E-BOOK 立心之约：中学生AI微课十讲

立心之约：中学生AI微课十讲

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出版社: 北京大学出版社
出版日期: 2025-01-01
页数: 390 页
评分: 9.5 / 10

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本书作者主编朱松纯是人工智能领域的战略科学家，曾三度问鼎计算机视觉领域最高荣誉Marr奖。本书是专门为中学生及人工智能爱好者编写的人工智能科普读物，有助于读者人工智能方面素质的快速提升。本书有以下特点：1. 充分体现“为机器立心，为人文赋理”的理念。2. 在选材上注重准确启蒙、突出重点、兼顾研究实践和眼界拓展、强化启迪效应。3. 内容涵括了人工智能研究的六大核心领域。4. 例子丰富、典型、有趣且富有启发性，力求使人工智能的相关知识变得通俗易懂。

内容简介

《立心之约——中学生AI微课十讲》是关于人工智能（AI）是什么、研究什么及其应用与发展现状的科普读物，分十讲进行编写：第一讲，人工智能的现状、趋势与战略；第二讲，机器眼中的大千世界——计算机视觉；第三讲，语言与机器的火花碰撞——自然语言处理；第四讲，认知科学与AI世界的邀约——认知推理；第五讲，机器自我成长进步——机器学习；第六讲，未来生活离不开的伙伴——智能机器人；第七讲，机器世界不孤单——多智能体；第八讲，机器生活的世界——物理世界仿真模拟；第九讲，舞动科技的音符——人工智能音乐；第十讲，人工智能在北大。
《立心之约——中学生AI微课十讲》可作为人工智能的的科普读物，也可作为中学校本课教材或大学通识教育课教材。

作者简介

朱松纯
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朱松纯，北京通用人工智能研究院院长，北京大学讲席教授，北京大学智能学院、人工智能研究院院长，清华大学基础科学讲席教授，第十四届全国政协委员。朱松纯因其在计算机视觉与模式识别领域的贡献而获得过许多奖项，包括三度问鼎计算机视觉领域最高荣誉国际计算机视觉大会马尔奖（2003年获奖，1999和2007年获荣誉奖）、2008年国际模式识别协会阿加沃尔奖（J.K. Aggarwal Prize）、2013年国际计算机视觉大会亥姆霍兹奖（Helmholtz Prize）、2017年国际认知科学学会计算建模奖等。

目　　录

第一讲　人工智能的现状、趋势与战略........................朱松纯1
　1.1　从物到人的演化.................................................................2
　1.2 　人工智能的发展历史与趋势...........................................7
　1.3　人工智能战略...................................................................14
　1.4　迈向通用人工智能...........................................................17
　1.5　北京大学通班...................................................................25
　思考题........................................................................................26
第二讲　机器眼中的大千世界
　　　　—— 计算机视觉..............................................刘腾宇29
　2.1　神奇的视觉.......................................................................30
　2.2　人类视觉与计算机视觉...................................................41
　2.3　计算机视觉的起源与挑战..............................................46
　2.4　两类计算机视觉任务.......................................................55
　2.5　计算机视觉前沿技术.......................................................57

