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推荐语：“蓝光之父”中村修二诺贝尔物理学奖获得者做序！人工智能+教育+医疗+金融+交通+安防+零售+物流+制造+农业，看懂真实的人工智能产业！

作者：苏秉华,吴红辉,滕悦然

出版社：化学工业出版社

出版时间：2020-05-01

书籍编号：30617972

ISBN：9787122362360

正文语种：中文

字数：224041

版次：

所属分类：计算机-程序设计

内容提要

《人工智能（AI）应用从入门到精通》是一本人工智能应用入门级读物，全书分基础篇和应用篇两个部分。

基础篇包括人工智能的基本认知、人工智能的关键技术、人工智能的基本要素、人工智能的产业应用和人工智能的伦理安全五章内容；应用篇包括人工智能+教育、人工智能+医疗、人工智能+金融、人工智能+交通、人工智能+安防、人工智能+零售、人工智能+物流、人工智能+制造和人工智能+农业九章内容。

本书内容翔实，简单易懂，全面系统地涵盖了人工智能的相关知识，既简明扼要地介绍了这一学科的基础知识，适合人工智能相关领域和对该领域感兴趣的读者阅读，也适合大中专院校的老师、学生以及科普机构、基地的参观者学习参考。

版权页

书名：人工智能（AI）应用从入门到精通

作者：苏秉华，吴红辉，滕悦然编著

CIP号：第028579号

ISBN：978-7-122-36236-0

责任编辑：陈　蕾

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

购书咨询：010-64518888

售后服务：010-64518899

网址：http://www.cip.com.cn

版权所有　违者必究

序

随着全球化的发展，人与人之间的关系变得越来越紧密，因此对技术的依赖性也越来越强。新一轮人工智能、5G、区块链、大数据、云计算、物联网技术正在改变人们处理工作及日常活动的方式，大量智慧终端也已开始应用于人类社会的各种场景。虽然“智慧城市”的概念提出已有很多年，但作为城市发展的未来，问题仍然不少。但最重要的，是我们如何将这种新技术与人类社会实际场景有效地结合起来！

传统理解上，人们普遍认为利用数据和数字化技术解决公共问题是政府机构或者公共部门的责任，但实际情况并不尽然。虽然政府机构及公共部门是近七成智慧化应用的真正拥有者，但这些应用近六成的原始投资来源于企业或私营部门。可见，地方政府完全不需要由自己主导提供每一种应用和服务。目前也有许多智慧城市采用了借助构建系统生态的方法，通过政府引导、企业或私营部门合作投资，共同开发智慧化应用创新解决方案。

打造智慧城市最重要的动力是来自政府管理者的强大意愿，政府和公共部门可以思考在哪些领域可以适当留出空间，为企业或其他私营部门提供创新余地。 合作方越多，应用的使用范围就越广，数据的使用也会更有创意，从而带来更出色的效益。

与此同时，智慧解决方案也正悄然地改变着城市基础设施运行的经济效益，促使管理部门对包括政务、民生、环境、公共安全、城市交通、废物管理等在内的城市基本服务方式进行重新思考。而对企业而言，打造智慧城市无疑也为他们创造了新的机遇。因此很多城市的多个行业已经逐步开始实施智慧化的解决方案，变革现有的产品和服务方式。比如，药店连锁企业开始变身为远程医药提供商，而房地产开发商开始将自动化系统、传感器、出行方案等整合到其物业管理中，形成智慧社区。

1.未来的城市

智慧城市将基础设施和新技术结合在一起，以改善公民的生活质量，并加强他们与城市环境的互动。但是，如何整合和有效利用公共交通、空气质量和能源生产等领域的数据以使城市更高效有序地运营呢？

5G时代的到来，高带宽的支持与物联网（IoT）融合，将使城市运营问题有更好的解决方案。作为智慧技术应用的一部分，物联网使各种对象和实体能够通过互联网相互通信。通过创建能够进行智能交互的对象网络，门户开启了广泛的技术创新，这有助于改善政务、民生、环境、公共安全、城市交通、能源、废物管理等方面。

每年巴塞罗那智慧城市博览会世界大会，汇集了全球城市发展的主要国际人物及厂商。通过提供更多能够跨平台通信的技术，物联网可以生成更多数据，有助于改善日常生活的各个方面。城市可以实时识别机遇和挑战，通过在问题出现之前查明问题并更准确地分配资源以最大限度地发挥影响来降低成本。

