计算思维与人工智能基础 / 高等院校人工智能通识课程系列教材
定价：￥55.00
作者： 邱虹坤
出版时间：2025-08
最新印次日期：2025-8
出版社：中国铁道出版社
- 中国铁道出版社
- 9787113322793
- 1-1
- 572056
- 16开
- 2025-08
- 公共基础课
- 公共基础课
- 通用
- 本科
作者简介
内容简介
本书是“高等院校人工智能通识课程系列教材”之一，是教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会“面向人工智能赋能教育及数字技能人才培养的大学计算机课程改革项目”重点项目成果。
本书旨在培养大学生的计算思维与人工智能素养，深入浅出地介绍了计算思维、虚拟现实、计算机网络与安全、程序设计基础、数据管理与分析等知识，讲解了人工智能基础及机器学习、智能决策、智能体、大模型与AIGC等人工智能关键技术，并展示了人工智能在多领域的实际应用。
本书适合作为高等院校人工智能通识课程的教材，也可作为人工智能技术研究人员的参考书。
本书旨在培养大学生的计算思维与人工智能素养，深入浅出地介绍了计算思维、虚拟现实、计算机网络与安全、程序设计基础、数据管理与分析等知识，讲解了人工智能基础及机器学习、智能决策、智能体、大模型与AIGC等人工智能关键技术，并展示了人工智能在多领域的实际应用。
本书适合作为高等院校人工智能通识课程的教材，也可作为人工智能技术研究人员的参考书。
目录
第1章计算机与计算思维1
1.1计算机文化1
1.1.1计算工具的发展1
1.1.2计算机发展阶段划分2
1.1.3冯·诺依曼与图灵3
1.1.4计算机的分类4
1.1.5未来计算机5
1.2计算机系统6
1.2.1工作原理6
1.2.2系统组成7
1.3计算思维14
1.3.1计算思维内涵的演变14
1.3.2计算思维的概念15
1.3.3计算思维的核心15
1.3.4计算思维的特征16
1.3.5计算思维的基本方法16
1.3.6计算思维的应用17
小结17
习题17
第2章多媒体与虚拟现实19
2.1信息与数据19
2.2字符编码20
2.3多媒体编码21
2.3.1音频编码21
2.3.2图像编码22
2.3.3视频编码24
2.4计算机图形学.26
2.4.1计算机图形学基本概念26
2.4.2计算机图形学技术应用27
2.5虚拟现实28
2.5.1虚拟现实的概念28
2.5.2虚拟现实的特点29
2.5.3虚拟现实的分类30
2.5.4技术应用31
2.5.5面临的挑战32
2.6元宇宙33
2.6.1元宇宙的概念33
2.6.2元宇宙发展历程33
2.6.3元宇宙的特点34
2.6.4元宇宙的应用35
小结36
习题37
第3章计算机网络38
3.1计算机网络概述38
3.1.1计算机网络的定义38
3.1.2计算机网络的发展39
3.1.3计算机网络的分类41
3.2计算机网络组成与体系结构43
3.2.1计算机网络组成43
3.2.2计算机网络体系结构44
3.2.3TCP/IP46
3.2.4路由器47
3.3网络地址48
3.3.1IPv448
3.3.2IPv649
3.3.3子网与子网掩码49
3.4Internet基础49
3.4.1Internet的概念49
3.4.2域名系统50
3.4.3Internet服务51
3.5云计算53
3.5.1云计算的概念53
3.5.2云计算的服务模式53
3.5.3云计算的应用54
3.6区块链56
3.6.1区块链概述56
3.6.2区块链架构58
3.6.3区块链的分类60
3.6.4区块链的应用61
3.7物联网62
3.7.1物联网的概念62
3.7.2物联网的关键技术63
3.7.3物联网的应用63
小结64
习题65
第4章信息安全66
4.1信息安全概述.66
4.1.1相关概念66
4.1.2相关攻击事件67
4.1.3相关法律法规68
4.1.4信息安全的重要性69
4.2物理安全69
4.2.1芯片安全70
4.2.2设备安全70
4.3信息安全技术.71
4.3.1加密技术71
4.3.2防火墙72
4.3.3入侵检测系统74
4.4恶意攻击及防护75
4.4.1黑客75
4.4.2恶意软件75
4.5面临的挑战与应对78
4.5.1面临的挑战78
4.5.2应对策略81
小结82
习题83
第5章程序设计基础84
5.1计算机语言84
5.2编程思想86
5.2.1面向过程程序设计86
5.2.2面向对象程序设计87
5.3算法基础87
5.3.1算法概念与特点87
5.3.2算法描述88
5.4Python基础91
5.4.1Python的安装与运行91
5.4.2Python基础语法91
5.5数据结构基础.93
5.5.1数据结构的基本术语93
5.5.2数据结构的研究内容93
5.5.3数据结构的分类94
