自主智能系統基礎
陳虹 辛斌 賈慶山 李南
- 出版商: 清華大學
- 出版日期: 2025-10-01
- 售價: $414
- 語言: 簡體中文
- ISBN: 730269348X
- ISBN-13: 9787302693482
-
相關分類:
Reinforcement
下單後立即進貨 (約4週~6週)
商品描述
"自主智能系統是人工智能技術的重要現實應用形態，融合計算機科學、自動化與通信工程等領域的關鍵成果，已發展為重要的交叉學科方向。作為當前技術進展最為活躍的前沿之一，其應用正加速拓展至自動駕駛、服務機器人、智能制造等多個場景，成為支撐新興產業發展的核心技術，推動技術革新與社會進步。 本書共7章，構建了自主智能系統的基礎知識體系，涵蓋核心概念與關鍵算法，並配套實訓項目以強化理解與應用。內容突出系統視角，從任務出發闡釋感知、決策、執行等環節的協同作用；強調反饋機制，深入分析系統基於外部環境與自身狀態的反饋信息實現行為調整、自適應學習與持續優化的閉環運行特性。 本書適用於人工智能、自動化、機器人等相關專業的學生，兼顧理論學習與工程實踐，既可作為課程教材，也可作為科研訓練與應用開發的參考資料。"
作者簡介
陳虹，同濟大學特聘教授，中國自動化學會會士，國家傑出青年科學基金獲得者，曾任吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室主任。分別於1983年和1986年在浙江大學過程控制及自動化儀表專業獲工學學士和工學碩士學位，1997年以**榮譽(mit Auszeichung bestanden)在德國斯圖加特大學獲工學博士學位，2000年從吉林大學機械工程博士後流動站出站(合作導師郭孔輝院士)。
目錄大綱
目錄
第 1章自主智能系統概述 .................................................. 1
1.1自主智能系統的基本概念..........................................1
1.1.1定義與特征 ...................................................1
1.1.2組成與閉環結構 ............................................3
1.1.3學習與進化能力 ............................................4
1.1.4單體、分布與集群 .........................................5
1.2自主智能系統的發展與趨勢 ......................................7
1.2.1機械系統 ......................................................7
1.2.2自動化系統 ...................................................9
1.2.3自主智能系統..............................................12
1.3自主智能系統的應用場景........................................16
1.3.1自動駕駛 ....................................................16
1.3.2自主機器人 .................................................18
1.3.3智能能源系統..............................................19
1.4拓展閱讀 ...............................................................20
第 2章自主智能系統反饋理論.......................................... 23
2.1反饋的基本概念 .....................................................23
2.1.1反饋與前饋 .................................................23
2.1.2反饋的分類 .................................................26
2.1.3開環系統與閉環系統....................................27
2.1.4系統中的多層次反饋機制 .............................33
2.2反饋在自主系統中的作用........................................36
2.2.1穩定性........................................................36
2.2.2自適應性 ....................................................38
2.2.3學習與優化 .................................................39
2.3反饋系統案例 ........................................................40
2.3.1自然界中的反饋系統....................................40
2.3.2工程中的反饋系統 .......................................44
2.4實訓項目 ...............................................................52
2.4.1實訓項目 1：自然界中的反饋機制 ................52
2.4.2 實訓項目 2：工程中的反饋機制——基於 MATLAB仿真機械系統位置控制與反饋調節 ......................53
2.5拓展閱讀 ....................................................................................................53
第 3章環境感知系統 ............................................................................................ 55
3.1感知系統的基本概念 ...................................................................................55
3.1.1 定義與作用 ......................................................................................55
3.1.2 構成與分類 ......................................................................................57
3.2典型感知算法 .............................................................................................60
3.2.1 圖像預處理技術 ...............................................................................61
3.2.2 圖像投影變換...................................................................................64
3.2.3 三維變換與應用 ...............................................................................65
3.2.4 直線檢測 .........................................................................................66
3.2.5 圖像分割 .........................................................................................68
3.2.6 物體檢測與識別 ...............................................................................68
3.2.7 雷達點雲數據的預處理技術...............................................................71
3.2.8 點雲分類技術...................................................................................73
3.2.9 運動檢測與目標跟蹤.........................................................................76
3.2.10多傳感器數據融合技術....................................................................77
3.2.11環境建模........................................................................................80
3.3感知增強技術 .............................................................................................83
3.3.1 註意力機制在感知中的應用...............................................................83
3.3.2 數據驅動的感知系統反饋增強 ...........................................................89
3.4實訓項目 ....................................................................................................91
3.4.1 實訓項目 1：基於註意力機制的圖像分類 ...........................................91
3.4.2 實訓項目 2：基於深度學習的單目深度估計........................................93
3.4.3 實訓項目 3：基於深度學習的惡劣天氣下感知增強..............................95
3.5拓展閱讀 ....................................................................................................98
第 4章自主決策系統 .......................................................................................... 101
4.1決策系統的基本概念 .................................................................................101
4.1.1 定義 ..............................................................................................101
4.1.2 作用 ..............................................................................................102
4.2基於規則的決策 ........................................................................................103
4.2.1 條件-動作規則 ...............................................................................105
4.2.2 有限狀態機 ....................................................................................106
4.2.3 專家系統 .......................................................................................109
4.2.4 邏輯規則 .......................................................................................110
目錄 IX
4.3基於學習的自主決策 .................................................................................112
4.3.1動態規劃與強化學習.......................................................................113
4.3.2遷移學習與多任務學習 ...................................................................115
4.4模塊化與端到端方法的比較 .......................................................................117
4.4.1模塊化方法 ....................................................................................117
4.4.2端到端方法 ....................................................................................119
4.5實訓項目 ..................................................................................................121
4.5.1實訓項目 1：使用條件-動作決策實現縱向跟車 .................................121
4.5.2實訓項目 2：基於有限狀態機實現自動駕駛決策 ...............................121
4.5.3實訓項目 3：通過強化學習實現倒立擺平衡......................................122