2.效率和灵活性

通过投资公共基础设施，智慧城市为城市带来高效率的运营及灵活性。巴塞罗那市通过在整个城市实施光纤网络采用智能技术，提供支持物联网的免费高速 Wi-Fi。通过整合智慧水务、照明和停车管理，巴塞罗那节省了7500万欧元的城市资金，并在智慧技术领域创造了47000个新工作岗位。

荷兰已在阿姆斯特丹测试了基于物联网的基础设施的使用情况，该基础设施根据实时数据监测和调整交通流量、能源使用和公共安全等领域。与此同时，在美国波士顿和巴尔的摩等主要城市已经部署了智能垃圾桶，这些垃圾桶可以传输它们的充足程度数据，并为卫生工作者确定最有效的接送路线。

物联网为愿意实施新智慧技术的城市带来了大量机遇，大大提高了城市运营效率。此外，大专院校也在寻求最大限度地发挥综合智能技术的影响力，大学本质上是一个精简的微缩城市版本，通常拥有自己的交通系统、小企业以及自己的学生，这使得校园成为完美的试验场，智慧教育将极大地提高学校老师与学生的互动能力、学校的管理者与教师的互动效率、学生与校园基础设施互动的友好性。在校园里，您的手机或智能手表可以提醒您一个课程以及如何到达课程，为您提供截止日期的最新信息，并提示您从图书馆借来的书籍逾期信息。虽然与全球各个城市实施相比，这些似乎只是些小改进，但它们可以帮助形成未来发展的蓝图，可以升级以适应智慧城市更大的发展需求。

3.未来的发展

随着智慧技术的不断发展和城市中心的扩展，两者将相互联系。例如，美国、日本、英国都计划将智慧技术整合到未来的城市开发中，并使用大数据来做出更好的决策以升级国家的基础设施，因为更好的政府决策将带来城市经济长期可持续繁荣。

Shuji Nakamura（中村修二），日本裔美国电子工程师和发明家，是高亮度蓝色发光二极管与青紫色激光二极管的发明者，被誉为“蓝光之父”，擅长半导体技术领域，现担任加州大学圣芭芭拉分校材料系教授。中村教授获得了一系列荣誉，包括仁科纪念奖（1996）、英国顶级科学奖（1998）、富兰克林奖章（2002）、千禧技术奖（2006）等。因发明蓝色发光二极管即蓝光LED，2014年他被授予诺贝尔物理学奖。

诺贝尔奖评选委员会的声明说：“白炽灯点亮了20世纪，21世纪将由LED灯点亮。”

前言

当前，以互联网、大数据、人工智能等为代表的现代信息技术日新月异，新一轮科技革命和产业变革蓬勃推进，智能产业快速发展，对经济发展、社会进步、全球治理等方面产生重大而深远影响。

近年来，人工智能突破了学术界、企业界的小圈子，从“概念炒作”真正进入“实际应用”阶段，逐渐落地各个领域，在交通、零售、安防、医疗、金融等行业多点开花，无人驾驶、智能机器人、刷脸支付……，这些真真切切地改变着我们的日常生活。目前，许多高校设立了人工智能专业，资本大量涌入人工智能领域，互联网企业也在争抢人工智能人才，可以说人工智能迎来发展“黄金期”。

人工智能（Artificial Intelligence）英文缩写为AI，它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。新一代人工智能正在全球范围蓬勃发展，推动了世界从互联信息时代进入智能信息时代，给人们的生产生活方式带来颠覆性影响。人工智能与经济社会的深度融合，将给人类社会发展进步带来强大新动能，实现创新式发展。

“从科学层面看，人工智能跨越认知科学、神经科学、数学和计算机科学等学科，具有高度交叉性；从技术层面看，人工智能包含计算机视觉、机器学习、知识工程、自然语言处理等多个领域，具有极强专业性；从产业层面看，人工智能在智能制造、智慧农业、智慧医疗、智慧城市等领域的应用不断扩大，具有内在融合性；从社会层面看，人工智能给社会治理、隐私保护、伦理道德等带来新的影响，具有全面渗透性。目前，在边界清晰、规则明确、任务规范的特定应用场景下（如下围棋、人脸识别、语音识别）设计出的智能体表现出较好的专用智能。未来，人工智能的发展将从专用人工智能、人机共存智能向通用人工智能转变。可以预见，通过科学研究的牵引、应用技术的交叉，人工智能必将推动人类社会实现创新式发展。

