人工智能通識

史曉東 河南財經政法大學 副教授 主要圍繞計算機、大數據、人工智能等具體領域開展相關研究。近三年來，成功主持並完成省部級項目兩項，發表學術論文4篇，其中一作發表**或TOP期刊2篇，在國家**出版專著1部，學術研究特色顯著，學術業績飽滿。此外，積極將科研成果融入教學。兼任中國信息經濟學會理事，參與學術交流與合作，不斷提升個人及團隊的研究視野與行業影響力。

目

錄

第

1 

章初識人工智能....................................................................................................................

1

1.1 

引言..........................................................................................................................................

1

1.2 

人工智能發展歷程..................................................................................................................

2

1.3 

人工智能的主要技術.............................................................................................................

5

1.4 

深度學習的發展簡史.............................................................................................................

6

1.5 

人工智能的未來發展.............................................................................................................

8

本章小結..........................................................................................................................................

. 9

習題1.................................................................................................................................................

9

第

2 

章大數據：人工智能的基石與上限..................................................................................11

2.1 

引言........................................................................................................................................11

2.1.1 

Python 

在數據分析中的優勢................................................................................11

2.1.2 

數據分析的基本概念..............................................................................................11

2.2 

與人工智能的聯系...............................................................................................................12

2.2.1 

大數據是人工智能的基礎.....................................................................................12

2.2.2 

人工智能提升大數據分析能力............................................................................13

2.2.3 

大數據為人工智能提供存儲和計算能力...........................................................13

2.2.4 

大數據與人工智能共同推動業務創新..............................................................

. 

13

2.2.5 

人工智能、機器學習與深度學習的關系...........................................................14

2.3 

數據采集技術與存儲技術.................................................................................................

. 

14

2.3.1 

網絡爬蟲技術..........................................................................................................14

2.3.2 

分布式爬蟲技術......................................................................................................15

2.4 

數據存儲技術........................................................................................................................16

2.4.1 

分布式存儲系統......................................................................................................16

2.4.2 

NoSQL 

數據庫.........................................................................................................17

2.5 

數據處理與分析技術...........................................................................................................19

2.5.1 

編程語言：數據處理與分析的“工具鏈”.......................................................19

2.5.2 

機器學習：從數據中挖掘“預測與規律”.......................................................20

2.5.3 

分布式處理框架：海量數據的“處理引擎”.................................................

. 

21

2.5.4 

數據可視化與統計分析：讓數據“說話”.......................................................22

2.6 

數據可視化技術....................................................................................................................22

2.7 

數據科學在相關領域的應用..............................................................................................24

2.7.1 

商業智能...................................................................................................................24

2.7.2 

金融風控...................................................................................................................25

·III

· 

2.7.3 

醫療健康...................................................................................................................25

2.7.4 

智能制造...................................................................................................................26

2.7.5 

智慧城市...................................................................................................................26

2.7.6 

科學計算...................................................................................................................27

2.8 

未來技術趨勢........................................................................................................................28

2.8.1 

技術驅動實現範式轉移.........................................................................................28

2.8.2 

數據治理引起隱私革新.........................................................................................28

2.8.3 

垂直領域爆發系統重構.........................................................................................29

2.8.4 

從被動應對到主動設計.........................................................................................29

2.8.5 

跨學科人才需求重塑：從技能疊加到思維重構..............................................30

本章小結.........................................................................................................................................30

習題2...............................................................................................................................................31

第

3 

章算力：智能運算的核心引擎..........................................................................................32

3.1 

認識算力................................................................................................................................32

3.1.1 

為什麼要了解算力..................................................................................................32

3.1.2 

算力的定義...............................................................................................................33

3.1.3 

算力的歷史發展......................................................................................................34

3.2 

算力的內核............................................................................................................................38

3.2.1 

通用計算和異構計算............................................................................................

. 

38

3.2.2 

通用算力的核心——CPU....................................................................................

. 