4.6拓展閱讀 ..................................................................................................124
第 5章智能控制系統 .......................................................................................... 127
5.1控制系統的基本概念 .................................................................................127
5.1.1定義與組成 ....................................................................................127
5.1.2作用與性質 ....................................................................................129
5.1.3分類與特點 ....................................................................................129
5.2典型控制方法 ...........................................................................................131
5.2.1 PID控制.......................................................................................132
5.2.2全狀態反饋控制 .............................................................................140
5.3優化與自適應智能控制 ..............................................................................144
5.3.1優化控制與滾動優化.......................................................................145
5.3.2自適應控制 ....................................................................................148
5.4數據驅動的模型辨識 .................................................................................149
5.4.1典型辨識方法.................................................................................149
5.4.2最小二乘法辨識 .............................................................................150
5.5實訓項目 ..................................................................................................152
5.5.1實訓項目 1：最優路徑跟蹤 .............................................................152
5.5.2實訓項目 2：自適應溫度調節..........................................................153
5.6拓展閱讀 ..................................................................................................154
第 6章多智能體系統協同 ................................................................................... 157
6.1多智能體系統的基本概念...........................................................................157
6.1.1交互性、自組織與群智湧現.............................................................157
6.1.2協同、協作與協調 ..........................................................................161
6.1.3組織架構 .......................................................................................163
6.1.4通信拓撲 .......................................................................................164
6.2多智能體系統協同感知 ..............................................................................166
6.2.1信息共享機制.................................................................................168
6.2.2信息融合算法.................................................................................175
6.3多智能體系統協同決策 ..............................................................................183
6.3.1集中式決策與分布式決策 ................................................................183
6.3.2任務分配算法.................................................................................189
6.3.3沖突消解機制.................................................................................197
6.4多智能體系統協同控制 ..............................................................................200
6.4.1空間關系定義.................................................................................200
6.4.2協同運動控制算法 ..........................................................................204
6.5實訓項目：空地協同自主跟蹤定位系統設計 ................................................214
6.5.1項目目標 .......................................................................................214
6.5.2項目總體設計.................................................................................215
6.5.3硬件平臺 .......................................................................................215
6.5.4軟件系統 .......................................................................................217
6.5.5實驗與結果分析 .............................................................................221
6.6拓展閱讀 ..................................................................................................226
第 7章自主智能系統測評 ................................................................................... 227
7.1測評的基本概念 ........................................................................................227
7.1.1定義 ..............................................................................................228
7.1.2作用 ..............................................................................................228
7.2自主智能系統測評方法 ..............................................................................229
7.2.1測試場景建模.................................................................................230
7.2.2測試評價指標設計 ..........................................................................232
7.2.3測試場景庫生成與構建 ...................................................................234
7.2.4測試方法 .......................................................................................241
7.2.5智能測試理論.................................................................................247
7.3自主系統功能性測評 .................................................................................252
7.3.1自主系統功能性測評常用指標 .........................................................253
7.3.2自主執行任務能力評估 ...................................................................256
7.3.3準確性、穩定性與效率的測評 .........................................................259
7.4自主系統安全性測評 .................................................................................261
7.4.1安全性測試與等效加速方法.............................................................262
7.4.2風險識別與防禦機制評估 ................................................................268
7.4.3容錯能力與應急響應能力測評 .........................................................271
目錄 XI
7.5基於博弈-進化的閉環測評 .........................................................................273
7.5.1目標及意義 ....................................................................................273
7.5.2測試環境構建.................................................................................273
7.5.3測試場景生成.................................................................................275
7.5.4性能缺陷診斷及評價.......................................................................280
7.5.5性能優化升級.................................................................................282
7.6實訓項目 ..................................................................................................283
7.6.1實訓項目 1：策略性能評估的最優計算量分配算法............................283
7.6.2實訓項目 2：具有連鎖反應特征的系統的策略安全性檢測..................284
7.7拓展閱讀 ..................................................................................................285
參考文獻 ............................................................................................................... 287
