人工智能基礎（簡體書）

本書主要針本書主要針對大學低年級學生，講解人工智能基礎知識，幫助初入校大學生瞭解人工智能的概念，掌握人工智能應用技術，進而獨立創作完成人工智能相關作品。本書包含了人工智能導引、人工智能基礎知識、燈光的智能控制、交通燈的智能識別、文字的智能處理、圖像的智能辨識、語音的智能辨識、人機的智能交互、無人駕駛、智能3D打印等方面的知識，注重培養學生的創造思維、數字化學習與創新意識、動手實踐能力，樹立其正確的信息時代社會責任感。 本書可作為高等學校通識課程的人工智能課程教材，也可適合非電類低年級本科生對人工智能入門知識的學習。 對大學低年級學生，講解人工智能基礎知識，幫助初入校大學生瞭解人工智能概念，掌握人工智能應用技術，進而獨立創作完成人工智能相關作品。本書包含了人工智能導引、人工智能基礎知識、燈光的智能控制、交通燈的智能識別、文字的智能處理、圖像的智能辨識、語言的智能處理、人機的智能交互、無人駕駛、3D打印等方面知識。注重培養學生的創造思維、數字化學習與創新意識、動手實踐能力，樹立其正確的信息時代社會責任感。

王東雲自參加工作以來，一直從事人工智能方面教學和研究工作，積累了豐富的教學和科研經驗，教育思想觀念先進，教學內容理論聯繫實際，教學方法靈活創新,教學效果優秀，受到學生歡迎。

本書主要針對大學低年級學生，講解人工智能基礎知識，幫助初入校大學生瞭解人工智能的概念，掌握人工智能應用技術，進而獨立創作完成人工智能相關作品。本書包含了人工智能導引、人工智能基礎知識、燈光的智能控制、交通燈的智能識別、文字的智能處理、圖像的智能辨識、語音的智能辨識、人機的智能交互、無人駕駛、智能3D 打印等方面的知識，注重培養學生的創造思維、數字化學習與創新意識、動手實踐能力，樹立其正確的信息時代社會責任感。
本書可作為高等學校通識課程的人工智能課程教材，也適合非電類低年級本科生對人工智能入門知識的學習。
人工智能－高等學校－教材隨著計算機技術、大數據科學以及深度計算理論的發展，人工智能已廣泛應用於各行各業，把人工智能技術作為大學教育的通識課程，已經成為各高等學校的通行做法。但如何開設面向所有專業的人工智能課程，這是一件具有挑戰性的教學改革課題。本書的作者們在總結多年來人工智能相關領域科學研究的基礎上，結合通識課程的要求，編寫了這本書。這是一個有意義的嘗試。