39

3.2.3 

智算算力...................................................................................................................40

3.2.4 

超算算力...................................................................................................................42

3.3 

算力的泛在化........................................................................................................................43

3.3.1 

雲計算.......................................................................................................................43

3.3.2 

邊緣計算...................................................................................................................46

3.3.3 

端計算.......................................................................................................................47

3.3.4 

雲邊端協同...............................................................................................................48

3.4 

算力的未來............................................................................................................................49

3.4.1 

存儲器內嵌處理器..................................................................................................49

3.4.2 

量子計算...................................................................................................................50

3.4.3 

光計算.......................................................................................................................51

3.4.4 

類腦計算...................................................................................................................52

本章小結.........................................................................................................................................54

習題3...............................................................................................................................................54

第

4 

章算法驅動人工智能進化..................................................................................................55

4.1 

引言........................................................................................................................................55

4.2 

AI 

算法概述...........................................................................................................................56

4.2.1 

傳統算法與AI 

算法...............................................................................................58

4.2.2 

算法與人工智能三要素.........................................................................................59

·IV

·

4.3 

AI 

學習方法與具體算法....................................................................................................

. 

60

4.3.1 

監督學習...................................................................................................................60

4.3.2 

無監督學習...............................................................................................................62

4.3.3 

強化學習...................................................................................................................62

4.3.4 

不同架構的具體算法............................................................................................

. 

63

4.4 

啟發式優化算法....................................................................................................................66

4.4.1 

啟發式優化算法簡述............................................................................................

. 

66

4.4.2 

啟發式優化算法示例............................................................................................

. 

67

4.5 

算法改變世界........................................................................................................................70

本章小結.........................................................................................................................................73

習題4...............................................................................................................................................73

第

5 

章計算機視覺......................................................................................................................74

5.1 

引言........................................................................................................................................74

5.2 

計算機視覺的基本概述.......................................................................................................74

5.2.1 

計算機視覺的基本概念.........................................................................................75

5.2.2 

計算機視覺的基本任務.........................................................................................76

5.3 

計算機視覺領域的

7 

項關鍵技術突破.............................................................................77

5.3.1 

計算機色彩的表示..................................................................................................77

5.3.2 

視覺信息處理的計算理論框架............................................................................78

5.3.3 

3D 

建模與分析........................................................................................................78

5.3.4 

ImageNet——百萬級圖像數據集的裏程碑........................................................79

5.3.5 

計算機視覺領域的關鍵技術突破........................................................................81

5.3.6 

GPU 

算力的突破.....................................................................................................81

5.3.7 

生成–認知融合範式............................................................................................

. 

82

5.4 

計算機視覺智能....................................................................................................................83

5.4.1 

圖像分類基礎知識..................................................................................................83

5.4.2 

卷積運算...................................................................................................................84

5.4.3 

基於深度學習的圖像識別.....................................................................................87

5.4.4 

計算機視覺的應用..................................................................................................88

5.5 

計算機視覺的應用案例.......................................................................................................90

5.5.1 

人臉識別案例..........................................................................................................90

5.5.2 

常用工具、庫和數據集.........................................................................................91

5.5.3 

計算機視覺技術的挑戰與發展趨勢....................................................................91

本章小結.........................................................................................................................................93

習題5...............................................................................................................................................93

第

6 

章自然語言處理..................................................................................................................94

6.1 

引言........................................................................................................................................94

6.2 

自然語言處理概述...............................................................................................................94

6.2.1 

自然語言處理的概念............................................................................................

. 

94 

·V

· 

6.2.2 

自然語言處理的發展歷史.....................................................................................95

6.3 

自然語言處理的基本任務.................................................................................................

. 

