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绪章导言
《人工智能与科学之美》通过讲述人工智能的发展历程、主要技术、在现代生活中体现的方方面面，使同学们具备把握人工智能发展趋势与基本应用的能力。主要内容包括人工智能概述、人工智能与机器视觉、语音识别、智能控制、智能机器人、智能汽车，以及人工智能发展过程中体现的科学之美。
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●0.1导言
《人工智能与科学之美》通过讲述人工智能的发展历程、主要技术、在现代生活中体现的方方面面，使同学们具备把握人工智能发展趋势与基本应用的能力。主要内容包括人工智能概述、人工智能与机器视觉、语音识别、智能控制、智能机器人、智能汽车，以及人工智能发展过程中体现的科学之美。
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第一章人工智能概述
人工智能在计算机领域内，得到了愈加广泛的重视，那人工智能是什么？人工智能有什么流派？人工智能能做什么？本章我们就这几个问题对人工智能进行概述。
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●1.1你会爱上她吗：什么是人工智能?
从2000多年前的人们对人工智能的早期幻想，再到如今各种影视中的人工智能，人工智能概念似乎早已深入人心，那到底什么是人工智能呢？本节将从古时人们对于人工智能的幻想和对电影《她》中对人工智能的幻想出发，阐述什么是人工智能。
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●1.2人工智能VS人的智能
人工智能是计算机模拟人类的智能。为了更好地了解什么是人工智能，我们需要先了解什么是人的智能，以其两者之间的区别和联系，并由此探讨人工智能是否能超越人的智能。
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●1.3科技强国：从领军企业看人工智能
人工智能的基础理论由来已久，由深度学习引爆的第三次人工智能浪潮，以及算力的进步和数据的爆发，使得人工智能技术快速走向成熟，并逐步落地产业应用。在这样的时代背景下，中国自然也不会落后，大量的人工智能企业如雨后春笋般涌现。
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●1.4强人工智能会使很多人失业吗
强人工智能一词的出现带来一系列社会争论，其中社会关注度最高的一个问题是：强人工智能会使很多人失业吗？本章节对强、弱人工智能进行了介绍并从几个方面回答了这个问题。
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●1.5科学的百家争鸣：人工智能三大学派
通过机器实现模仿人类的行为，使之具有人类的智能，是人类长期以来追求的目标。这期间，不同学科或学科背景的学者对人工智能做出了各自的理解，提出了不同的观点，由此产生了不同的学术流派。对人工智能研究影响较大的主要有符号主义、连接主义和行为主义三大流派。本节对三大流派进行简要介绍，并简要说明他们之间的区别和联系。
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●1.6给机器测智商：图灵测试
人类可以做智商测试了解自己有多聪明，那机器是否也能测智商呢？答案是肯定的！判断机器是否具有类似人类智能的方法叫“图灵测试”。图灵测试是一个叫做艾伦·图灵的人提出的，在人类还无法用科学的、可量化的标准对人类智慧这个概念做一个定义的时候，给出了一个可行的确定其是否具有人类智慧的测试方法，推动了计算机科学和人工智能的发展。
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●1.7人工智能的诞生与发展
人工智能诞生于1956年达特茅斯会议，经过了五个时期的发展，开始不断走进我们的生活，本节将讲述人工智能是如何发展变化的。
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●1.8人工智能的跨学科贡献
人工智能是包罗万象的，它是哲学、数学、经济学等学科融合得到的产物，本节将介绍各个学科给予了人工智能的各种思想。
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●1.9人工智能能做什么
随着经济和技术的不断发展，人工智能与任何专业、任何领域、任何行业都有密切联系，这一节我们将讲述人工智能在各个领域的应用。
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第二章人工智能的实现
人工智能的实现
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●2.1什么是人类知识
什么是人类知识？柏拉图、盖梯尔和香农对人类知识都有过定义。知识是将有关信息关联在一起所形成的信息结构。在本专题，将介绍什么是知识以及知识在人工智能里的分类。
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●2.2知识的相对正确性
知识是人类对客观世界认识的结晶，并且受到长期实践的检验，许多知识只在一定的条件下才是正确的，这就是知识的相对正确性。这里“一定的条件及环境”是必不可少的，它是知识正确性的前提。在人工智能中，知识的相对正确性更加突出。
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●2.3知识具有不确定性
由于现实世界的复杂性，信息可能是精确的，也可能是不精确的、模糊的；关联可能是确定的，也可能是不确定的。知识并不总是只有“真”与“假”这两种状态，而是在“真”与“假”之间还存在许多中间状态，即存在知识为“真”的程度问题。知识的这一特性称为不确定性。
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●2.4计算机如何产生知识
