- 中国铁道出版社
- 9787113323721
- 1版
- 559855
- 16开
- 2025-07
- 计算机类
- 本科
内容简介
在国家“全面推进智能化，促进人工智能助力教育变革”的大背景下，本书面向多学科人工智能通识教育需求，以基础为基石，以应用为路径，以能力培养为目标，面向初学者提供全新的学习路径。全书共十一章，分为四篇：第一篇是计算机科学导论，通过“计算、程序与系统”重点主题，介绍计算机科学的核心概念；第二篇介绍 AI 学科的基础理论，包括 AI 的学科框架、机器学习、神经网络等；第三篇重点关注 AI 应用技术，选取了计算机视觉和自然语言理解为典型应用技术，旨在抛“学习方法”的“砖”，以引“应用万花筒”的“玉”；第四篇是实践环节，配置了两个虚拟实验、一个实践项目和一个实训项目，用于对前面三篇所学的深度理解并掌握。本书面向 AI 通识需求，努力使全学科初学者建立起“计算机科学 +AI 应用”的认知坐标。设计上以案例驱动，追求通俗易懂；选材上以新技术主导，启发学生建立 AI 生态意识，培养创新思维能力；环境上以虚拟实验和 AI 实用系统为助力，便于“教”和“学”的落地实施。本书是为高校和职业教育的 AI 通识课程编著的，也可作为自学者的参考书。
目录
第一篇 计算机基础与系统
学习引导：当人工智能遇到了计算问题——语音交互背后的计算问题
第 1 章 人工智能与计算机科学导论 .............................................................................3
1.1 计算机科学的发展 ........................................................................................................... 3
1.1.1 什么是计算机科学？ ........................................................................................... 3
1.1.2 计算机的进化史：从算盘到人工智能 ............................................................... 4
1.1.3 计算机科学的应用 ..............................................................................................11
1.2 人工智能与计算实现 ..................................................................................................... 14
1.2.1 人工智能应用 ..................................................................................................... 14
1.2.2 大模型与计算实现 ............................................................................................. 16
1.3 应用实例：智能手机中的计算机科学 ......................................................................... 18
1.3.1 智能手机简介 ..................................................................................................... 18
1.3.2 智能手机中的计算机技术 ................................................................................. 18
拓展学习：无处不在的嵌入式计算机 .................................................................................. 19
图灵奖：计算理论的开拓者与图灵奖的东方之光——姚期智 .......................................... 20
习题 .......................................................................................................................................... 21
第 2 章 计算机系统 ....................................................................................................22
2.1 计算机的硬件体系：从电子计算到智能加速 ............................................................. 22
2.1.1 图灵机与冯·诺依曼计算机体系结构 ............................................................. 22
2.1.2 计算机的基本工作原理 ..................................................................................... 24
2.1.3 微型计算机及其多级存储体系 ......................................................................... 27
2.1.4 摩尔定律与微处理器的发展 ............................................................................. 30
2.1.5 以总线为数据通道的微型计算机体系结构 ..................................................... 33
2.1.6 多核处理器与并行计算机 ................................................................................. 35
2.1.7 AI 驱动的异构扩展（GPU/TPU）����������������������������������������������������������������������37
2.2 计算机软件系统：人与硬件的翻译官 ......................................................................... 38
2.2.1 软件的本质与分类模型 ..................................................................................... 38
2.2.2 操作系统核心功能 ............................................................................................. 40
2.2.3 软件如何运行 ..................................................................................................... 45
2.3 计算机网络系统——全球计算机的“神经脉络” ..................................................... 45
2.3.1 网络通信 ............................................................................................................. 46
2.3.2 计算机网络的基本架构 ..................................................................................... 492.3.3 基于网络平台的计算演变 ................................................................................. 53
2.3.4 新一代网络计算范式 ......................................................................................... 55
2.4 应用实例：AI 原生计算机系统——华为昇腾 Atlas 900 SuperCluster ..................... 57
2.4.1 华为昇腾 Atlas 900 SuperCluster 简介 .............................................................. 57
2.4.2 华为昇腾 AI 集群的核心技术演进 ................................................................... 58
拓展学习：量子计算能普及吗？ .......................................................................................... 59
图灵奖：世界上第一台存储程序式计算机的研制者——莫里斯·威尔克斯 .................. 59
习题 .......................................................................................................................................... 60
第 3 章 计算机程序与算法 .........................................................................................62
3.1 语言与程序 ..................................................................................................................... 62
3.1.1 计算机语言的发展 ............................................................................................. 62
3.1.2 高级语言处理系统 ............................................................................................. 63
3.1.3 人工智能编程语言 ............................................................................................. 63
3.2 用 Python 语言写程序 .................................................................................................... 64
3.2.1 一个简单的 Python 程序 .................................................................................... 64
3.2.2 环境配置 ............................................................................................................. 65
3.2.3 数据与数据类型 ................................................................................................. 66
3.2.4 对象与变量 ......................................................................................................... 70
3.2.5 内置类型 ............................................................................................................. 71
3.2.6 程序基本结构 ..................................................................................................... 72
3.3 数据结构 ......................................................................................................................... 75
3.4 算法与算法设计 ............................................................................................................. 77
3.4.1 枚举算法 ............................................................................................................. 77
3.4.2 迭代算法 ............................................................................................................. 78
3.4.3 递归算法 ............................................................................................................. 79
3.4.4 二分法 ................................................................................................................. 80
3.4.5 蒙特卡罗法 ......................................................................................................... 81
3.5 Pandas 数据处理 ............................................................................................................. 82
3.5.1 数据访问 ............................................................................................................. 82
3.5.2 Pandas 数据结构 ................................................................................................. 83
3.5.3 数据清洗 ............................................................................................................. 83
3.5.4 数据统计分析 ..................................................................................................... 85
3.6 应用实例：简易情感分析与手写数字识别 ................................................................. 86
3.6.1 简易情感分析 ..................................................................................................... 86
3.6.2 手写数字识别 ..................................................................................................... 87
拓展学习：matplotlib 数据可视化 ........................................................................................ 89
