為深入貫徹落實黨的二十大精神，加快建設數(shù)字中國，培養(yǎng)大批具備計算思維和人工智能素養(yǎng)的創(chuàng)新人才，本書以培養(yǎng)學生的計算思維能力和人工智能應用能力為目標，力求做到理論與實踐相結(jié)合、知識與能力并重、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、實用性強的人工智能通識課教材。
本書分為理論篇和實踐篇兩大部分，共8章。第1～6章為理論篇，從計算思維與計算機系統(tǒng)基礎入手，詳細介紹了計算機系統(tǒng)基礎知識，深入探討了人工智能的概念、核心要素、關(guān)鍵技術(shù)及應用，幫助學習者全面掌握人工智能的理論體系。此外，還涵蓋了分布式計算環(huán)境、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)，幫助學習者了解人工智能在當代技術(shù)環(huán)境中的應用與發(fā)展趨勢。第7～8章為實踐篇，聚焦Python編程實戰(zhàn)，通過實驗和項目實戰(zhàn)逐步引導學習者掌握Python編程技巧，掌握如何利用AI開放平臺編程實現(xiàn)文字識別、圖像識別等功能；深入探討AIGC(生成式人工智能)工具的應用，涵蓋寫作、圖表、演示文稿、圖像、視頻、代碼生成等多個領(lǐng)域，結(jié)合實際案例，幫助學習者快速上手AIGC工具，提升工作效率。
本書緊跟時代步伐，注重思維訓練，強化實踐應用，既適合作為高等院校人工智能通識課程的教材，也可作為人工智能愛好者的自學用書。
以培養(yǎng)學生的計算思維能力和人工智能應用能力為目標，力求做到理論與實踐相結(jié)合、知識與能力并重、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、實用性強的人工智能通識課教材。
計算思維與人工智能基礎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，推動著社會各領(lǐng)域向智能化方向加速演進。為深入貫徹落實黨的二十大精神，加快建設數(shù)字中國，培養(yǎng)大批具備計算思維和人工智能素養(yǎng)的創(chuàng)新人才，本書緊密結(jié)合社會發(fā)展需求，以培養(yǎng)學生的計算思維能力和人工智能應用能力為目標，力求做到理論與實踐相結(jié)合、知識與能力并重、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、實用性強的人工智能通識課教材。
本書特色如下。
(1) 緊跟時代步伐，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，涵蓋了機器學習、深度學習、自然語言處理、計算機視覺等前沿技術(shù)，并介紹了生成式人工智能(AIGC)等新興領(lǐng)域，幫助學生了解人工智能的最新發(fā)展動態(tài)和應用前景。
(2) 注重思維訓練，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
本書以計算思維為主線，引導學生運用抽象、分解、模式識別、算法設計等思維方式分析和解決問題，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力。
(3) 強化實踐應用，提升動手能力。
本書設計了豐富的實驗和案例，引導學生運用Python編程語言和人工智能開放平臺進行實踐操作，幫助學生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力，提升學生的動手能力和解決實際問題的能力。
(4) 融入思政元素，培養(yǎng)家國情懷。
本書將社會主義核心價值觀、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、科技強國戰(zhàn)略等思政元素融入教學內(nèi)容，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，培養(yǎng)學生的家國情懷和社會責任感。
此外，本書中利用思考與探索角色模擬能力拓展與訓練等欄目多方位、多角度培養(yǎng)學生工程能力，包括終身學習能力、團隊工作和交流能力、社會及企業(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理論、核心技術(shù)以及典型應用；培育學生在人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新思維與實踐能力；幫助學生突破傳統(tǒng)學科的界限，養(yǎng)成跨學科的思考模式；有力推動學科交叉融合，促進復合型人才的培養(yǎng)。
本書由河北工程大學與中智訊(武漢)科技有限公司聯(lián)合編寫，河北工程大學本科教材建設基金資助出版，河北工程大學信息與電氣工程學院領(lǐng)導提供了大量的意見和建議，人工智能通識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，在此表示感謝。編者參閱和引用了大量參考文獻，在此對相關(guān)作者表示衷心的感謝。
由于作者的水平有限及時間倉促，書中難免存在不足之處，懇請讀者批評和指正，以使其更臻完善！
編者2025年3月
計算思維與人工智能基礎理論篇
第1章計算思維與計算機系統(tǒng)基礎3
1.1計算機技術(shù)3
1.1.1計算機的發(fā)展3
1.1.2圖靈機模型4
1.1.3馮·諾依曼機6
1.1.4計算機的主要特點6
1.1.5計算機的分類7
1.1.6計算機的主要應用8
1.2計算思維9
1.2.1計算思維的概念9
1.2.2計算思維的本質(zhì)9
1.2.3計算思維的特征10
1.2.4計算思維中的思維方式11
1.3信息在計算機內(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計算機系統(tǒng)基礎29
1.4.1計算機系統(tǒng)概述29
1.4.2計算機硬件系統(tǒng)31
1.4.3計算機軟件系統(tǒng)40