计算机知识表示是将人类知识形式化或者模型化。知识表示是对知识的一种描述，或者说是一组约定，一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。计算机表示知识的方法大致可以分为三种：产生式表示法，框架表示法和知识图谱。
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●2.5给知识画张地图：知识图谱
万维网的出现为知识的获取提供了极大的方便。知识图谱的目的是提高搜索引擎的能力，改善用户的搜索质量以及搜索体验。知识图谱又称科学知识图谱，以图形等可视化技术描述知识资源及其载体，挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系。在本专题，将详细介绍知识图谱的定义以及架构。
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●2.6人工智能在计算机上的实现方法
通过知识表示和推理，计算机具有了人类的知识体系和推理实现能力，下一步就是要在计算机上实现人工智能。在本专题，将和大家介绍人工智能在计算机上实现的两种不同方式。
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●2.7AlphaGO：深度学习与强化学习
阿尔法围棋（AlphaGo）是第一个击败人类职业围棋选手、第一个战胜围棋世界冠军的人工智能机器人，由谷歌（Google）旗下DeepMind公司戴密斯·哈萨比斯领衔的团队开发。阿尔法围棋根据以往的经验来不断优化算法，梳理决策模式，吸取比赛经验，并通过与自己下棋来强化学习，本章节将对作为AlphaGo背后技术支持的深度学习和强化学习进行介绍。
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●2.8大数据、云计算与人工智能的相遇、相识、相知
人工智能是大数据和云计算的一个应用场景。传统的机器人只会代替我们做一些已经输入好的指令工作，而人工智能则包括了机器学习。机器人从被动接受指令开始主动地进行学习，从模式化实行指令到自主判断，根据情况不同就会实行不同的指令。
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第三章人工智能与机器视觉
人工智能与机器视觉
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●3.1给机器一双眼睛
人类是通过眼睛来观察和认识这个世界的，那么如果计算机想要和人类一样“看到”周围的世界需要怎么做呢，为了解决这个问题，人们提出了机器视觉这一概念。在本小节，将为大家介绍机器视觉的相关概念。
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●3.2如何让机器拥有视觉
机器视觉检测技术是2018年发展起来的一项新技术，是精密测试技术领域内最具有发展潜力的新技术。将机器视觉引入检测领域，可以在很多场合实现在线高精度、高速测量。在本章节，将从给大家介绍机器视觉检测技术的构成和检测流程。
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●3.3机器视觉VS人的视觉
什么是机器视觉？它与人的视觉相比又有哪些优势。在本专题，将介绍什么是机器视觉以及机器视觉的特点与优势及其战略目标与应用。
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●3.4指纹神话：指纹识别如何成为破案工具
什么是指纹识别？它的工作原理又是什么呢？在本专题，将介绍什么是指纹识别以及指纹识别的原理及相关的技术。
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●3.5人脸识别：慧眼识英雄
人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。
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●3.6步态识别：走两步就知道你是谁
步态识别是一种新兴的生物特征识别技术，旨在通过人们走路的姿态进行识别，与其它的生物识别技术相比，步态识别具有非接触远距离和不容易伪装的优点。在智能视频监控领域，比图像识别更具优势。
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●3.7独一无二的人眼虹膜
在包括指纹在内的所有生物识别技术中，虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种。虹膜识别技术被广泛认为是二十一世纪最具有发展前途的生物认证技术，未来的安防、国防、电子商务等多种领域的应用，也必然会以虹膜识别技术为重点。这种趋势已经在全球各地的各种应用中逐渐开始显现出来，市场应用前景非常广阔。
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第四章人工智能与语音识别
人工智能与语音识别
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●4.1听声辨字：语音识别技术简介
语音识别是一门交叉学科。近二十年来，取得显著进步，开始从实验室走向市场。人们预计，未来10年内，将进入工业、家电、通信、汽车电子、、家庭服务、等各个领域。
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●4.2语言处理：让机器能听懂人说话
从微观角度，自然语言理解是指从自然语言到机器内部表示形式的一个映射。从宏观角度，自然语言理解是指机器能够执行人类所期望的某此与语言相关的功能。自然语言理解的研究主要分为四个时期：萌芽时期、关键词匹配技术为主的时期、句法语义分析技术为主的时期和自然语言理解发展时期。在本专题，将详细的为大家介绍语言处理过程的层次。