5.6软件工程思想.96
5.6.1软件的认识96
5.6.2软件的认识过程97
5.6.3软件工程概述97
5.6.4软件生命周期与开发过程98
小结101
习题101
第6章数据管理与分析102
6.1计算机数据管理102
6.1.1人工管理阶段102
6.1.2文件系统阶段103
6.1.3数据库系统阶段103
6.1.4数据文件格式104
6.2数据库105
6.2.1数据库系统的组成105
6.2.2关系型数据库107
6.2.3数据库设计109
6.2.4SQL概述109
6.3大数据110
6.3.1大数据的概念110
6.3.2大数据的特性110
6.3.3大数据处理111
6.4数据分析113
6.4.1数据分析的概念113
6.4.2数据分析的关键环节114
6.4.3数据分析软件120
6.4.4数据分析应用场景121
小结122
习题122
第7章人工智能基础124
7.1人工智能的概念124
7.1.1人工智能的理解124
7.1.2人工智能的基本特征125
7.2人工智能的诞生125
7.3人工智能的发展126
7.4主流的人工智能学派128
7.4.1符号主义128
7.4.2连接主义129
7.4.3行为主义130
7.5人工智能研究的基本内容130
7.6人工智能的主要研究领域131
7.6.1自然语言处理131
7.6.2数据挖掘与知识发现132
7.6.3智能体与智能机器人133
7.6.4机器博弈134
7.7人工智能研究的三要素137
7.7.1算法137
7.7.2算力139
7.7.3数据140
7.8面临的伦理与法律问题141
7.8.1道德伦理问题141
7.8.2法律的问题142
小结143
习题144
第8章机器学习145
8.1机器学习概述.145
8.1.1机器学习的概念145
8.1.2机器学习的分类146
8.2神经网络147
8.2.1神经网络的概念147
8.2.2神经网络的发展历程148
8.2.3神经网络的分类149
8.3分类任务150
8.3.1k近邻分类算法150
8.3.2决策树分类算法151
8.4回归任务152
8.4.1k近邻回归算法152
8.4.2决策树回归算法153
8.5聚类任务153
8.6应用场景155
小结156
习题156
第9章智能决策158
9.1机器博弈158
9.1.1机器博弈概述158
9.1.2机器博弈系统159
9.1.3极小极大原理160
9.1.4智能搜索160
9.1.5机器博弈典型算法166
9.2机器智能168
9.2.1计算智能的概念168
9.2.2计算智能的分类168
9.3进化计算169
9.3.1进化计算的概念169
9.3.2遗传算法的概念169
9.3.3遗传算法的流程170
9.3.4遗传算法的主要特点171
9.3.5遗传算法的应用171
9.4群体智能172
9.4.1群体智能的概念172
9.4.2蚁群算法173
9.4.3人工蜂群算法175
9.4.4粒子群算法175
9.5专家系统176
9.5.1专家系统概述176
9.5.2专家系统的基本结构178
9.5.3专家系统的开发过程181
小结182
习题182iv
计算思维与人工智能基础
第10章大模型与AIGC183
10.1自然语言处理183
10.1.1NLP的基本概念183
10.1.2NLP的发展历程183
10.1.3NLP的研究方向185
10.1.4NLP的处理过程185
10.1.5NLP的处理流程186
10.2大模型188
10.2.1大模型的概念188
10.2.2大模型发展历程189
10.2.3大模型的分类190
10.2.4大模型工作原理191
10.2.5重要的大模型架构192
10.2.6构建大模型196
10.2.7本地部署大模型196
10.3AIGC199
10.3.1AIGC概念199
10.3.2提示词工程199
10.3.3大模型与AIGC应用203
10.3.4AIGC工具简介205
10.4挑战与展望208
10.4.1挑战208
10.4.2展望未来210
小结211
习题212
第11章智能体213
11.1分布式人工智能213
11.1.1分布式人工智能的概念213
11.1.2分布式人工智能的特点214
11.1.3分布式人工智能的分类214
11.1.4分布式人工智能的应用和发展215
11.2机器人216
11.3智能体概述217
11.3.1智能体的概念与特性217
11.3.2智能体的结构与类型218
11.3.3智能体通信220
11.3.4多智能体系统222
11.3.5智能体的应用223
11.4挑战与前景225
11.4.1挑战225
11.4.2发展前景225
小结225
习题226
第12章人工智能在各个领域的应用.227
12.1人工智能在交通领域的应用227
12.1.1应用场景227