98

6.3.1 

語音處理...................................................................................................................99

6.3.2 

詞法分析...................................................................................................................99

6.3.3 

句法分析.................................................................................................................100

6.3.4 

語義分析.................................................................................................................101

6.3.5 

語用分析.................................................................................................................102

6.4 

自然語言處理的關鍵技術................................................................................................103

6.4.1 

統計機器學習方法................................................................................................103

6.4.2 

深度學習方法........................................................................................................104

6.4.3 

多模態技術.............................................................................................................105

6.5 

自然語言處理的應用場景................................................................................................105

6.5.1 

機器翻譯.................................................................................................................105

6.5.2 

搜索引擎和信息檢索...........................................................................................107

6.5.3 

問答系統.................................................................................................................107

6.5.4 

文本挖掘.................................................................................................................108

6.5.5 

語音識別與合成....................................................................................................108

6.5.6 

情感分析.................................................................................................................109

6.5.7 

聊天機器人.............................................................................................................109

本章小結.......................................................................................................................................110

習題6.............................................................................................................................................110

第

7 

章大模型技術體系及應用................................................................................................111

7.1 

引言......................................................................................................................................111

7.2 

自然語言處理大模型.........................................................................................................111

7.2.1 

自然語言處理大模型的基礎...............................................................................114

7.2.2 

代表性NLP 

大模型..............................................................................................117

7.2.3 

NLP 

大模型的應用...............................................................................................118

7.2.4 

挑戰與未來方向....................................................................................................120

7.3 

計算機視覺大模型.............................................................................................................122

7.3.1 

CV 

大模型的基礎.................................................................................................123

7.3.2 

代表性CV 

大模型................................................................................................124

7.3.3 

CV 

大模型的應用.................................................................................................126

7.4 

多模態大模型......................................................................................................................131

7.4.1 

多模態大模型的基礎...........................................................................................132

7.4.2 

代表性多模態大模型...........................................................................................133

7.4.3 

多模態大模型的應用...........................................................................................135

7.5 

數字人與智能體................................................................................................................

. 

137

7.5.1 

數字人的構建........................................................................................................138

7.5.2 

智能體的構建........................................................................................................139

·VI

·

7.5.3 

挑戰與未來方向....................................................................................................140

本章小結.......................................................................................................................................141

習題7.............................................................................................................................................142

第

8 

章機器人與具身智能........................................................................................................143

8.1 

引言......................................................................................................................................143

8.2 

機器人的發展簡史.............................................................................................................143

8.3 

機器人的定義與核心構造................................................................................................146

8.3.1 

機器人的定義........................................................................................................146

8.3.2 

機器人的核心組成部分.......................................................................................146

8.3.3 

機器人感知、決策與執行的基本原理.............................................................146

8.4 

具身智能的概念與理論基礎............................................................................................147

8.4.1 

具身智能的定義....................................................................................................147

8.4.2 

具身智能核心特征與技術架構..........................................................................147

8.4.3 

具身智能的發展歷程...........................................................................................148

8.4.4 

具身智能和離身智能的比較..............................................................................148

8.5 

機器人與具身智能的關鍵技術........................................................................................149

8.5.1 

感知技術.................................................................................................................149

8.5.2 

決策與規劃技術....................................................................................................149

8.5.3 

執行與控制技術....................................................................................................150

8.5.4 

學習與適應能力....................................................................................................150

8.5.5 

人機交互技術........................................................................................................151

8.6 

機器人與具身智能的應用場景........................................................................................151

8.6.1 

類人機器人.............................................................................................................151

8.6.2 

自動駕駛.................................................................................................................151

8.6.3 

手術機器人.............................................................................................................152

8.6.4 

AI 

助教....................................................................................................................152

8.6.5 

家庭服務機器人....................................................................................................153

8.7 

機器人與具身智能技術面臨的挑戰與未來發展方向.................................................153

8.7.1 

面臨的技術挑戰....................................................................................................153

8.7.2 

對社會與經濟的挑戰...........................................................................................154

8.7.3 

對倫理的挑戰........................................................................................................154

8.7.4 

未來的發展方向....................................................................................................154

本章小結.......................................................................................................................................155

習題8.............................................................................................................................................155

第

9 

章人工智能驅動下的教育變革與應用場景...................................................................156

