清华大学出版社

本书全面介绍人工智能的基本理论、技术及应用。全书共12章，主要内容包括人工智能概论、知识表示与知识图谱、模糊推理、搜索策略、遗传算法、群智能算法、人工神经网络、机器学习与深度学习、专家系统、自然语言理解、计算机视觉和智能机器人，附录部分给出了实用性强的12个实验。本书强调人工智能知识的基础性、整体性、综合性和广博性，使学生掌握人工智能的主要思想和应用人工智能技术解决专业领域问题的基本思路，拓宽科学视野，培养创新精神。 本书的适用对象广泛，可作为高等学校各专业“人工智能”通识课程或“人工智能导论”课程的教材，也可供对人工智能技术感兴趣的广大读者阅读。

第2版前言 人工智能在Internet时代获得了前所未有的发展机遇，已经成为目前发展最迅速、对社会影响最大的新兴学科。由于人工智能是模拟人类智能解决问题的方法，几乎在所有领域都具有非常广泛的应用，所以目前许多高校开设了人工智能通识课程。 1. 开设人工智能通识课程的必要性 2017年7月国务院发布的《新一代人工智能发展规划》把人工智能作为国家发展战略。人工智能人才培养是实现国家人工智能发展战略的一个关键。2018年，教育部制订了《高等学校人工智能创新行动计划》，从不同的专业角度对人工智能人才培养进行全面布局，在计算机、电子信息、自动化、机械等多个专业领域设置了智能科学与技术、人工智能、数据科学与大数据技术、机器人工程等人工智能类专业，还把人工智能技术引入传统专业，形成智能制造工程、智能车辆工程、智能电网信息工程、电气工程与智能控制、电机电器智能化、智能材料与结构、智能医学工程等专业。 人工智能是当前建设新工科、新医科、新农科、新文科的重要举措。将人工智能技术引入哲学、经济学、管理学、法学、教育学、文学、艺术学等人文社科类专业，开设人工智能通识课程，帮助学生广泛涉猎不同学科的知识和思想方法，体现知识的基础性、整体性、综合性、广博性，使学生拓宽视野，提高综合素质，优化知识结构。 事实上，人工智能和其他专业的结合是培养人工智能应用人才的一个非常重要的方面，是和人工智能专业人才培养相辅相成的。人工智能专业人员的优势是精通算法和编程实现；其他专业人员的优势是熟悉本专业领域对人工智能技术的需求，他们掌握了人工智能思想以后，能够产生用人工智能技术解决他们专业领域的问题的想法，提出应用人工智能技术解决问题的思路，然后由人工智能专业人员进行实现。许多时候想到比做到更重要。创新的源头更多地来自应用领域。所以，开设人工智能通识课程是非常必要的，可以在较短的时间内让其他专业人员掌握人工智能的基本思想与方法。 2. 本书的形成 本书作者从1989年开始从事人工智能及其应用的研究，从1993年开始从事人工智能课程的教学，为控制、计算机、机械等专业研究生讲授“人工智能原理与应用”课程，为计算机、自动化等类专业本科生讲授“人工智能导论”课程。在多年的教学实践中，作者深感极有必要编著一本内容比较基础、可读性好、适合讲授的人工智能教材。本书作者在自己多年来的讲稿基础上，于2005年编写了人工智能教材，并不断跟踪人工智能的发展，形成了适合研究生、本科生不同层次的人工智能系列教材，被许多高校选用。其中，作者主讲的“人工智能导论”入选首批国家级线上一流本科课程，编写的《人工智能导论》（第5版）入选“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，并荣获首届国家级优秀教材二等奖。 人工智能通识教程（第2版）第2版前言随着人工智能技术的发展，越来越多的专业需要开设人工智能课程。因此，作者从2005年开始为全校工学、理学、经济学、管理学、哲学、文学、法学等学科门类专业学生开设“人工智能及其应用”公选课，从2017年开始负责全校人工智能通识教育核心课程建设。在人工智能通识课程教学过程中，作者深感已有人工智能教材不适合作为通识课程教材，特别是不适合人文社科类大学生的学习，因此，迫切需要编写面向全校各专业（包括人文社科专业）的人工智能通识课程教材。因此，作者针对人文社科类大学生的知识结构和思维方式，突出人工智能解决复杂问题的创新思想，编写了本书。 3. 主要内容 本书共12章。第1章除了介绍人工智能的基本概念、发展简史以外，着重介绍目前人工智能的主要研究内容与各种应用，以开阔读者的视野，引导读者进入人工智能各个研究领域，最后，简要介绍了人工智能伦理。第2章介绍知识表示的概念，产生式、框架等基本的知识表示方法，以及知识图谱的基本内容。第3章介绍模拟人类思维的模糊推理及其应用。第4章介绍应用非常广泛的搜索策略。第5章介绍模拟生物进化的遗传算法。第6章介绍模拟生物群体行为的适用于大规模优化问题的群智能算法。第7章介绍模拟生物神经系统的人工神经网络，为后面介绍深度学习奠定基础。第8章介绍机器学习与深度学习及其广泛的应用，包括卷积神经网络、胶囊网络、生成对抗网络等深度学习的前沿内容。第9章介绍专家系统的概念、工作原理以及应用。第10章介绍日益广泛应用的自然语言处理技术，包括机器翻译、语音识别等应用。第11章介绍应用非常广泛的计算机视觉，包括人脸识别、虹膜识别等应用。第12章简要介绍智能机器人及其在工业、农业、服务业、医疗、军事等领域的应用，最后简要介绍智能机器人伦理。 4. 本书特色 本书有以下特色。 （1） 语言简明，可读性好。