人工智能为人类改造世界形成新业态，增强产业发展能力。根据对人工智能应用的需求，可将人工智能产业分为三个层次：以AI芯片和软件为框架的基础层；以语音识别、计算机视觉、自然语言交互为主的技术层；以智慧医疗、智能安防、自动驾驶等“人工智能+”为代表的应用层。人工智能与传统产业的融合，不仅能提高产业发展的效率，更可以实现产业的升级换代，形成新业态，构成新的创新生态圈，催生新的经济增长点。

《人工智能（AI）应用从入门到精通》是一本人工智能应用入门级读物，全书分基础篇和应用篇两个部分。基础篇包括人工智能的基本认知、人工智能的关键技术、人工智能的基本要素、人工智能的产业应用和人工智能的伦理安全五章内容；应用篇包括人工智能+教育、人工智能+医疗、人工智能+金融、人工智能+交通、人工智能+安防、人工智能+零售、人工智能+物流、人工智能+制造和人工智能+农业九章内容。

本书提供了大量的案例，但案例是为了佐证人工智能在生活、工作中的实践，概不构成任何广告；在任何情况下，本书中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议；同时，本书中的信息来源于已公开的资料，作者已对相关信息的准确性、完整性或可靠性做尽可能的追索。

本书内容翔实，简单易懂，全面系统地涵盖了人工智能的相关知识，适合人工智能相关领域和对该领域感兴趣的读者阅读，也适合大中专院校的老师、学生以及科普机构、基地的参观者学习参考。

由于笔者水平有限，加之时间仓促、参考资料有限，书中难免出现疏漏与缺憾，敬请读者批评指正。同时，由于写作时间紧迫，部分内容引自互联网媒体，其中有些未能一一与原作者取得联系，请您看到本书后及时与编者联系。

编著者

第一部分　基础篇

2018年被称为人工智能爆发的元年，人工智能技术应用所催生的商业价值逐步凸显。人工智能逐步切入到社会生活的方方面面，带来生产效率及生活品质的大幅提升。

第一章　人工智能的基本认知

导言

作为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，人工智能技术正在深刻改变世界。人们已经开始依赖人工智能的各种计算服务，这种计算化于无形，从购物网站的精准推送到电视剧的剧情设计，再到无人驾驶汽车中的识别技术，可谓无处不在。

一、人工智能的起源

人工智能始于20世纪50年代，至今大致分为图1-1所示的三个发展阶段。

图1-1　人工智能的发展阶段

1.第一阶段（20世纪50～80年代）

这一阶段人工智能刚诞生，基于抽象数学推理的可编程数字计算机已经出现，符号主义（Symbolism）快速发展，但由于很多事物不能形式化表达，建立的模型存在一定的局限性。此外，随着计算任务的复杂性不断加大，人工智能发展一度遇到瓶颈。

2.第二阶段（20世纪80～90年代末）

在这一阶段，专家系统得到快速发展，数学模型有重大突破，但由于专家系统在知识获取、推理能力等方面的不足，以及开发成本高等原因，人工智能的发展又一次进入低谷期。

3.第三阶段（21世纪初至今）

随着大数据的积聚、理论算法的革新、计算能力的提升，人工智能在很多应用领域取得了突破性进展，迎来了又一个繁荣时期。

二、人工智能的基本思想

长期以来，制造具有智能的机器一直是人类的重大梦想。自人工智能科学诞生至今的60多年来，人工智能发展潮起潮落的同时，基本思想可大致划分为图1-2所示的三个流派。这三个流派从不同侧面抓住了智能的部分特征，在“制造”人工智能方面都取得了里程碑式的成就。

图1-2　人工智能基本思想的分类

1.符号主义（Symbolism）

符号主义又称为逻辑主义，在人工智能早期一直占据主导地位。该学派认为人工智能源于数学逻辑，其实质是模拟人的抽象逻辑思维，用符号描述人类的认知过程。

早期的研究思路是通过基本的推断步骤寻求完全解，出现了逻辑理论家和几何定理证明器等。20世纪70年代出现了大量的专家系统，结合了领域知识和逻辑推断，使得人工智能进入了工程应用。PC机的出现以及专家系统高昂的成本，使符号学派在人工智能领域的主导地位逐渐被连接主义取代。

2.连接主义（Connectionism）

连接主义又称为仿生学派，当前占据主导地位。该学派认为人工智能源于仿生学，应以工程技术手段模拟人脑神经系统的结构和功能。

连接主义最早可追溯到1943年麦卡洛克和皮茨创立的脑模型，由于受理论模

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