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叢書名：面向數(shù)字化時代高等學校計算機系列教材·大數(shù)據(jù)與人工智能
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- 作者：楊軍，劉振晗 主編；趙學軍，李策，張帆，張瀟，張向陽，劉毅，唐繼婷，張瀟瀾 編著
- 出版時間：2024/12/1
- ISBN：9787302695783
- 出 版 社：清華大學出版社
- 中圖法分類：TP18
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本教材結(jié)合人才培養(yǎng)與計算機教育改革的新思想、新要求，以人工智能技術(shù)和應用為核心，融合計算機科學、軟件工程、數(shù)據(jù)科學等多學科知識，旨在循序漸進地引導學生掌握人工智能的基礎(chǔ)概念、支撐理論，并深入程序設(shè)計和新一代信息技術(shù)的專業(yè)應用實踐，通過理論講解、實踐案例和習題練習，致力于培養(yǎng)學生的人工智能理論知識和實踐技能，奠定學生在人工智能領(lǐng)域深入研究和創(chuàng)新的能力。本書適合作為高等學校新生的優(yōu)質(zhì)門計算機類通識課程教材，也適合計算機愛好者自學使用。
通過理論講解、實踐案例和習題練習，致力于培養(yǎng)學生人工智能的理論知識和實踐技能，奠定其在人工智能領(lǐng)域深入研究和創(chuàng)新的能力。
前言
在21世紀的今天，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的新一代信息技術(shù)正以前所未有的速度發(fā)展，并深刻影響著社會的每一個角落。我們已邁入一個以人工智能為標志的“未來時代”。2018年，印發(fā)《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，明確提出要引導高等學校在人工智能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)的重大突破，以滿足國家戰(zhàn)略需求。
本教材應運而生，結(jié)合人才培養(yǎng)與計算機教育改革的新思想、新要求，以人工智能技術(shù)和應用為核心，融合計算機科學、軟件工程、數(shù)據(jù)科學等多學科知識，旨在循序漸進地引導學生掌握人工智能的基礎(chǔ)概念、支撐理論，并深入程序設(shè)計和新一代信息技術(shù)的專業(yè)應用實踐，適合作為高等學校新生的優(yōu)質(zhì)門計算機類課程教材，也適合計算機愛好者自學使用。
第1章計算機與人工智能基礎(chǔ)為本課程奠定基石，介紹計算機科學的基礎(chǔ)知識與人工智能的歷史背景，涵蓋計算機的誕生、發(fā)展以及人工智能的起源和重要里程碑，為學生提供理解人工智能發(fā)展脈絡(luò)的堅實基礎(chǔ)。
第2章計算機中的信息表示與編碼深入信息在計算機中的表示與編碼技術(shù)，為學生揭示數(shù)據(jù)預處理和特征工程的基本原理，為后續(xù)學習人工智能算法打下堅實基礎(chǔ)。
第3章計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)詳細介紹計算機系統(tǒng)組成、操作系統(tǒng)工作原理及云計算技術(shù)，強調(diào)操作系統(tǒng)在人工智能應用中的關(guān)鍵作用，以及云計算對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和機器學習任務(wù)的支持。
第4章Python程序設(shè)計基礎(chǔ)專注于人工智能領(lǐng)域首選編程語言Python的教學，從基礎(chǔ)語法到高級特性，通過實踐項目和案例分析，使學生能夠運用Python解決人工智能問題。
第5章計算機網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)探討網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人工智能領(lǐng)域的應用，包括物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和應用案例，強調(diào)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)收集中的重要性。
第6章走進大數(shù)據(jù)聚焦大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在人工智能中的核心作用，介紹大數(shù)據(jù)的基本概念、處理技術(shù)、分析和挖掘方法，幫助學生理解大數(shù)據(jù)如何支撐人工智能的發(fā)展。
第7章探索人工智能介紹人工智能的主要研究領(lǐng)域和前沿技術(shù)，如機器學習、深度學習、自然語言處理、計算機視覺等，深入探討其原理、應用和發(fā)展趨勢，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和研究興趣。
本教材通過理論講解、實踐案例和習題練習，致力于培養(yǎng)學生人工智能的理論知識和實踐技能，奠定其在人工智能領(lǐng)域深入研究和創(chuàng)新的能力。
特別感謝中國礦業(yè)大學（北京）人工智能學院計算機科學與技術(shù)系研究生張瀟瀾、楊增龍、吳建國、陳佳悅、王燕、孫書龍、謝海珍、王薇、沈博韜、李晨堯、邱敏等，他們在本書的撰寫過程中做了大量工作。
