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丛书名:面向数字化时代高等学校计算机系列教材·大数据与人工智能
- 作者:杨军,刘振晗 主编;赵学军,李策,张帆,张潇,张向阳,刘毅,唐继婷,张潇澜 编著
- 出版时间:2024/12/1
- ISBN:9787302695783
- 出 版 社:清华大学出版社
- 中图法分类:TP18
- 页码:
- 纸张:胶版纸
- 版次:
- 开本:16开
-
商品库位:
本教材结合人才培养与计算机教育改革的新思想、新要求,以人工智能技术和应用为核心,融合计算机科学、软件工程、数据科学等多学科知识,旨在循序渐进地引导学生掌握人工智能的基础概念、支撑理论,并深入程序设计和新一代信息技术的专业应用实践,通过理论讲解、实践案例和习题练习,致力于培养学生的人工智能理论知识和实践技能,奠定学生在人工智能领域深入研究和创新的能力。本书适合作为高等学校新生的优质门计算机类通识课程教材,也适合计算机爱好者自学使用。
通过理论讲解、实践案例和习题练习,致力于培养学生人工智能的理论知识和实践技能,奠定其在人工智能领域深入研究和创新的能力。
前言
在21世纪的今天,以物联网、大数据和人工智能为代表的新一代信息技术正以前所未有的速度发展,并深刻影响着社会的每一个角落。我们已迈入一个以人工智能为标志的“未来时代”。2018年,印发《高等学校人工智能创新行动计划》,明确提出要引导高等学校在人工智能领域实现科技创新和人才培养的重大突破,以满足国家战略需求。
本教材应运而生,结合人才培养与计算机教育改革的新思想、新要求,以人工智能技术和应用为核心,融合计算机科学、软件工程、数据科学等多学科知识,旨在循序渐进地引导学生掌握人工智能的基础概念、支撑理论,并深入程序设计和新一代信息技术的专业应用实践,适合作为高等学校新生的优质门计算机类课程教材,也适合计算机爱好者自学使用。
第1章计算机与人工智能基础为本课程奠定基石,介绍计算机科学的基础知识与人工智能的历史背景,涵盖计算机的诞生、发展以及人工智能的起源和重要里程碑,为学生提供理解人工智能发展脉络的坚实基础。
第2章计算机中的信息表示与编码深入信息在计算机中的表示与编码技术,为学生揭示数据预处理和特征工程的基本原理,为后续学习人工智能算法打下坚实基础。
第3章计算机系统基础详细介绍计算机系统组成、操作系统工作原理及云计算技术,强调操作系统在人工智能应用中的关键作用,以及云计算对大规模数据处理和机器学习任务的支持。
第4章Python程序设计基础专注于人工智能领域首选编程语言Python的教学,从基础语法到高级特性,通过实践项目和案例分析,使学生能够运用Python解决人工智能问题。
第5章计算机网络和物联网探讨网络技术在人工智能领域的应用,包括物联网的体系结构、关键技术和应用案例,强调网络技术在智能设备互联和数据收集中的重要性。
第6章走进大数据聚焦大数据技术及其在人工智能中的核心作用,介绍大数据的基本概念、处理技术、分析和挖掘方法,帮助学生理解大数据如何支撑人工智能的发展。
第7章探索人工智能介绍人工智能的主要研究领域和前沿技术,如机器学习、深度学习、自然语言处理、计算机视觉等,深入探讨其原理、应用和发展趋势,激发学生的创新思维和研究兴趣。
本教材通过理论讲解、实践案例和习题练习,致力于培养学生人工智能的理论知识和实践技能,奠定其在人工智能领域深入研究和创新的能力。
特别感谢中国矿业大学(北京)人工智能学院计算机科学与技术系研究生张潇澜、杨增龙、吴建国、陈佳悦、王燕、孙书龙、谢海珍、王薇、沈博韬、李晨尧、邱敏等,他们在本书的撰写过程中做了大量工作。
此外,还感谢中国矿业大学(北京)的赵学军、李策、张潇、唐继婷、张帆、张向阳、刘毅老师,他们提出了很多有价值的建议,对本书的内容形成起到了关键的引导和支撑作用。最后,特别感谢清华大学出版社的郭赛编辑对本书出版的大力支持和帮助。
作者
2025年5月
目录
第1章计算机与人工智能基础1
1.1计算机的诞生1
1.1.1计算工具的演变2
1.1.2优质台计算机的诞生5
1.1.3计算机历史重要人物6
1.2计算机发展8
1.2.1计算机发展的4个阶段8
1.2.2摩尔定律11
1.2.3中国计算机的发展12
1.3人工智能的起源15
1.3.1人类智能与人工智能15
1.3.2人工智能的诞生18
1.3.3人工智能的定义18
1.4人工智能的发展19
1.4.1人工智能的起源与发展19
1.4.2中国人工智能的发展24
习题27
第2章计算机中的信息表示与编码28
2.1计算机中的信息表示28
2.1.1数制28
2.1.2不同数制之间的转换29
2.1.3二进制数的运算规则31
2.1.4计算机中的数据存储单位32
2.1.5数值型数据的表示与处理32
2.2计算机信息编码34
2.2.1字符编码34
2.2.2数字编码36
2.2.3汉字编码37
2.2.4多媒体信息编码38
习题40
第3章计算机系统基础41
3.1计算机的基本组成41
3.1.1计算机的工作原理41
3.1.2计算机硬件系统44
3.1.3计算机软件系统46
3.1.4微型计算机系统47
3.2操作系统的发展与分类59
3.2.1操作系统的定义59
3.2.2操作系统的发展历程60
3.2.3操作系统的作用62
3.2.4操作系统的性能指标62
3.2.5操作系统的基本特征63