9.1 

引言......................................................................................................................................156

9.2 

相關概念..............................................................................................................................156

9.2.1 

智慧教育.................................................................................................................156

9.2.2 

智能教育.................................................................................................................157 

·VII

· 

9.2.3 

智慧教育與智能教育的關系..............................................................................158

9.3 

技術與教育融合的發展歷程............................................................................................161

9.3.1 

媒體教育階段........................................................................................................161

9.3.2 

計算機輔助教學階段...........................................................................................163

9.3.3 

遠程教育階段........................................................................................................164

9.3.4 

教育信息化階段....................................................................................................164

9.3.5 

教育智能化階段....................................................................................................165

9.4 

人工智能時代的教育特征................................................................................................166

9.4.1 

深度融合的精準教學...........................................................................................166

9.4.2 

無處不在的泛在學習...........................................................................................169

9.4.3 

精準高效的教育管理...........................................................................................170

9.4.4 

科學有效的教育評價...........................................................................................171

9.4.5 

虛實融合的教育資源...........................................................................................172

9.5 

典型的應用場景................................................................................................................

. 

173

9.5.1 

“人工智能+”教育教學應用場景...................................................................173

9.5.2 

“人工智能+”師生發展應用場景...................................................................175

9.5.3 

“人工智能+”教育評價應用場景...................................................................178

9.5.4 

“人工智能+”教育管理應用場景...................................................................181

9.5.5 

“人工智能+”科學研究應用場景...................................................................183

9.5.6 

“人工智能+”教育環境應用場景...................................................................184

9.6 

未來發展趨勢......................................................................................................................185

本章小結.......................................................................................................................................186

習題9.............................................................................................................................................187

第10 

章人工智能倫理..............................................................................................................188

10.1 

引言....................................................................................................................................188

10.2 

人工智能倫理基礎...........................................................................................................190

10.2.1 

倫理學的理論根基及其在人工智能中的映射..............................................190

10.2.2 

人工智能倫理的獨特性.....................................................................................193

10.3 

核心倫理挑戰....................................................................................................................194

10.3.1 

偏見與公平性......................................................................................................194

10.3.2 

透明度與可解釋性............................................................................................

. 

195

10.3.3 

責任歸屬難題......................................................................................................198

10.3.4 

隱私與監控..........................................................................................................200

10.4 

社會影響與治理...............................................................................................................202

10.4.1 

就業結構轉型與新型不平等............................................................................202

10.4.2 

社會認知的算法馴化.........................................................................................202

10.4.3 

治理體系的數字化轉型與國家重構...............................................................203

10.5 

人工智能倫理實踐指南.................................................................................................

. 

204

本章小結.......................................................................................................................................206 

·VIII

· 

習題10..........................................................................................................................................206

第11 

章人工智能時代的職業變革..........................................................................................208

11.1 

引言....................................................................................................................................208

11.2 

不同時代的機遇與紅利...................................................................................................209

11.3 

企業和個人的應對策略...................................................................................................209

11.3.1 

企業應對策略......................................................................................................210

11.3.2 

個人應對策略......................................................................................................210

11.4 

職業替代與轉型................................................................................................................211

11.5 

新興職業的湧現..............................................................................................................

. 

212

11.6 

技能需求的轉變..............................................................................................................

. 

219

11.7 

就業結構的優化..............................................................................................................

. 

221

11.8 

職業抗風險能力..............................................................................................................

. 

222

11.9 

人工智能創新創業案例分析..........................................................................................223

11.9.1 

人工智能賦能創新創業.....................................................................................223

11.9.2 

壹刻幻象科技的人工智能創新創業實踐.......................................................226

11.9.3 

宇樹科技從四足機器人到類人機器人的技術突圍與商業化探索............231

11.9.4 

DeepMind 

公司在人工智能領域的創業範式革命........................................235

本章小結.......................................................................................................................................241

習題11.........................................................................................................................................

. 

241