第一讲　人工智能的现状、趋势与战略........................朱松纯1 　1.1　从物到人的演化.................................................................2 　1.2 　人工智能的发展历史与趋势...........................................7 　1.3　人工智能战略...................................................................14 　1.4　迈向通用人工智能...........................................................17 　1.5　北京大学通班...................................................................25 　思考题........................................................................................26 第二讲　机器眼中的大千世界 　　　　—— 计算机视觉..............................................刘腾宇29 　2.1　神奇的视觉.......................................................................30 　2.2　人类视觉与计算机视觉...................................................41 　2.3　计算机视觉的起源与挑战..............................................46 　2.4　两类计算机视觉任务.......................................................55 　2.5　计算机视觉前沿技术.......................................................57 　思考题........................................................................................65 第三讲　语言与机器的火花碰撞 　　　　——自然语言处理...........................................赵东岩67 　3.1　语言：简洁的复杂...........................................................68 　3.2　文字：符号的演绎...........................................................73 　3.3　语义：理解的奥秘...........................................................81 　3.4　交流：心智的博弈...........................................................87 　思考题........................................................................................932 第四讲　认知科学与人工智能世界的邀约 　　　　——认知推理...................................................朱毅鑫95 　4.1　从感知到认知...................................................................96 　4.2　理解婴儿：违反预期法...................................................99 　4.3　认知一窥：从静态物体到动态场景............................102 　4.4　物理认知：从特征编码到物理理解............................104 　4.5　社会认知：从无生命到有生命....................................115 　4.6　心智理论：意图的理解与预测....................................119 　思考题......................................................................................123 第五讲　机器自我成长进步 　　　　——.机器学习................................................林宙辰125 　5.1　一个例子.........................................................................126 　5.2　人类学习与机器学习.....................................................126 　5.3　机器学习简介.................................................................130 　5.4　有趣的应用例子.............................................................149 　5.5　机器学习的重大理论问题............................................152 　思考题......................................................................................154 第六讲　未来生活离不开的伙伴 　　　　——智能机器人.............................................刘航欣157 　6.1　机器人：科幻与现实.....................................................158 　6.2　空间定位：场景理解背后的挑战................................164 　6.3　场景重建：机器人“局限”的视角............................168 　6.4　规划控制：行动中的机器人........................................171 　6.5　交互问题：与环境和人类共存....................................178 　思考题......................................................................................184 第七讲　机器世界不孤单 　　　　——多智能体.................................................綦思源187 　7.1　自然界中的多智能体系统............................................188 　7.2　游戏模拟的多智能体系统............................................190 　7.3　博弈论：合作与竞争.....................................................194 　7.4　为机器赋予社会智能.....................................................198 　7.5　多智能体前沿研究.........................................................205 　思考题......................................................................................206 第八讲　机器生活的世界 　　　　——物理世界仿真模拟................................陈宝权209 　8.1　实践出真知.....................................................................210 　8.2　物理世界仿真模拟.........................................................215 　8.3　仿真模拟与智能应用.....................................................233 　8.4　从数字生成到智能理解.................................................237 　思考题......................................................................................239 第九讲　舞动科技的音符 　　　　——音乐人工智能.........................................许　多241 　9.1　引言：人工智能续写的贝多芬《第十交响曲》........242 　9.2　科学技术驱动音乐发展.................................................244 　9.3　音乐的特点.....................................................................246 　9.4　音乐人工智能及其挑战.................................................247 　9.5　音乐人工智能的一些研究内容....................................248 　9.6　音乐人工智能的技术展示............................................256 　9.7　音乐人工智能的应用及其前景....................................259 　思考题......................................................................................260 第十讲　人工智能在北大.............................................罗定生263 　10.1　智能学科.......................................................................264 　10.2　人工智能在北大...........................................................268 　10.3　选择智能学科的理由...................................................276 　思考题......................................................................................279

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自有人类历史以来，每一次科学技术革命都对社会的进步和发展起到巨大的推动作用。从蒸汽机开启的工业时代，到发电机开启的电气时代，再到计算机开启的信息时代，无一例外地深刻改变和影响了世界经济与社会文明的进程。
人工智能作为第四次工业革命的颠覆性技术，新质生产力的典型代表，成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量。在其刚刚进入日常生活之时，就对社会产生了形形色色的影响，且影响已超越学术、产业领域，上升到政治与国家安全的层面。人工智能已成为大国竞争的关键领域。
科技的竞争就是人才的竞争。面对人工智能专业人才极度短缺、全民人工智能素养亟须提升的现状，全面推进人工智能教育成为重要的国家战略。2017 年，国务院发布的《新一代人工智能发展规划》中明确提出，“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”。近几年，党中央、国务院、各部委及地方政府，密集出台一系列推进我国人工智能教育的规划和举措。2024 年李强总理所做的《政府工作报告》提出，深入推进数字经济创新发展，开展“人工智能 ”行动。为加快适应人工智能对各行各业更加深入的渗透，全面开展以素养提升为目标的人工智能科普教育变得尤为迫切。
鉴于上述背景，我们组织来自北京大学智能学院、北京大学人工智能研究院、北京大学王选计算机研究所、北京通用人工智能研究院等北京大学智能学科共建单位及延伸机构的近20 位教授团队，撰写了这一面向全国中学生的人工智能启蒙科普图书。在撰写之初，我们于2023 年5 月，就本书的主要内容进行了线上课程直播，首次直播收看量逾千万人次。直播课程得到观众的广泛好评，也得到有关领导的肯定，并于2024 年5 月成功入选国家智慧教育公共服务平台的“名师教AI”专栏，这无疑成为我们写好本书的极大动力。