12.1.2未来发展230
12.2人工智能在工业领域的应用232
12.2.1应用场景232
12.2.2未来发展234
12.3人工智能在医疗领域的应用235
12.3.1应用场景235
12.3.2未来发展236
12.4人工智能在教育领域的应用237
12.4.1应用场景237
12.4.2未来发展239
12.5人工智能在安防领域的应用239
12.5.1应用场景239
12.5.2未来发展241
12.6人工智能在金融领域的应用242
12.6.1应用场景242
12.6.2未来发展244
12.7人工智能对社会的影响244
12.7.1人工智能时代的新挑战244
12.7.2人工智能时代的新机遇245
小结245
习题246
参考文献247
1.1计算机文化1
1.1.1计算工具的发展1
1.1.2计算机发展阶段划分2
1.1.3冯·诺依曼与图灵3
1.1.4计算机的分类4
1.1.5未来计算机5
1.2计算机系统6
1.2.1工作原理6
1.2.2系统组成7
1.3计算思维14
1.3.1计算思维内涵的演变14
1.3.2计算思维的概念15
1.3.3计算思维的核心15
1.3.4计算思维的特征16
1.3.5计算思维的基本方法16
1.3.6计算思维的应用17
小结17
习题17
第2章多媒体与虚拟现实19
2.1信息与数据19
2.2字符编码20
2.3多媒体编码21
2.3.1音频编码21
2.3.2图像编码22
2.3.3视频编码24
2.4计算机图形学.26
2.4.1计算机图形学基本概念26
2.4.2计算机图形学技术应用27
2.5虚拟现实28
2.5.1虚拟现实的概念28
2.5.2虚拟现实的特点29
2.5.3虚拟现实的分类30
2.5.4技术应用31
2.5.5面临的挑战32
2.6元宇宙33
2.6.1元宇宙的概念33
2.6.2元宇宙发展历程33
2.6.3元宇宙的特点34
2.6.4元宇宙的应用35
小结36
习题37
第3章计算机网络38
3.1计算机网络概述38
3.1.1计算机网络的定义38
3.1.2计算机网络的发展39
3.1.3计算机网络的分类41
3.2计算机网络组成与体系结构43
3.2.1计算机网络组成43
3.2.2计算机网络体系结构44
3.2.3TCP/IP46
3.2.4路由器47
3.3网络地址48
3.3.1IPv448
3.3.2IPv649
3.3.3子网与子网掩码49
3.4Internet基础49
3.4.1Internet的概念49
3.4.2域名系统50
3.4.3Internet服务51
3.5云计算53
3.5.1云计算的概念53
3.5.2云计算的服务模式53
3.5.3云计算的应用54
3.6区块链56
3.6.1区块链概述56
3.6.2区块链架构58
3.6.3区块链的分类60
3.6.4区块链的应用61
3.7物联网62
3.7.1物联网的概念62
3.7.2物联网的关键技术63
3.7.3物联网的应用63
小结64
习题65
第4章信息安全66
4.1信息安全概述.66
4.1.1相关概念66
4.1.2相关攻击事件67
4.1.3相关法律法规68
4.1.4信息安全的重要性69
4.2物理安全69
4.2.1芯片安全70
4.2.2设备安全70
4.3信息安全技术.71
4.3.1加密技术71
4.3.2防火墙72
4.3.3入侵检测系统74
4.4恶意攻击及防护75
4.4.1黑客75
4.4.2恶意软件75
4.5面临的挑战与应对78
4.5.1面临的挑战78
4.5.2应对策略81
小结82
习题83
第5章程序设计基础84
5.1计算机语言84
5.2编程思想86
5.2.1面向过程程序设计86
5.2.2面向对象程序设计87
5.3算法基础87
5.3.1算法概念与特点87
5.3.2算法描述88
5.4Python基础91
5.4.1Python的安装与运行91
5.4.2Python基础语法91
5.5数据结构基础.93
5.5.1数据结构的基本术语93
5.5.2数据结构的研究内容93
5.5.3数据结构的分类94
5.6软件工程思想.96
5.6.1软件的认识96
5.6.2软件的认识过程97
5.6.3软件工程概述97
5.6.4软件生命周期与开发过程98
小结101
习题101
第6章数据管理与分析102
6.1计算机数据管理102
6.1.1人工管理阶段102
6.1.2文件系统阶段103
6.1.3数据库系统阶段103
6.1.4数据文件格式104
6.2数据库105
6.2.1数据库系统的组成105
6.2.2关系型数据库107
6.2.3数据库设计109
6.2.4SQL概述109
6.3大数据110
6.3.1大数据的概念110
6.3.2大数据的特性110
6.3.3大数据处理111
6.4数据分析113
6.4.1数据分析的概念113
