................1-49

單元二機(jī)器學(xué)習(xí)篇讓機(jī)器能決策.....................................................2-1

2.1機(jī)器學(xué)習(xí)............................................................................................................2-1

2.2機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用....................................................................................................2-2

2.3機(jī)器學(xué)習(xí)方法....................................................................................................2-2

2.3.1學(xué)習(xí)方式............................................................................................................2-3

2.3.2學(xué)習(xí)任務(wù)............................................................................................................2-3

2.4機(jī)器學(xué)習(xí)算法....................................................................................................2-4

2.4.1回歸....................................................................................................................2-4

2.4.2分類....................................................................................................................2-5

2.4.3聚類....................................................................................................................2-7

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

實(shí)訓(xùn)案例1預(yù)知未來牛肉價格.................................................................................2-8

實(shí)訓(xùn)案例2我來幫你挑草莓..................................................................................2-12

實(shí)訓(xùn)案例3遠(yuǎn)離疾病早預(yù)防..................................................................................2-25

實(shí)訓(xùn)案例4這位顧客可不可能點(diǎn)可樂....................................................................2-31

實(shí)訓(xùn)案例5近朱者赤近墨者黑...............................................................................2-37

單元三深度學(xué)習(xí)篇讓機(jī)器會思考.....................................................3-1

3.1淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)..........................................................................................3-1

3.2人腦視覺機(jī)理....................................................................................................3-3

3.3深度學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)..........................................................................................3-4

實(shí)訓(xùn)案例1全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——猜數(shù)字益智游戲....................................................3-5

實(shí)訓(xùn)案例2卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——你是我的眼.............................................................3-12

實(shí)訓(xùn)案例3卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——播下“智能”的種子..............................................3-20

實(shí)訓(xùn)案例4循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——雞蛋應(yīng)該放在幾個籃子里.......................................3-30

實(shí)訓(xùn)案例5生成對抗網(wǎng)絡(luò)——神奇的畫筆.............................................................3-38

單元四計算機(jī)視覺篇讓機(jī)器看得見..................................................4-1

4.1計算機(jī)視覺概述.................................................................................................4-1

4.1.1人臉識別............................................................................................................4-1

4.1.2多目標(biāo)跟蹤........................................................................................................4-2

4.1.3圖像分割............................................................................................................4-2

4.1.4風(fēng)格遷移............................................................................................................4-3

4.2計算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理...............................................................................4-6

4.2.1計算機(jī)視覺........................................................................................................4-6

4.2.2數(shù)字圖像處理....................................................................................................4-6

4.3人類眼中的世界.................................................................................................4-7

4.4計算機(jī)眼中的世界.............................................................................................4-7

4.5計算機(jī)視覺發(fā)展的主要階段...............................................................................4-8

4.5.1馬爾計算視覺....................................................................................................4-8

4.5.2主動視覺............................................................................................................4-9

4.5.3多視幾何和分層三維重建..............................................................................4-10

4.5.4基于學(xué)習(xí)的視覺..............................................................................................4-10

4.6計算機(jī)視覺發(fā)展趨勢........................................................................................4-12

實(shí)訓(xùn)案例1超有意思的圖像世界...........................................................................4-12

II

目錄

實(shí)訓(xùn)案例2計算機(jī)視覺造物..................................................................................4-28

實(shí)訓(xùn)案例3一鍵捕捉你的笑臉...............................................................................4-34

實(shí)訓(xùn)案例4眾里尋他一目了然...............................................................................4-38

實(shí)訓(xùn)案例5只需你看一眼......................................................................................4-44

單元五自然語言處理篇讓機(jī)器讀得懂...............................................5-1

5.1自然語言處理概述.............................................................................................5-1

5.2自然語言處理的核心任務(wù)和難點(diǎn)........................................................................5-1

5.3自然語言處理的典型應(yīng)用..................................................................................5-2

5.4自然語言處理技術(shù).............................................................................................5-2

5.4.1基礎(chǔ)技術(shù)............................................................................................................5-3

5.4.2核心技術(shù)...........................................................................................................5-3