3.2.6相关概念64
3.2.7操作系统的基本类型64
3.3操作系统的功能66
3.3.1处理机管理66
3.3.2存储管理66
3.3.3设备管理66
3.3.4信息管理67
3.3.5用户接口67
3.3.6进程的概念67
3.3.7进程的描述及上下文68
3.3.8进程的状态及其转换69
3.3.9进程之间的制约关系及死锁问题70
3.3.10线程的概念70
3.4常见操作系统简介71
3.4.1Windows系列71
3.4.2UNIX操作系统简介72
3.4.3Linux操作系统简介73
3.5云计算74
3.5.1云计算概述74
3.5.2云计算基本原理与特点75
3.5.3云计算与其他超级计算的区别77
3.5.4云计算应用领域79
3.5.5云计算关键技术81
3.5.6云计算与物联网的结合87
3.5.7云数据中心89
3.5.8云服务中心91
习题92
第4章Python程序设计基础93
4.1初识Python93
4.1.1Python语言的发展93
4.1.2Python语言的特点93
4.1.3Python环境搭建94
4.1.4编译与解释95
4.1.5变量95
4.1.6保留字96
4.1.7运算符96
4.1.8赋值语句97
4.1.9缩进与注释98
4.1.10输入与输出99
4.1.11列表101
习题102
4.2数据基本类型104
4.2.1数字类型105
4.2.2字符串107
4.2.3元组109
4.2.4列表111
4.2.5字典115
4.2.6集合118
4.2.7类型转换121
习题122
4.3程序的控制结构124
4.3.1程序设计的基本结构124
4.3.2顺序结构127
4.3.3选择结构127
4.3.4循环结构129
习题131
4.4函数133
4.4.1函数的调用过程134
4.4.2局部变量与全局变量135
习题136
第5章计算机网络和物联网137
5.1计算机网络概述137
5.1.1计算机网络概念137
5.1.2计算机网络的组成137
5.1.3网络类型及拓扑结构139
5.1.4网络的技术术语141
5.1.5网络协议与体系结构的基本概念142
5.1.6OSI/RM开放系统互连参考模型143
5.1.7TCP/IP的体系结构145
5.2物联网的产生和发展145
5.2.1二维码支付145
5.2.2校园一卡通146
5.2.3刷身份证进站乘车147
5.2.4电子停车收费148
5.2.5手机导航与计步148
5.2.6物联网的概念与特征150
5.2.7物联网的起源与发展152
5.2.8物联网支撑第四次工业革命154
5.2.9物联网支撑中国制造2025156
5.3物联网体系结构157
5.3.1物联网体系结构的定义157
5.3.2物联网四层体系结构157
5.4物联网的核心技术160
5.4.1条形码161
5.4.2RFID技术167
5.4.3传感器170
5.5物联网典型应用173
5.5.1智能交通与智慧物流173
5.5.2环境监测与医疗健康174
5.5.3智能家居与智能电网174
习题175
第6章走进大数据177
6.1大数据的基本概念177
6.1.1数据类型177
6.1.2大数据的信息处理178
6.2大数据技术基础180
6.2.1大数据存储技术180
6.2.2数据质量治理182
6.3大数据与大数据技术的发展历程184
6.3.1大数据的发展历程184
6.3.2大数据技术的发展历程185
6.3.3大数据的发展趋势187
6.4大数据分析挖掘189
6.4.1基本统计分析189
6.4.2聚类分析193
6.4.3城市轨道交通客流聚类分析195
6.4.4关联规则挖掘204
习题208
第7章探索人工智能210
7.1人工智能研究领域210
7.1.1人工智能的诞生与发展210
7.1.2知识表示与知识图谱212
7.1.3机器感知与机器行为215
7.1.4机器思维与机器学习216
7.1.5专用人工智能和通用人工智能217
7.2模拟人类的系统218
7.2.1系统的定义218
7.2.2系统的一般结构219
7.2.3系统中的产生式知识表示220
7.2.4动物识别系统222
7.3模拟人看东西的计算机视觉224
7.3.1计算机视觉的任务224
7.3.2人脸识别225
7.3.3虹膜识别226
7.4模拟人看书听话的自然语言理解226
7.4.1怎样才算理解了人的语言227
7.4.2自然语言理解的发展227
7.4.3基于循环神经网络的机器翻译228
7.4.4让计算机听懂人说话的语音识别229
7.5模拟生物神经系统的人工神经网络与机器学习230
7.5.1人工神经元与人工神经网络230
7.5.2掀起人工智能优质次高潮的感知器231
7.5.3掀起人工智能第二次高潮的BP学习算法232
7.5.4掀起人工智能第三次高潮的深度学习235
7.6模拟生物特性的智能计算238
7.6.1生物进化的过程239
7.6.2模拟生物进化的遗传算法239
7.6.3模拟鸟群觅食行为的粒子群优化算法242
7.6.4模拟蚁群觅食行为的蚁群算法243
7.7游戏中的人工智能技术244
7.7.1人工智能游戏244
7.7.2游戏人工智能246
7.7.3史上最著名的两次人机大战247
7.7.4人工智能研究中的“果蝇”248
7.7.5扫雷机人工智能游戏开发249
习题250
参考文献252