自有人类历史以来，每一次科学技术革命都对社会的进步和发展起到巨大的推动作用。从蒸汽机开启的工业时代，到发电机开启的电气时代，再到计算机开启的信息时代，无一例外地深刻改变和影响了世界经济与社会文明的进程。
人工智能作为第四次工业革命的颠覆性技术，新质生产力的典型代表，成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量。在其刚刚进入日常生活之时，就对社会产生了形形色色的影响，且影响已超越学术、产业领域，上升到政治与国家安全的层面。人工智能已成为大国竞争的关键领域。
科技的竞争就是人才的竞争。面对人工智能专业人才极度短缺、全民人工智能素养亟须提升的现状，全面推进人工智能教育成为重要的国家战略。2017 年，国务院发布的《新一代人工智能发展规划》中明确提出，“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”。近几年，党中央、国务院、各部委及地方政府，密集出台一系列推进我国人工智能教育的规划和举措。2024 年李强总理所做的《政府工作报告》提出，深入推进数字经济创新发展，开展“人工智能 ”行动。为加快适应人工智能对各行各业更加深入的渗透，全面开展以素养提升为目标的人工智能科普教育变得尤为迫切。
鉴于上述背景，我们组织来自北京大学智能学院、北京大学人工智能研究院、北京大学王选计算机研究所、北京通用人工智能研究院等北京大学智能学科共建单位及延伸机构的近20 位教授团队，撰写了这一面向全国中学生的人工智能启蒙科普图书。在撰写之初，我们于2023 年5 月，就本书的主要内容进行了线上课程直播，首次直播收看量逾千万人次。直播课程得到观众的广泛好评，也得到有关领导的肯定，并于2024 年5 月成功入选国家智慧教育公共服务平台的“名师教AI”专栏，这无疑成为我们写好本书的极大动力。
本书共分十讲，充分体现“为机器立心，为人文赋理”的理念。在内容设计上，一是注重准确启蒙。既对人工智能涉及的相关基本概念从人类进化、文明演进、现象观察、日常实例等入手，进行对照式的介绍，也对已有成就、前沿挑战、未来趋势等予以深入浅出的探讨。二是突出重点。从人工智能诸多方向中，将计算机视觉、自然语言处理、认知推理、机器学习、智能机器人、多智能体等六大人工智能核心领域作为主体内容着重介绍。三是兼顾研究实践和眼界拓展。智能体在真实世界的行为表现是其智能水平的最终体现，而在研究实践中往往首先在仿真世界中展开探索以减少额外因素的影响，为此引入对物理世界如何进行仿真模拟的介绍；同时，从拓展眼界的角度，探索人工智能在艺术领域的影响，引入音乐人工智能的内容，以加深对人工智能与各学科深度交融特点的认识。四是强化启迪效应。对书中主体内容均设有副标题，以启发读者对章节内容的直观认识；在各讲内容介绍中均有大量的设问，引导读者思考，以期形成对相关知识点循序渐进式的理解把握；在各讲最后均配有若干思考题，以期加深读者对相应知识点的理解并启发思考。五是以“人工智能在北大”为题，通过对北京大学在人工智能领域研究历程、创新进展、学科设置、战略布局等的介绍，再次梳理人工智能的现状和挑战，以期强化读者的兴趣并加深读者对人工智能战略学科地位的认识。
2024 年中央广播电视总台播出的《开学第一课》，全球首个通用人工智能体——小女孩“通通”亮相，和中小学生见面，为大家打开了一扇了解人工智能的窗口。本书将通过精心遴选、生动形象、深入浅出的内容，并配以录播课程讲解，为大家进一步了解人工智能提供帮助。同时，希望本书还能很好地帮助对人工智能感兴趣的学生及社会人士，以提升大家在人工智能方面的基本素养。
本书由朱松纯统筹规划，确定框架，十讲依次由朱松纯、刘腾宇、赵东岩、朱毅鑫、林宙辰、刘航欣、綦思源、陈宝权、许多、罗定生完成编写；全书在朱松纯的指导下由罗定生完成统稿。在本书编写过程中，北京大学智能学科共建单位及延伸机构多位老师提出了一些宝贵建议，并提供了许多帮助，尤其是吴玺宏、黄思远、郑子隆、范丽凤、梁一韬、李庆、杨耀东、王滨、金鑫等老师为各讲提供了一些素材。中国矿业大学雷小峰老师帮助整理了书稿文字。另外，责任编辑曾琬婷女士对本书内容的编排、表述做了许多精心修改，付出了辛勤的劳动。在此，一并表示衷心的感谢！
由于时间仓促，水平有限，本书难免存在不当或错漏之处，敬请读者朋友们不吝指正！
朱松纯
2024 年9 月

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