本书用于人工智能通识课程教学，力求用通俗的文字深入浅出地讲解概念、理论和技术，特别是将人工智能技术与文学艺术、人们的日常生活、人类思维方法等相结合，使学生能够感受到与人工智能相关的人文情怀，感受到人工智能就在自己身边，使学生能够有兴趣、有耐心、系统地阅读本书，掌握人工智能的基本思想与基本方法。人工智能通识课程既不能把通识课当成专业课来讲，导致很多非计算机类专业的学生尤其是人文社科专业的学生理解不了；又不能空谈人工智能的概念，不讲具体的人工智能技术，导致学生以后不能把人工智能技术与要解决的问题联系起来。 （2） 内容先进，注重应用。人工智能正处于迅速发展时期，内容非常丰富。本书覆盖了人工智能的主要应用领域，体系完整，精选了人工智能技术的一些前沿热点。书中运用大量日常生活中的例子，跳出晦涩复杂的概率论、数理统计、算法理论，结合人文理念讲解人工智能，让这些“冷冰冰”的人工智能知识变得“有温度”。以浅显易懂的方式诠释人工智能精髓，启迪算法理解，让人文社科专业的学生也能听得懂原本深奥的人工智能技术。书中介绍一些能够为本科生理解的应用实例，引导学生学习应用新理论解决实际问题的方法，在理论、技术和应用方面取得平衡。书中设置了很多课程思政教学元素。 （3） 精心编排，便于学习。每章开始设置了导读，使学生在学习本章之前就知道本章要讨论的主题和学习目标。每章最后扼要总结了本章的重要概念、公式、定理与方法。本书采用双色印刷，将重要的概念、公式、定理与方法用红色标示出来，以引起学生注意。 （4） 结构合理，方便教学。本书各章内容相对独立，教师可以根据课程计划学时和专业需要自由选择和组合相关内容，以保持课程体系结构的完整性。采用本书作为教材，建议课堂教学学时为32学时。本书中许多内容可以在教师指导下由学生自学，以减少课堂教学学时。 （5） 附有实验指导，方便实验教学。围绕人工智能技术的主要教学内容，附录中设置了课程实验，方便教学。学生通过程序实现能够深入了解人工智能的算法，体会如何应用人工智能技术解决实际问题。对于人文社科专业学生，这些课程实验内容可以作为演示实验。 （6） 有配套MOOC课程，便于学生自学。需要进一步学习人工智能技术的学生，可以选择作者在“中国大学MOOC”网站（http://www.icourse163.org）上开设的“人工智能导论”国家线上一流精品课程。 5. 人工智能通识课程的教学方法 一般来说，学习人工智能算法需要比较好的数学基础，实现人工智能系统还需要比较强的编程能力。但不可能也不必要求人文社科专业的学生像理工专业学生一样具有较好的数学基础和较强的编程能力。那么，人工智能通识课程的教学目标、教学重点、教学难点和课程思政教学内容是什么？ （1） 人工智能通识课程教学目标： 遇到复杂问题想到用人工智能方法解决，这是人工智能通识课程教学最根本的目标。事实上，很多时候想到比做到更重要。正如卡内基·梅隆大学的一位教授所说的那样： “人工智能教育不在于让学生从零开始学人工智能技术的开发和底层的编程技术，而在于让学生学会通过使用现有人工智能工具创造改善人类社会的新方案。” （2） 人工智能通识课程教学重点： 算法的仿生背景和应用的思路。人工智能的许多方法都来源于生物、社会等的启示。首先，着重讲清楚人工智能算法的生物、社会等背景。其中的公式看上去复杂，但如果把其背景讲清楚了，这些公式自然而然就好理解了。事实上，人工智能中的公式绝大部分都不是推导出来的，而是根据一些生物或者人类解决问题的方法构造出来的。其次，讲清楚人工智能方法的应用思路，而具体怎么实现并不是教学重点。通过应用实例能够让学生举一反三，将人工智能技术应用于解决其他问题，才是人工智能通识课程的教学重点。 （3） 人工智能通识课程教学难点： 根据不同的对象选择不同的教学方法。这是对教师讲课的基本要求。其实，相同的内容可以有不同的讲法。就像讲三国故事，对小学生要选择连环画的形式，而对中学生和大学生要选择《三国演义》甚至《三国志》的原文。不管是史书、小说还是连环画讲的都是三国故事，让不同水平的人了解三国故事才是主要目的。对于人工智能通识课程要采用案例式教学。人工智能具有非常广泛的应用，针对不同的专业，可以在其专业领域内选择一些人工智能应用案例进行教学。 （4） 人工智能课程思政教学： “教之以事而喻诸德”是课程思政教学的重要方式。教师在教学过程中以“喻”为教，通过教材中大量的教学案例，使抽象的道理转化为具体可感的形象，引发学生思考。在人工智能通识课程教学过程中，以习近平总书记提出的“四个正确认识”作为课程思政教学的主要内容。因此，人工智能通识课程教学中应着重以下4方面： 宣传国家战略，正确认识世界和中国发展大势；培养民族自信，正确认识中国特色和国际比较；弘扬中国文化，正确认识时代责任和历史使命；坚持不懈精神，正确认识远大抱负和脚踏实地。 6. 作者致谢 衷心感谢浙江工业大学对人工智能通识课程建设的大力支持！感谢浙江工业大学人工智能课程国家级虚拟教研室和浙江省高校名师工作室全体成员和作者一起对人工智能教学的不断探索！感谢赵燕伟教授、王铮博士参与本教材编写！衷心感谢清华大学出版社的龙启铭先生，他为本书付出了辛勤劳动以及向作者提出了许多有益的修改建议。 7. 联系作者 本书是人工智能通识课程教学的探索成果。限于作者水平，书中一定会存在许多不足之处，欢迎广大读者提出宝贵意见。 王万良2022年2月于杭州

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