此外，還感謝中國礦業(yè)大學（北京）的趙學軍、李策、張瀟、唐繼婷、張帆、張向陽、劉毅老師，他們提出了很多有價值的建議，對本書的內(nèi)容形成起到了關(guān)鍵的引導和支撐作用。最后，特別感謝清華大學出版社的郭賽編輯對本書出版的大力支持和幫助。
作者
2025年5月
目錄
第1章計算機與人工智能基礎(chǔ)1
1.1計算機的誕生1
1.1.1計算工具的演變2
1.1.2優(yōu)質(zhì)臺計算機的誕生5
1.1.3計算機歷史重要人物6
1.2計算機發(fā)展8
1.2.1計算機發(fā)展的4個階段8
1.2.2摩爾定律11
1.2.3中國計算機的發(fā)展12
1.3人工智能的起源15
1.3.1人類智能與人工智能15
1.3.2人工智能的誕生18
1.3.3人工智能的定義18
1.4人工智能的發(fā)展19
1.4.1人工智能的起源與發(fā)展19
1.4.2中國人工智能的發(fā)展24
習題27
第2章計算機中的信息表示與編碼28
2.1計算機中的信息表示28
2.1.1數(shù)制28
2.1.2不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換29
2.1.3二進制數(shù)的運算規(guī)則31
2.1.4計算機中的數(shù)據(jù)存儲單位32
2.1.5數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示與處理32
2.2計算機信息編碼34
2.2.1字符編碼34
2.2.2數(shù)字編碼36
2.2.3漢字編碼37
2.2.4多媒體信息編碼38
習題40
第3章計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)41
3.1計算機的基本組成41
3.1.1計算機的工作原理41
3.1.2計算機硬件系統(tǒng)44
3.1.3計算機軟件系統(tǒng)46
3.1.4微型計算機系統(tǒng)47
3.2操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類59
3.2.1操作系統(tǒng)的定義59
3.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程60
3.2.3操作系統(tǒng)的作用62
3.2.4操作系統(tǒng)的性能指標62
3.2.5操作系統(tǒng)的基本特征63
3.2.6相關(guān)概念64
3.2.7操作系統(tǒng)的基本類型64
3.3操作系統(tǒng)的功能66
3.3.1處理機管理66
3.3.2存儲管理66
3.3.3設(shè)備管理66
3.3.4信息管理67
3.3.5用戶接口67
3.3.6進程的概念67
3.3.7進程的描述及上下文68
3.3.8進程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換69
3.3.9進程之間的制約關(guān)系及死鎖問題70
3.3.10線程的概念70
3.4常見操作系統(tǒng)簡介71
3.4.1Windows系列71
3.4.2UNIX操作系統(tǒng)簡介72
3.4.3Linux操作系統(tǒng)簡介73
3.5云計算74
3.5.1云計算概述74
3.5.2云計算基本原理與特點75
3.5.3云計算與其他超級計算的區(qū)別77
3.5.4云計算應用領(lǐng)域79
3.5.5云計算關(guān)鍵技術(shù)81
3.5.6云計算與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合87
3.5.7云數(shù)據(jù)中心89
3.5.8云服務(wù)中心91
習題92
第4章Python程序設(shè)計基礎(chǔ)93
4.1初識Python93
4.1.1Python語言的發(fā)展93
4.1.2Python語言的特點93
4.1.3Python環(huán)境搭建94
4.1.4編譯與解釋95
4.1.5變量95
4.1.6保留字96
4.1.7運算符96
4.1.8賦值語句97
4.1.9縮進與注釋98
4.1.10輸入與輸出99
4.1.11列表101
習題102
4.2數(shù)據(jù)基本類型104
4.2.1數(shù)字類型105
4.2.2字符串107
4.2.3元組109
4.2.4列表111
4.2.5字典115
4.2.6集合118
4.2.7類型轉(zhuǎn)換121
習題122
4.3程序的控制結(jié)構(gòu)124
4.3.1程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)124
4.3.2順序結(jié)構(gòu)127
4.3.3選擇結(jié)構(gòu)127
4.3.4循環(huán)結(jié)構(gòu)129
習題131
4.4函數(shù)133
4.4.1函數(shù)的調(diào)用過程134
4.4.2局部變量與全局變量135
習題136
第5章計算機網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)137
5.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述137
5.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)概念137
5.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成137
5.1.3網(wǎng)絡(luò)類型及拓撲結(jié)構(gòu)139
5.1.4網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)術(shù)語141
