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人工智能 高中版

任友群   繪:   譯:  

  • 開本:16
  • 頁數:213
  • 出版時間:2020-1
  • 書號:978-7-5444-9178-5
  • 定價:88.00
  • 叢書:
  • 品牌:
京東 當當
內容簡介

叢書是面向全體中小學生的人工智能教材,旨在順應時代發展,從提升中小學生綜合素養入手,幫助學生做好面向未來、迎接人工智能時代到來的準備。內容圍繞人工智能主題展開,不囿于技術,充分凸顯課程育人的功能,重在培養學生的高階思維品質和與之相適應的意識、能力和行為習慣。本書是人工智能第三進階(高中階段),主要目標是人工智能初創造——以項目化學習的方式利用開發者平臺與工具進行項目學習,幫助學生學習人工智能開發,孕育創新的種子。主要內容包括:出行路徑早知道、聽懂人話的汽車、能識別車牌的閘機、繁忙路口的智能預警、尋找停車場的“問答”、當“座駕”有了好奇心。

目 錄
引言

提示: 在人工智能誕生之初,人們就期待它像人一樣具備視聽感知、語言理解甚至認知世界的能力。人工智能是什么,它經歷了怎樣的發展歷程?它有哪些流派?它與大數據、超級計算、數學模型有著怎樣的關聯……在引言部分,我們一起探討這些重要而基礎的話題,為后面的項目化學習作好鋪墊。

拓展性議題: 人與機器的區別和差異
項目一? 出行路徑早知道

提示: 從“無人駕駛”的規劃路徑入手,解析車載導航“地圖”背后人工智能技術的秘密。項目以廣度優先算法、迪杰斯特拉算法為核心,介紹解決無權值圖和有權值圖上最短路徑問題,同時在活動中體驗計算機中的地圖構建和搜索方式。

任務 1?什么是路徑規劃
任務 2?圖的數據結構
任務 3?無權值圖上的路徑規劃
任務 4?有權值圖上的路徑規劃

拓展性議題: 旅行商問題
項目二? 聽懂人話的汽車
提示: 從與車載語音設備對話入手,解析語音識別背后人工智能技術的秘密。項目通過傅里葉變換將音頻從時域信號轉換為頻域信號;通過三角濾波等進行特征提取,得到梅爾頻率倒譜系數;通過 GMM+HMM 等實現語音識別;通過孤立詞語音識別模型的搭建增強學生的體驗。
任務 1?語音識別的體驗
任務 2?語音編碼和語音特征
任務 3?語音的特征提取
任務 4?搭建孤立詞語音識別模型
拓展性議題: 聽音辨罪犯

項目三? 能識別車牌的閘機
提示: 從車庫閘機對車牌識別的情景入手,解析圖像識別背后人工智能技術的秘密。項目通過介紹使用灰度化、二值化對采集的圖像數據進行預處理,再分別用 SVM 和 DNN 方法對車牌數字進行識別,讓學生感受不同圖像識別算法之間的差異。
任務 1?圖像識別與圖像的預處理
任務 2?用支持向量機方法識別車牌
任務 3?基于深度模型的車牌識別

拓展性議題: AI 診斷讀片


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編輯推薦

1. 本書基于項目化學習的理念展開編寫,通過一個個的項目來引導學生認識人工智能中的幾個主要板塊,如路徑規劃、圖像識別、語音識別、視頻分析、自然語言等。

2. 編寫團隊既有高校的教授,也有高中學段的特級教師,高標準、嚴要求,讓圖書的內容經得起推敲,給人以啟發和思考。

3. 圖文并茂,語言文字簡潔生動,讓讀者閱讀成為一種享受。

4. 課程本身是立體課程,與線上的互動,讓人工智能不再神秘。

5. 本書中有許多內容是其他人工智能教材中沒有的,如對于人工智能的情感性的探討、具有啟發性的項目設計等,都讓讀者不再止步于模仿和重復,而是嘗試著突破和創新。

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前 言

什么是人工智能
人工智能( Artificial Intelligence,簡稱“AI”)自誕生之日起,其定義與內涵就一直存在爭議。從字面上看, AI 由“人工”和“智能”兩詞構成,其核心是智能。因此,人工智能首先是智能的一種。但是人工智能是人造的,而非自然形成的智能(如我們人類的智能就是經過長期的進化而形成的一種生物智能)。進一步理解人工智能的關鍵,在于理解“智能是什么”,這其實是一個難以回答的問題。一個普遍的認識是“智能是利用知識解決問題的能力”。作為“萬物之靈長”的人類,其智能很大程度上就體現在人類能夠發現知識并利用知識解決各類問題。人工智能的研究與實踐的一個重要目標就是回答“智能是什么”這一問題。對這個問題的回答,將成為我們這代人甚至后面幾代人共同努力的方向與目標。

