人工智能的时代已经到来。中国的青少年需要学会用人工智能的语言来理解世界,用人工智能的思想来创造世界。本书主要介绍如何使用Python来学习和应用人工智能算法。
全书知识体系完备,首先讲解了基础编程知识和Python语言特性;其次讲解了如何处理数据,如何分析和观察数据;最后讲解了若干机器学习算法,并拓展介绍了深度学习和强化学习的入门知识。
由一线大厂专家撰写,易于上手的Python,配以几百张漫画,学习曲线平缓,为未来拥抱SORA|ChatGPT|AIGC打基础的人工智能普及读物
肖凯,支付宝(中国)网络技术有限公司,大安全事业部机器智能部数据技术专家,负责人工智能算法在风控领域的应用落地。除从事人工智能研究外,还在业余时间进行青少年人工智能科普教育。
前言
什么是人工智能
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是人类最伟大的梦想之一。在数千年的发展中,人类创造出了各种工具,解放了双手,提高了工作效率。而人类最突出的特质是高出其他动物很多的智能,我们更希望创造出和人类一样聪明的机器,帮助我们思考和决策。多数人对人工智能的了解来自电影。例如,2001 :A Space Odyssey(中译名为《2001 太空漫游》)中的人工智能电脑管家HAL,“终结者”系列电影中的杀手机器人,以及Iron Man(中译名为《钢铁侠》)中的人工智能战衣。电影中的这些人工智能具备一些共同特征:能力异常强大,会像人一样思考,甚至有感情。虽然现实世界中的人工智能与之相差甚远,但是它们在我们身边发挥着重要作用。例如,扫地机器人可以自动帮我们打扫房间,网络机器人可以和人愉快聊天,无人汽车能在一定程度上自主驾驶。
“人工智能”这个概念是不断发展的。早期的观点认为人工智能需要像人一样思考和行动,完全模仿人类。但是,人类建造的飞机最终能飞上天,依赖的并不是对鸟的模仿,而是人们对空气动力学的研究。现代的观点认为,人工智能需要进行合理的行动,能够自主地操作、感知环境、长期持续运行、适应变化并实现最佳期望结果,也就是最优地完成一个既定的目标。因此人工智能需要通过圆满完成任务来证明其能力。
为什么写这本书
近年来,随着数据的丰富,算法和算力的加强,以深度学习、强化学习为代表的人工智能技术迅速崛起,《麻省理工科技评论》杂志将深度学习列为2013 年十大突破性技术之首,将强化学习列为2017 年十大突破性技术之首。2016 年,谷歌公司开发的会下围棋的人工智能AlphaGo,战胜了人类围棋大师李世石;又于2017 年战胜了当时的世界冠军柯洁。2017年,国务院发布了《新一代人工智能发展规划》,提出“实施全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育,鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广”。由此我们可以感受到人工智能时代已经到来。中国的青少年需要学会用人工智能的语言来理解世界,用人工智能的思想来创造世界。
人工智能领域的相关知识博大精深,相关理论繁复,工程框架众多。从现有的出版情况来看,该领域无论是图书还是论文,都已经非常丰富了。但是大部分读物针对的是业界或学术界的专业人士,针对青少年的、入门级的读物并不算多。因此,笔者希望能写一本门槛较低的,学习曲线平缓的,内容形象不枯燥的,覆盖从概念知识到具体的代码实操的人工智能普及读物。
本书的特点
和武侠世界类似,学习人工智能需要同时修炼“内功”和“外功”,“内功”是对于各种理论知识的理解,“外功”是对于编程工具的运用。本书的特点可以用如下三个关键词来概括。
表达生动:对于理论知识,本书主要通过通俗易懂的语言和图表来讲解,回避过多的公式。
代码为主 :Python 代码在表达能力上比公式更具体,比语言更精确,因此本书有大量代码,不仅可以帮助读者理解,而且可以提高读者的编程能力。
知识完备:人工智能领域涉及的知识相当多,本书选择了其中最为重要、最为基础的知识,而且均从基础讲起,包括重要的机器学习入门知识、编程算法,不需要其他资料作为预备读。
本书的内容安排
本书共分24 章,主要内容如下。
第1章介绍了运行本书代码需要安装的环境。
第2~6章主要讲解了基础编程知识、Python 语言特性,还讲解了计算机经典算法,如快速排序算法、广度优先搜索算法、贪心算法等。
第7~11章主要讲解了如何处理数据,如何分析和观察数据,还讲解了随机、模拟和最优化方法,这是机器学习的先修内容。
第12~23章主要讲解了机器学习的整体框架,重点讲解了以人工神经网络为主的若
干机器学习算法,并进一步拓展讲解了深度学习和强化学习的入门知识。
第24章介绍了人工智能的应用领域,以及继续学习研究的资源。
适合阅读本书的读者
人工智能课程的中小学师生。
有一定编程热情和实践环境的青少年。
希望了解人工智能的成人。
本书的学习方法
按章节顺序学习,因为后面的知识需要用到前面的知识。
一定要在计算机上写代码。人工智能领域的技术含量很高,特别是涉及导数、矩阵等高等数学的知识远远超出中小学学生的学习范畴。对于这些难点,本书是通过代码的方式进行讲解的,回避了理论公式。因此,读者需要通过编写代码、运行代码,来理解代码背后的知识,由“外功”修“内功”。
反复练习,学习就是模仿和重复,咬定青山不放松。
在有条件的情况下,家长可以和孩子一起学习,一起成长。