第1章 人工智能導引 1
1.1 人工智能的背景 1
1.1.1 什麼是人工智能 1
1.1.2 人工智能的誕生：模仿人類行為與思考 2
1.2 人工智能的前世今生 4
1.2.1 人工智能的基礎 4
1.2.2 人工智能的歷史 8
1.2.3 人工智能的研究現狀 9
1.3 人工智能的應用 12
1.3.1 人工智能的應用問題 12
1.3.2 人工智能的應用特徵 13
1.3.3 人工智能的應用現狀與未來 15
1.4 人工智能的目標 19
思考題 20
第2章 人工智能基礎知識 21
2.1 機器人 21
2.1.1 初識機器人 21
2.1.2 機器人的結構組成 22
2.2 機器學習 23
2.2.1 什麼是機器學習 23
2.2.2 機器學習的算法 24
2.3 人工神經網絡 26
2.4 計算機視覺 30
2.5 自然語言處理 32
2.6 群體智能 34
2.7 人機交互 35
2.8 增材製造 36
2.9 大數據 38
2.10 虛擬現實 40
思考題 41
第3章 燈光的智能控制 42
3.1 車燈的控制原理 42
3.2 編程環境的配置 43
3.2.1 硬件模塊的組成 43
3.2.2 軟件環境的配置 55
3.3 點亮小車車燈 59
3.3.1 什麼是程序 59
3.3.2 小車車燈的點亮編程步驟 59
3.3.3 小車車燈的熄滅編程步驟 62
3.4 擴展：製作一個流水燈 63
3.4.1 什麼是流水燈 63
3.4.2 流水燈的核心指令 63
3.4.3 製作流水燈的編程步驟 64
思考題 66
第4章 交通燈的智能識別 67
4.1 交通燈的識別原理 67
4.2 顏色傳感器 69
4.3 讓小車智能識別紅綠燈 69
4.3.1 主要材料準備 69
4.3.2 硬件組裝 70
4.3.3 小車識別紅綠燈的編程步驟 70
4.3.4 效果展示 78
4.4 擴展：製作一個顏色辨識器 78
4.4.1 製作顏色辨識器的任務描述 78
4.4.2 硬件組裝 79
4.4.3 顏色辨識器的編程步驟 79
思考題 84
第5章 文字的智能處理 85
5.1 文本識別原理 85
5.2 文本解析的實現 86
5.3 基於文本信息的小車控制 88
5.3.1 主要材料準備 88
5.3.2 硬件組裝 88
5.3.3 文本信息識別的編程步驟 89
5.4 擴展：多文本信息的連續控制 94
5.4.1 多文本解析的任務描述 94
5.4.2 硬件組裝 94
5.4.3 多文本解析的編程步驟 94
思考題 99
第6章 圖像的智能辨識 100
6.1 圖像識別原理 100
6.2 路標形狀識別 101
6.3 讓小車看懂路標 106
6.3.1 材料準備 106
6.3.2 材料組裝 107
6.3.3 小車看懂路標的編程步驟 108
6.4 擴展：智能停車 112
6.4.1 智能停車任務描述 112
6.4.2 硬件組裝 112
6.4.3 智能停車的編程步驟 112
思考題 116
第7章 語音的智能辨識 117
7.1 語音辨識原理 117
7.2 聲音解析實現 118
7.3 基於聲音的小車控制 120
7.4 擴展：具有交互功能的聲控小車 131
思考題 135
第8章 人機的智能交互 136
8.1 人機交互原理 136
8.2 腦機接口技術 137
8.2.1 腦機接口組成 137
8.2.2 腦機接口原理 138
8.3 用思維控制小車的啟停 138
8.3.1 什麼是信號 139
8.3.2 腦電信號的採集 139
8.3.3 大腦運動意圖的解碼 140
8.3.4 小車的啟停控制程序實現 140
8.4 擴展：智能腦控小車 143
思考題 146
第9章 無人駕駛 148
9.1 無人駕駛原理 148
9.2 自動循跡技術 150
9.2.1 自動循跡原理 150
9.2.2 自動循跡組成 150
9.3 智能小車的自動循跡 151
9.3.1 軌跡的檢測 151
9.3.2 智能循跡小車的實現 152
9.4 擴展：具有避障功能的自動行駛 156
9.4.1 認識超聲波避障 156
9.4.2 超聲波避障的實現 157
9.4.3 具有避障功能的自動行駛小車 159
思考題 164
第10章 智能3D打印 165
10.1 3D打印實現原理 165
10.2 3D打印主流技術 166
10.2.1 擠出成型(Material Extrusion) 166
10.2.2 粉床熔融成型(Powder Bed Fusion) 168
10.2.3 還原光聚合 169
10.2.4 粘結劑噴射 170
10.2.5 材料噴射 170
10.2.6 薄板層壓 171
10.2.7 定向能量沉積 171
10.3 3D打印應用領域 172
10.3.1 快速原型製作和快速製造 172
10.3.2 汽車 173
10.3.3 航空 173
10.3.4 建築 173
10.3.5 醫療 173
10.3.6 教育 174
10.3.7 消費產品 174
10.4 3D打印實現過程 175
10.4.1 3D建模 175
10.4.2 切片 176
10.4.3 打印 176
10.4.4 後期處理 176
10.5 3D打印實操案例 177
10.5.1 SolidWorks設計軟件基本操作 177
10.5.2 3D打印切片及控制系統基本操作 183
思考題 195
第11章 智能計算技術 196
11.1 BP神經網絡 196
11.1.1 BP神經網絡概述 196
11.1.2 BP神經網絡的學習 197
11.1.3 BP神經網絡舉例 201
11.2 Hopfield神經網絡 207
11.2.1 Hopfield神經網絡的結構 208
11.2.2 Hopfield網絡求解優化問題的思想 208
11.2.3 Hopfield網絡求解FMS調度問題 209
11.2.4 旅行商問題(TSP)的Hopfield網絡求解 212
11.3 模擬退火算法 216
11.3.1 模擬退火算法簡介 216
11.3.2 基於Hopfield優化模型的模擬退火求解算法 218
11.4 遺傳算法 219
11.4.1 遺傳算法簡介 219
11.4.2 遺傳算法舉例 221
11.5 粒子群算法 226
11.5.1 引言 226
11.5.2 改進的PSO算法優化 227
11.5.3 算法性能準則 228
11.5.4 對於有約束優化問題的求解算法 230
11.5.5 優化問題應用 230
11.6 支持向量機 231
11.6.1 支持向量機簡介 231
11.6.2 線性分類器 231
11.6.3 核函數特徵空間 234
11.6.4 軟間隔優化問題 235
11.6.5 支持向量機的多類別分類 236
11.6.6 支持向量機的MATLAB應用 237
參考文獻 238