6.4.2数据分析的关键环节114
6.4.3数据分析软件120
6.4.4数据分析应用场景121
小结122
习题122
第7章人工智能基础124
7.1人工智能的概念124
7.1.1人工智能的理解124
7.1.2人工智能的基本特征125
7.2人工智能的诞生125
7.3人工智能的发展126
7.4主流的人工智能学派128
7.4.1符号主义128
7.4.2连接主义129
7.4.3行为主义130
7.5人工智能研究的基本内容130
7.6人工智能的主要研究领域131
7.6.1自然语言处理131
7.6.2数据挖掘与知识发现132
7.6.3智能体与智能机器人133
7.6.4机器博弈134
7.7人工智能研究的三要素137
7.7.1算法137
7.7.2算力139
7.7.3数据140
7.8面临的伦理与法律问题141
7.8.1道德伦理问题141
7.8.2法律的问题142
小结143
习题144
第8章机器学习145
8.1机器学习概述.145
8.1.1机器学习的概念145
8.1.2机器学习的分类146
8.2神经网络147
8.2.1神经网络的概念147
8.2.2神经网络的发展历程148
8.2.3神经网络的分类149
8.3分类任务150
8.3.1k近邻分类算法150
8.3.2决策树分类算法151
8.4回归任务152
8.4.1k近邻回归算法152
8.4.2决策树回归算法153
8.5聚类任务153
8.6应用场景155
小结156
习题156
第9章智能决策158
9.1机器博弈158
9.1.1机器博弈概述158
9.1.2机器博弈系统159
9.1.3极小极大原理160
9.1.4智能搜索160
9.1.5机器博弈典型算法166
9.2机器智能168
9.2.1计算智能的概念168
9.2.2计算智能的分类168
9.3进化计算169
9.3.1进化计算的概念169
9.3.2遗传算法的概念169
9.3.3遗传算法的流程170
9.3.4遗传算法的主要特点171
9.3.5遗传算法的应用171
9.4群体智能172
9.4.1群体智能的概念172
9.4.2蚁群算法173
9.4.3人工蜂群算法175
9.4.4粒子群算法175
9.5专家系统176
9.5.1专家系统概述176
9.5.2专家系统的基本结构178
9.5.3专家系统的开发过程181
小结182
习题182iv
计算思维与人工智能基础
第10章大模型与AIGC183
10.1自然语言处理183
10.1.1NLP的基本概念183
10.1.2NLP的发展历程183
10.1.3NLP的研究方向185
10.1.4NLP的处理过程185
10.1.5NLP的处理流程186
10.2大模型188
10.2.1大模型的概念188
10.2.2大模型发展历程189
10.2.3大模型的分类190
10.2.4大模型工作原理191
10.2.5重要的大模型架构192
10.2.6构建大模型196
10.2.7本地部署大模型196
10.3AIGC199
10.3.1AIGC概念199
10.3.2提示词工程199
10.3.3大模型与AIGC应用203
10.3.4AIGC工具简介205
10.4挑战与展望208
10.4.1挑战208
10.4.2展望未来210
小结211
习题212
第11章智能体213
11.1分布式人工智能213
11.1.1分布式人工智能的概念213
11.1.2分布式人工智能的特点214
11.1.3分布式人工智能的分类214
11.1.4分布式人工智能的应用和发展215
11.2机器人216
11.3智能体概述217
11.3.1智能体的概念与特性217
11.3.2智能体的结构与类型218
11.3.3智能体通信220
11.3.4多智能体系统222
11.3.5智能体的应用223
11.4挑战与前景225
11.4.1挑战225
11.4.2发展前景225
小结225
习题226
第12章人工智能在各个领域的应用.227
12.1人工智能在交通领域的应用227
12.1.1应用场景227
12.1.2未来发展230
12.2人工智能在工业领域的应用232
12.2.1应用场景232
12.2.2未来发展234
12.3人工智能在医疗领域的应用235
12.3.1应用场景235
12.3.2未来发展236
12.4人工智能在教育领域的应用237
12.4.1应用场景237
12.4.2未来发展239
12.5人工智能在安防领域的应用239
12.5.1应用场景239
12.5.2未来发展241
12.6人工智能在金融领域的应用242
12.6.1应用场景242
12.6.2未来发展244
12.7人工智能对社会的影响244
12.7.1人工智能时代的新挑战244
12.7.2人工智能时代的新机遇245
小结245
习题246
参考文献247
