- 中国铁道出版社
- 9787113323721
- 1版
- 559855
- 60269812-8
- 16开
- 2025-07
- 公共基础课
- 公共基础课
- 公共基础课
- 公共课
- 本科
作者简介
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。
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
2.1.7AI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Atlas900SuperCluster.....................57
2.4.1华为昇腾Atlas900SuperCluster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
3.5Pandas数据处理.............................................................................................................82
3.5.1数据访问.............................................................................................................82
3.5.2Pandas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WPSAI单元实训：使用WPSAI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
2.1.7AI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Atlas900SuperCluster.....................57
2.4.1华为昇腾Atlas900SuperCluster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
3.5Pandas数据处理.............................................................................................................82
3.5.1数据访问.............................................................................................................82
3.5.2Pandas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WPSAI单元实训：使用WPSAI辅助你完成自己的“大学生活规划书”.....91