图灵奖：计算机科学奠基人、编程界先驱——艾兹格·W. 迪杰斯彻 ............................ 89
习题 .......................................................................................................................................... 90
第一篇 WPS AI 单元实训：使用 WPS AI 辅助你完成自己的“大学生活规划书”..... 91
学习引导：当人工智能遇到了计算问题——语音交互背后的计算问题
第 1 章 人工智能与计算机科学导论 .............................................................................3
1.1 计算机科学的发展 ........................................................................................................... 3
1.1.1 什么是计算机科学？ ........................................................................................... 3
1.1.2 计算机的进化史：从算盘到人工智能 ............................................................... 4
1.1.3 计算机科学的应用 ..............................................................................................11
1.2 人工智能与计算实现 ..................................................................................................... 14
1.2.1 人工智能应用 ..................................................................................................... 14
1.2.2 大模型与计算实现 ............................................................................................. 16
1.3 应用实例：智能手机中的计算机科学 ......................................................................... 18
1.3.1 智能手机简介 ..................................................................................................... 18
1.3.2 智能手机中的计算机技术 ................................................................................. 18
拓展学习：无处不在的嵌入式计算机 .................................................................................. 19
图灵奖：计算理论的开拓者与图灵奖的东方之光——姚期智 .......................................... 20
习题 .......................................................................................................................................... 21
第 2 章 计算机系统 ....................................................................................................22
2.1 计算机的硬件体系：从电子计算到智能加速 ............................................................. 22
2.1.1 图灵机与冯·诺依曼计算机体系结构 ............................................................. 22
2.1.2 计算机的基本工作原理 ..................................................................................... 24
2.1.3 微型计算机及其多级存储体系 ......................................................................... 27
2.1.4 摩尔定律与微处理器的发展 ............................................................................. 30
2.1.5 以总线为数据通道的微型计算机体系结构 ..................................................... 33
2.1.6 多核处理器与并行计算机 ................................................................................. 35
2.1.7 AI 驱动的异构扩展（GPU/TPU）����������������������������������������������������������������������37
2.2 计算机软件系统：人与硬件的翻译官 ......................................................................... 38
2.2.1 软件的本质与分类模型 ..................................................................................... 38
2.2.2 操作系统核心功能 ............................................................................................. 40
2.2.3 软件如何运行 ..................................................................................................... 45
2.3 计算机网络系统——全球计算机的“神经脉络” ..................................................... 45
2.3.1 网络通信 ............................................................................................................. 46
2.3.2 计算机网络的基本架构 ..................................................................................... 492.3.3 基于网络平台的计算演变 ................................................................................. 53
2.3.4 新一代网络计算范式 ......................................................................................... 55
2.4 应用实例：AI 原生计算机系统——华为昇腾 Atlas 900 SuperCluster ..................... 57
2.4.1 华为昇腾 Atlas 900 SuperCluster 简介 .............................................................. 57
2.4.2 华为昇腾 AI 集群的核心技术演进 ................................................................... 58
拓展学习：量子计算能普及吗？ .......................................................................................... 59
图灵奖：世界上第一台存储程序式计算机的研制者——莫里斯·威尔克斯 .................. 59
习题 .......................................................................................................................................... 60
第 3 章 计算机程序与算法 .........................................................................................62
3.1 语言与程序 ..................................................................................................................... 62
3.1.1 计算机语言的发展 ............................................................................................. 62
3.1.2 高级语言处理系统 ............................................................................................. 63
3.1.3 人工智能编程语言 ............................................................................................. 63
3.2 用 Python 语言写程序 .................................................................................................... 64
3.2.1 一个简单的 Python 程序 .................................................................................... 64
3.2.2 环境配置 ............................................................................................................. 65
3.2.3 数据与数据类型 ................................................................................................. 66
3.2.4 对象与变量 ......................................................................................................... 70
3.2.5 内置类型 ............................................................................................................. 71
3.2.6 程序基本结构 ..................................................................................................... 72
3.3 数据结构 ......................................................................................................................... 75
3.4 算法与算法设计 ............................................................................................................. 77
3.4.1 枚举算法 ............................................................................................................. 77
3.4.2 迭代算法 ............................................................................................................. 78
3.4.3 递归算法 ............................................................................................................. 79
3.4.4 二分法 ................................................................................................................. 80
3.4.5 蒙特卡罗法 ......................................................................................................... 81
3.5 Pandas 数据处理 ............................................................................................................. 82
3.5.1 数据访问 ............................................................................................................. 82
3.5.2 Pandas 数据结构 ................................................................................................. 83
3.5.3 数据清洗 ............................................................................................................. 83
3.5.4 数据统计分析 ..................................................................................................... 85
3.6 应用实例：简易情感分析与手写数字识别 ................................................................. 86
3.6.1 简易情感分析 ..................................................................................................... 86
3.6.2 手写数字识别 ..................................................................................................... 87
拓展学习：matplotlib 数据可视化 ........................................................................................ 89
图灵奖：计算机科学奠基人、编程界先驱——艾兹格·W. 迪杰斯彻 ............................ 89
习题 .......................................................................................................................................... 90
第一篇 WPS AI 单元实训：使用 WPS AI 辅助你完成自己的“大学生活规划书”..... 91
