人工智能的底层逻辑

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★人工智能通识课，内容全面系统，具备中学数学知识的读者都能读懂★洞悉人工智能的本质，深刻理解人工智能★丰富的人工智能应用场景和案例★大量情景对话插图，轻松好玩的举例★作者深耕人工智能30多年，积累大量资源，作为本书的扩展阅读和学习资料送给读者

《人工智能的底层逻辑》用科普化的语言介绍了搜索、计算机视听觉、自然语言处理、机器学习、多模态信息处理等人工智能系统中的基础算法和数学模型，它们是实现人工智能的基础。展示了人工智能的底层逻辑，人工智能工作的基本规律。让读者真正搞懂如何给机器装上眼睛和耳朵、如何让机器理解人类语言、如何让机器拥有知识、如何让机器懂逻辑会推理、如何使机器人的言行符合人类的规范。全书深入浅出，通俗易懂，精美的插画更增加了可读性，让读者轻松掌握人工智能本质的内核，搞懂人工智能运行的底层逻辑。

张长水，1986年7月毕业于北京大学数学系，获得学士学位。1992年7月毕业于清华大学自动化系，获得博士学位。1992年7月至今在清华大学自动化系工作，现任清华大学自动化系教授。在清华大学讲授;人工智能导论课程30年，;模式识别课程25年。主要研究方向包括人工智能、机器学习、模式识别、计算视觉等。目前是电气与电子工程师协会会士（IEEE Fellow），计算机学会高级会员；曾担任IEEE Trans. on PAMI、IEEE Signal Processing Magazine、Pattern Recognitioin等学术期刊编委；在国际期刊发表论文130多篇，在顶级会议上发表论文50多篇。

第 1 章人工智能简史 / 1第 2 章搜索人工智能的一项关键技术 / 23第 3 章计算机视觉给机器装上眼睛 / 49第 4 章计算机听觉给机器装上耳朵 / 84第 5 章自然语言处理与理解让机器理解人类语言 / 109第 6 章知识表示与知识获取让机器拥有知识 / 151第 7 章机器学习让机器拥有提高自身性能的能力 / 167第 8 章推理让机器懂逻辑会推理 / 195第 9 章多模态信息处理让机器的眼睛和耳朵协调工作 / 219第 10 章多智能体系统让多个智能机器构成一个社会 / 239第 11 章可信的人工智能让机器人的言行符合人类的规范 / 265第 12 章人工智能生态让人工智能融入社会，成为社会的一部分 / 287

【前言】

　　当前，人工智能受到很多人的关注，很多人想知道;什么是人工智能？;人工智能都研究什么？;人工智能发展水平如何？;人工智能对我的工作和生活有怎样的帮助？为此，我在清华大学为全校本科生，包括非工科的学生，开设了这样一门通识课;走近人工智能，系统地讲授人工智能。　　我从 1994 年开始为清华大学自动化系学生讲;人工智能导论。虽然已经讲了这么多年，但是开设通识课;走近人工智能，对我是一个挑战。　　人工智能很多内容非常艰深，需要很好的数学基础和计算机编程基础。而;走近人工智能的选课学生可能是一年级学生，只有高中数学知识，还没有学大学数学，也可能没有学习过与计算机程序设计相关的课程。因此，讲什么、怎么讲对我来说就是一个难题。　　很多大学都开设了人工智能相关的课程，但这些课程通常都只涉及人工智能的几个方面。而要面对没有任何人工智能知识背景，没有大学数学知识和计算机编程知识的学生，要在 32 学时的时间里介绍人工智能，并没有现成的教材可以借鉴和使用。为此，我对人工智能的内容进行了系统梳理，并总结出一条讲课的主线。　　人工智能博大精深。虽然我一直从事人工智能的教学和科研，但仍然只是对其中一些内容知道的多一点，还有一些内容我不熟悉。为此，我阅读和学习了很多书籍、查阅了很多文献资料，然后收集和整理资料，制作 PPT，完成了课程内容的准备。在讲授;走近人工智能课程的基础上，整理出了一本教材。我的做科普工作的朋友王京春读了这本教材后，建议我：应该写得再通俗、再;科普一些，这样让更多喜欢人工智能的读者也能读此书。为此，我改写了原教材，从而形成了本书。本书仍然沿用;走近人工智能课程的内容主线，但是在文字表述、叙述节奏等方面都重新做了工作。这本;科普书具有以下特点。　　具备中学数学知识的学生就能够理解课程内容。基本上，书中没有数学公式推导。　　比较系统全面地介绍了人工智能的主要内容。虽然内容比较系统和全面，但是比较浅显。希望深入学习和研究人工智能的读者，需要今后继续阅读相关方面的资料、学习相关的课程。为此，在每一章中，列举了相关方向的课程、书籍、数据和资料，以便读者选择和学习。大量的实际应用举例。这些例子能让读者更容易理解人工智能的相关内容。当然，人工智能内容繁多。我只是希望能用一本薄书宽泛地介绍人工智能的主要内容。因此，有一些知识只能浅浅提及。有些大学在开设人工智能通识课，如果使用本书作为教材也是合适的。从教学角度看，大致上，每章内容可以讲 1~2 次的课。其他时间安排学生的讨论、实验、参观。考虑到不同学校不同老师的需求不同，很多章节包含了比较丰富的内容，以供选择。我讲课时使用的 PPT，如果读者需要此课件，请发邮件至 huht@tup.tsinghua.edu.cn 进行索取。　　今后，人工智能就会像计算机一样走进千家万户，走进我们的生活和工作中。为此，从事科技工作的研究人员、工程技术人员、工程管理人员、机关管理工作人员，也都需要学习人工智能相关知识。本书为这些读者提供了学习人工智能知识的一个途径。　　感谢清华大学出版社的编辑胡洪涛。和胡编辑多次讨论本书的定位、内容的安排、文字的风格、书籍的版式等，这些给我很大帮助。特别是，他给本书起了一个好名字，抓住了本书的特点：聚焦人工智能的基本概念、基本思路和方法等。　　为及时出版本书，我的学生给我提供了很多帮助。感谢崔森、肖昌明、洪锐鑫、李子昂、刘浩涤、闫昆达、庞昕宇、吴浩睿、朱宇轩、吾尔开希阿布都克力木。他们帮我准备了书中的一些插图。　　人工智能是正在发展中的学科，很多问题没有定论。人工智能博大精深，笔者才疏学浅，对人工智能所知寥寥。因此，个人的观点以及书中错误在所难免，真心希望读者不吝赐教。

张长水2024 年 7 月于清华园