5.4.3NLP+高端技術(shù)................................................................................................5-4

實(shí)訓(xùn)案例1一張圖知你所云....................................................................................5-5

實(shí)訓(xùn)案例2詞以類聚...............................................................................................5-9

實(shí)訓(xùn)案例3一鍵合成有聲音的文字........................................................................5-14

實(shí)訓(xùn)案例4你說我寫.............................................................................................5-18

實(shí)訓(xùn)案例5您對商品滿意嗎..................................................................................5-23

附錄A派Lab平臺基本操作.............................................................A-1

A.1平臺簡介..........................................................................................................A-1

A.2賬號設(shè)置..........................................................................................................A-1

A.2.1用戶登錄..........................................................................................................A-1

A.2.2修改密碼..........................................................................................................A-3

A.2.3綁定微信..........................................................................................................A-4

A.3個人版..............................................................................................................A-4

A.3.1平臺課程..........................................................................................................A-4

A.3.2私有內(nèi)容..........................................................................................................A-4

A.3.3課程學(xué)習(xí)..........................................................................................................A-5

A.4教育版..............................................................................................................A-6

A.4.1首頁..................................................................................................................A-6

A.4.2教師中心-課程...............................................................................................A-8

A.5個人概覽........................................................................................................A-14

A.5.1個人概覽-教師.............................................................................................A-14

III

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

A.5.2個人概覽-普通用戶.....................................................................................A-15

A.5.3關(guān)閉實(shí)訓(xùn)環(huán)境................................................................................................A-16

A.5.4我的學(xué)習(xí)........................................................................................................A-16

A.5.5個人設(shè)置........................................................................................................A-17

A.6JupyterLab如何使用......................................................................................A-17

A.6.1文件夾區(qū)域....................................................................................................A-18

A.6.2實(shí)訓(xùn)報告區(qū)域................................................................................................A-18

A.6.3環(huán)境信息區(qū)域................................................................................................A-19

A.6.4主界面操作區(qū)................................................................................................A-19

IV

單元一Python篇

與機(jī)器溝通

Python是一門功能強(qiáng)大的計算機(jī)編程語言，其設(shè)計思想是簡單、優(yōu)雅和明確。Python已廣

泛應(yīng)用于Web開發(fā)、科學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)分析等眾多領(lǐng)域。特別是在人工智能領(lǐng)域，Python被認(rèn)為

是目前該領(lǐng)域最適合、應(yīng)用最廣泛、最有潛力的語言。

本篇將通過五個實(shí)訓(xùn)案例，讓讀者認(rèn)識Python語言，掌握Python編程的基本語法和

Python標(biāo)準(zhǔn)庫在人工智能技術(shù)中的運(yùn)用。

1.1Python的歷史

Python的創(chuàng)始人是荷蘭人吉多·范羅蘇姆（GuidovanRossum）。1989年的圣誕節(jié)期間，

吉多·范羅蘇姆為了在阿姆斯特丹打發(fā)時間，決心開發(fā)一個新的腳本解釋程序，作為ABC編程

語言的一種繼承。之所以選中Python作為程序的名字，是因?yàn)樗荁BC電視劇《蒙提·派森

的飛行馬戲團(tuán)》（MontyPython’sFlyingCircus）的愛好者。

1991年，第一個Python編譯器誕生，它是用C語言實(shí)現(xiàn)的，并能夠調(diào)用C語言的庫文件。

Python2.0于2000年10月16日發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了完整的垃圾回收，并且支持Unicode。Python2.7

被確定為最后一個Python2.x版本。

Python3.0于2008年12月3日發(fā)布，此版不完全兼容之前的Python源代碼。不過，很多

新特性后來也被移植到Python2.6/2.7版本。

1.2Python的作用

1.2.1Web應(yīng)用開發(fā)