5.1.5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)的基本概念142
5.1.6OSI/RM開放系統(tǒng)互連參考模型143
5.1.7TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)145
5.2物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生和發(fā)展145
5.2.1二維碼支付145
5.2.2校園一卡通146
5.2.3刷身份證進站乘車147
5.2.4電子停車收費148
5.2.5手機導航與計步148
5.2.6物聯(lián)網(wǎng)的概念與特征150
5.2.7物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展152
5.2.8物聯(lián)網(wǎng)支撐第四次工業(yè)革命154
5.2.9物聯(lián)網(wǎng)支撐中國制造2025156
5.3物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)157
5.3.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的定義157
5.3.2物聯(lián)網(wǎng)四層體系結(jié)構(gòu)157
5.4物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)160
5.4.1條形碼161
5.4.2RFID技術(shù)167
5.4.3傳感器170
5.5物聯(lián)網(wǎng)典型應用173
5.5.1智能交通與智慧物流173
5.5.2環(huán)境監(jiān)測與醫(yī)療健康174
5.5.3智能家居與智能電網(wǎng)174
習題175
第6章走進大數(shù)據(jù)177
6.1大數(shù)據(jù)的基本概念177
6.1.1數(shù)據(jù)類型177
6.1.2大數(shù)據(jù)的信息處理178
6.2大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)180
6.2.1大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)180
6.2.2數(shù)據(jù)質(zhì)量治理182
6.3大數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展歷程184
6.3.1大數(shù)據(jù)的發(fā)展歷程184
6.3.2大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展歷程185
6.3.3大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢187
6.4大數(shù)據(jù)分析挖掘189
6.4.1基本統(tǒng)計分析189
6.4.2聚類分析193
6.4.3城市軌道交通客流聚類分析195
6.4.4關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘204
習題208
第7章探索人工智能210
7.1人工智能研究領(lǐng)域210
7.1.1人工智能的誕生與發(fā)展210
7.1.2知識表示與知識圖譜212
7.1.3機器感知與機器行為215
7.1.4機器思維與機器學習216
7.1.5專用人工智能和通用人工智能217
7.2模擬人類的系統(tǒng)218
7.2.1系統(tǒng)的定義218
7.2.2系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)219
7.2.3系統(tǒng)中的產(chǎn)生式知識表示220
7.2.4動物識別系統(tǒng)222
7.3模擬人看東西的計算機視覺224
7.3.1計算機視覺的任務(wù)224
7.3.2人臉識別225
7.3.3虹膜識別226
7.4模擬人看書聽話的自然語言理解226
7.4.1怎樣才算理解了人的語言227
7.4.2自然語言理解的發(fā)展227
7.4.3基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機器翻譯228
7.4.4讓計算機聽懂人說話的語音識別229
7.5模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與機器學習230
7.5.1人工神經(jīng)元與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)230
7.5.2掀起人工智能優(yōu)質(zhì)次高潮的感知器231
7.5.3掀起人工智能第二次高潮的BP學習算法232
7.5.4掀起人工智能第三次高潮的深度學習235
7.6模擬生物特性的智能計算238
7.6.1生物進化的過程239
7.6.2模擬生物進化的遺傳算法239
7.6.3模擬鳥群覓食行為的粒子群優(yōu)化算法242
7.6.4模擬蟻群覓食行為的蟻群算法243
7.7游戲中的人工智能技術(shù)244
7.7.1人工智能游戲244
7.7.2游戲人工智能246
7.7.3史上最著名的兩次人機大戰(zhàn)247
7.7.4人工智能研究中的“果蠅”248
7.7.5掃雷機人工智能游戲開發(fā)249
習題250
參考文獻252
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