如果需要給人工智能下一個定義,可以表述為:人工智能是通過智能機器延伸、增強人類改造自然和治理社會能力的科學與技術。人工智能首先是一門科學,因為我們需要解釋智能的本質,需要回答智能能否計算、如何計算等科學問題。人工智能更是一項工程,因為我們需要讓機器實現對于人類智能的模擬,從而解決需要人類智能才能解決的問題。因此,人工智能兼有科學與工程的屬性。也正是這個原因,決定了人工智能的跨學科和綜合特性。人工智能涉及哲學、心理學、數學、語言學、計算機等多個學科。人工智能的最終目標不是發展自主的機器智能,而是借助人工智能增強人類認識世界、改造世界的能力。拓展和延伸人類的智能,并最終造福人類社會,是發展人工智能的根本使命,也是唯一使命。

人工智能是以人類智能為模板進行拓印與塑形的,理解與模擬人類智能是人工智能實現的基本路徑。人類智能,外觀體現為行為,內察體現為思維。人工智能的研究與實踐不論其形式如何不同,其最終落腳點要么是讓機器具備人類身體的智能行為能力,要么是讓機器具備人類心靈的復雜思維能力。

人類的智能行為能力體現在其身體的感知與運動能力。我們的身體具有五官與四肢。我們通過五官識音辨聲、識圖辨形、辨別氣味等,通過四肢操縱物體、運動身體,從而實現身體與環境的復雜交互。機器實現這些能力需要具備模式識別與反饋控制能力。比如,為了識別一個手寫字是不是“0”,機器必須能夠從手寫體輸入數據中識別出“0”所對應的書寫模式。模式識別能力是我們五官所具備的基本能力。我們人類的四肢能夠十分柔韌、靈活地做出各類動作,實現各類物體操縱,這背后體現的是人類四肢與環境的強大交互能力。比如機械手臂在抓舉物品時,需要實時感知物品的位置以及抓舉的力度,從而及時調整抓舉的動作與姿態,最終完成抓舉動作。近年來,機器在模式識別與運動控制等能力上飛速發展,已經初步達到人類水平。以感知數據中的模式、物理世界的狀態為主,讓機器具備人類的智能行為為主要目標的人工智能研究和實踐,我們稱之為“感知派”。

人類的智能更為鮮明地體現在人類的復雜心智上。人類的心智活動十分多樣,包括語言理解、場景理解、調度規劃、智能檢索、學習歸納、推理決策等。塑造人類心智能力的器官是我們的大腦。理解大腦的運作機制,從而實現類腦智能,一直以來是科學家們持之以恒為之奮斗的目標之一。隨著人工智能的發展,讓機器具有一顆聰慧的大腦,已被迫切地提上議事日程。有身無心的機器就好比沒有靈魂的“僵尸”,雖然也能解決很多問題,但是難以進入人類社會,成為人類有趣的“伙伴”。如果人工智能的發展僅是停留在感知與運動階段,機器只是達到了一般動物的智能水平,而真正意義上使得人類從動物本性中脫胎而出的是人類獨有的心智能力。雖然動物也有大腦,也有一定的心智水平,但是人類心智與動物心智的根本差別在于人類的認知能力。認知能力是指人腦接受外界信息,經過加工處理,轉換成內在的心理活動,從而形成對世界的認知體驗的過程。它包括時空認知、因果認知、語言認知、文化認知等方面。很顯然,目前只有人類具有認知能力,以“認知”為基礎的人工智能研究和實踐,被稱為“認知派”,將是未來人工智能研究與實踐的焦點。

值得注意的是,雖然人類是實現人工智能的模板,但是人工智能在當下的實踐已經不單單以“類人”為目標,很多時候是遠超人類水平的。人類的特定智能很多情況下是有局限的。比如,我們在決定買哪本人工智能教材時,其決策要素一般不超過 5—7 個,而機器則可以同時考慮數以百萬計的決策要素進行判斷。人類感知的物理范圍是十分有限的,而機器視覺可以識別數千米范圍內的目標。因此,在很多單項智能上,人類被機器超越只是時間問題,如計算、下棋、識圖、辨聲等。人工智能的發展進程必定是我們見證人類單項智能被機器逐步超越的過程。但是有一個至關重要的獎項,智能的“全能冠軍”,卻是機器難以從人類手中奪走的。無數個智能的單項冠軍也難以企及這一“全能冠軍”的智能水平。這就引出了人工智能的強弱之分的話題。

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作者簡介

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書 評

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