Python經(jīng)常被用于Web開發(fā)。盡管目前PHP、JavaScript依然是Web開發(fā)的主流語言，

但Python上升勢頭更為猛勁。尤其隨著Python的Web開發(fā)框架逐漸成熟（如Django、Flask、

TurboGears、web2py等），程序員可以更輕松地開發(fā)和管理復(fù)雜的Web程序。

例如，通過mod_wsgi模塊，Apache可以運(yùn)行用Python編寫的Web程序。Python定義了

1-1

人工智能應(yīng)用基礎(chǔ)

WSGI標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口來協(xié)調(diào)HTTP服務(wù)器與基于Python的Web程序之間的通信。

例如，人們經(jīng)常訪問的集電影、讀書、音樂于一體的豆瓣網(wǎng)，如圖1-1所示，就是使用

Python實(shí)現(xiàn)的。

圖1-1豆瓣網(wǎng)

1.2.2自動化運(yùn)維

很多操作系統(tǒng)中，Python是標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)組件，大多數(shù)Linux發(fā)行版以及NetBSD、OpenBSD

和MacOSX都集成了Python，可以在終端下直接運(yùn)行Python。

有一些Linux發(fā)行版的安裝器使用Python語言編寫，如Ubuntu的Ubiquity安裝器、Red

HatLinux和Fedora的Anaconda安裝器等。

另外，Python標(biāo)準(zhǔn)庫中包含了多個可用來調(diào)用操作系統(tǒng)功能的庫。例如，通過pywin32這

個軟件包，可以訪問Windows的COM服務(wù)以及其他WindowsAPI；使用IronPython能夠直接

調(diào)用.NetFramework。

通常情況下，Python編寫的系統(tǒng)管理腳本，無論是可讀性，還是性能、代碼重用度以及擴(kuò)

展性方面，都優(yōu)于普通的shell腳本。

1.2.3人工智能領(lǐng)域

Python在人工智能領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)器學(xué)習(xí)（machinelearning）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（neuralnetwork）、深

度學(xué)習(xí)（deeplearning）等方面，都是主流的編程語言。

基于大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)發(fā)展而來的人工智能，其本質(zhì)上已經(jīng)無法離開Python的支持，

原因至少有以下幾點(diǎn)：

（1）目前世界上優(yōu)秀的人工智能學(xué)習(xí)框架，比如TensorFlow（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架）、PyTorch（神

經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架）以及Keras神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫等，都是用Python實(shí)現(xiàn)的。

（2）微軟的CNTK（認(rèn)知工具包）也完全支持Python，并且該公司開發(fā)的VisualStudio

Code，也已經(jīng)把Python作為第一級語言進(jìn)行支持。

（3）Python擅長進(jìn)行科學(xué)計算和數(shù)據(jù)分析，支持各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以繪制出高質(zhì)量的2D

和3D圖像。

總之，人工智能時代的來臨，使得Python從眾多編程語言中脫穎而出。

1-2

單元一Python篇與機(jī)器溝通

1.2.4網(wǎng)絡(luò)爬蟲

Python語言很早就用來編寫網(wǎng)絡(luò)爬蟲。Google等搜索引擎公司大量地使用Python語言編

寫網(wǎng)絡(luò)爬蟲。

從技術(shù)層面上講，Python提供了很多服務(wù)于編寫網(wǎng)絡(luò)爬蟲的工具，如urllib、Selenium和

BeautifulSoup等，還提供了一個網(wǎng)絡(luò)爬蟲框架Scrapy。

1.2.5科學(xué)計算

和其他解釋型語言（如shell、JavaScript、PHP）相比，Python在數(shù)據(jù)分析、可視化方面

有相當(dāng)完善和優(yōu)秀的庫，如NumPy、SciPy、Matplotlib、pandas等，這可以滿足Python程序員

編寫科學(xué)計算程序。

1.2.6游戲開發(fā)

很多游戲使用C++編寫圖形顯示等高性能模塊，而使用Python或Lua編寫游戲的邏輯模塊。

和Python相比，Lua的功能更簡單，體積更??；而Python則支持更多的特性和數(shù)據(jù)類型。

例如，游戲SidMeier'sCivilization（《文明》）（見圖1-2）就是使用Python實(shí)現(xiàn)的。