1.4.4計算機的基本工作原理50
基礎知識練習51
能力拓展與訓練52第2章人工智能基礎53
2.1認識人工智能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機器學習60
2.6.2深度學習64
2.6.3機器視覺69
2.6.4自然語言處理71
2.6.5知識圖譜73
2.6.6語音處理77
2.6.7智能機器人79
2.7人工智能在各領(lǐng)域中的應用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)展人工智能對社會的利與弊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
基礎知識練習100
能力拓展與訓練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算法的設計與分析104
3.2.1問題求解的步驟104
3.2.2數(shù)學建模105
3.2.3算法的描述106
3.2.4常用的算法設計策略109
3.2.5算法分析116
3.3算法的實現(xiàn)程序設計語言119
3.3.1程序設計語言的分類119
3.3.2語言處理程序120
基礎知識練習121
能力拓展與訓練122第4章人工智能之程序思維124
4.1認識軟件、程序和程序設計124
4.2Python語言概述126
4.2.1Python語言的特點126
4.2.2Python環(huán)境搭建127
4.2.3Python的開發(fā)環(huán)境127
4.3Python語言基礎131
4.3.1標識符和關(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、對象、變量和動態(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運算符和表達式149
4.6.1運算符149
4.6.2表達式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模塊的導入和使用164
4.8.2Python標準庫165
4.8.3Python第三方庫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
基礎知識練習173
能力拓展與訓練176第5章人工智能之大模型技術(shù)應用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)機器學習模型的區(qū)別178
5.1.3AI大模型技術(shù)對社會的影響與發(fā)展趨勢178
5.1.4AI大模型的工作原理179
5.1.5我國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)理論簡述183
5.2.3AIGC的主要特點184
5.2.4AIGC的發(fā)展歷程185
5.2.5AIGC的價值185
5.2.6AIGC面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢186
5.3常見的AIGC大模型187
5.3.1綜合型大語言模型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
基礎知識練習229
能力拓展與訓練229第6章人工智能之分布式計算環(huán)境231
6.1互聯(lián)網(wǎng)231
6.1.1計算機網(wǎng)絡概述231
6.1.2局域網(wǎng)234
6.1.3互聯(lián)網(wǎng)236
6.2云計算242
6.2.1云計算的概念242
6.2.2云計算的特征242
6.2.3云計算的分類243
6.2.4云計算的關(guān)鍵技術(shù)245
6.2.5云計算的應用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)塊鏈的應用263
基礎知識練習264
能力拓展與訓練265
實踐篇
第7章人工智能之Python編程實戰(zhàn)269
7.1Python編程基礎實戰(zhàn)269
一、 實驗目標269
二、 實驗內(nèi)容269
7.2Python控制結(jié)構(gòu)270
一、 實驗目標270
二、 實驗內(nèi)容271
7.3Python函數(shù)和文件的使用272
一、 實驗目標272
二、 實驗內(nèi)容272
7.4常用算法設計策略的Python實現(xiàn)274
一、 實驗目標274
二、 實驗內(nèi)容274
7.5AI開放平臺的使用基礎276
一、 實驗目標276
二、 預備知識276
三、 實驗內(nèi)容279
7.6在百度開放平臺使用Python編程調(diào)用API282
一、 實驗目標282
二、 實驗內(nèi)容283
7.7在訊飛開放平臺使用Python編程調(diào)用API286
一、 實驗目標286
二、 預備知識286
三、 實驗內(nèi)容287第8章AIGC應用實戰(zhàn)290
8.1寫作類AIGC工具的應用290
一、 實驗目標290
二、 應用案例分析290
三、 項目實戰(zhàn)293
8.2圖表類AIGC工具的應用293
一、 實驗目標293
二、 應用案例分析293
三、 項目實戰(zhàn)295
8.3演示文稿類AIGC工具的應用295
一、 實驗目標295
二、 應用案例分析295
三、 項目實戰(zhàn)297
8.4圖像類AIGC工具的應用298
一、 實驗目標298
二、 應用案例分析298
三、 項目實戰(zhàn)300
8.5視頻類AIGC工具的應用300
一、 實驗目標300
二、 應用案例分析300
三、 項目實戰(zhàn)302
8.6代碼類AIGC工具的應用302
一、 實驗目標302
二、 應用案例分析302
三、 項目實戰(zhàn)304
8.7AI智能體搭建305
一、 實驗目標305
二、 應用案例分析305
三、 項目實戰(zhàn)308參考文獻309
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