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●4.3机器翻译：咬文断字机器人
所谓的机器翻译又称机译，是利用计算机把一种自然语言转变成另一种自然语言的过程。机器翻译的发展历史大体上可以分为四个阶段。经过近70年的发展，机器翻译对于许多人来说已经不是很陌生的了。本章节将详细介绍机器翻译发展的历史、现状、危机以及发展趋势。
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●4.4机器听觉VS人的听觉
随着人工智能技术的发展，人们对机器的智能程度要求越来越高，人们希望机器能听懂自己的话语并执行命令，众所周知，人类听觉倚仗于复杂的生理结构，人类还未能完全探索人类听觉的形成，因此，想要设计出准确率非常高的机器听觉仍然需要漫长的人工智能技术的发展。
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●4.5听声定位实现鸣笛抓拍
声音技术应用广泛，是近年来的热点。2017年，声音技术应用延伸到了交通领域，开始用于鸣笛抓拍。本节将介绍如何用声音技术实现鸣笛抓拍。
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第五章人工智能与自动控制
人工智能与自动控制
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●5.1自动控制的诞生与发展
机器或者装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或者运行，而自动控制则是关于受控系统的分析，设计和运行的理论和技术，是自动化的核心问题。在本节我们将从古时的自动控制装置和维纳的“控制论”引入，对自动控制的三个发展阶段进行详细阐述。
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●5.2孟母三迁与负反馈
控制系统的特点是有负反馈，因而能自动调节。中国著名的孟母三迁故事，可以用控制系统的反馈来加以阐明。由故事来抛砖引玉，引导大家思考闭环负反馈在系统中所起的作用。
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●5.3闭环负反馈：无所不在的控制思想
闭环反馈控制是基于反馈原理建立的自动控制。通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在本节当中，我们先对闭环负反馈进行原理上的解析，然后我们代入大学生小明的视角，阐述生活中的闭环负反馈，并指出闭环负反馈与个人发展，祖国复兴的关系。
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●5.4钱学森与工程控制论
钱学森是世界著名科学家，中国两弹一星功勋奖章获得者，被誉为“中国自动化控制之父”，由于钱学森回国效力，中国、的发射向前了至少20年。他开创性地提出了一门新的技术科学—工程控制论，本节课将为大家介绍钱学森和他所创造的工程控制论及其背后的故事。
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●5.5认知控制与人工神经网络
麦卡洛克根据自己对物理与哲学交集的研究建立了一个新的领域——实验认识论。目的在于要解释神经网络的活动是怎样产生感觉与想法的，之后有了人工神经网络。
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●5.6人工智能系统中的自动控制
机器人的工作原理是一个复杂的问题，其原理是模仿人(动物)的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。从控制的角度，机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。飞控系统是无人机的关键核心系统之一，按具体功能可划分为导航子系统和飞控子系统两部分，无人机飞控系统的三闭环回路分别是：姿态控制回路、速度控制回路、位置控制回路。PID算法是无人机飞控系统中经典算法之一。
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●5.7人工智能与智能控制
人工智能（Artificial Intelligence），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. 智能控制过程是由人工智能所创造的机器自主地实现其目标的过程。本节课我们将介绍人工智能与智能控制的相关概念和内容。
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第六章人工智能的应用概述
人工智能的应用概述
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●6.1让“想象”触手可及：人工智能与智能制造
从早期原子能实验室里的机械手，到后来汽车生产线上的机械臂，再到如今随处可见的无人机、平衡车，扫地机器人，短短70载，机器人已经快速发展壮大了起来，智能制造是工业发展趋势，在智能制造系统的组成中，工业机器人是整个环节操作者，通过总控实现任务职能分工，数控中心负责加工生产,视觉给智能加上了眼睛,让整个工作系统变得更加人工智能。本节课将分节为大家讲述人工智能与智能制造
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●6.2出行革命：人工智能与智能交通
随着城市交通需求的迅速增长与道路基础设施的日趋完善，“如何使交通水平再次登上一个新台阶”已成为当今时代热点之一。为了从根本上改善当前的交通现状，进一步实现现代交通运输方式的大型化、高速化、专业化，相关部门已将注意力从完善交通设施和扩大路网规模逐步转移到运用高新技术来改造和管理现有交通系统，建立高效、便捷的路网管理体系上，这就形成了智能交通系统。本节介绍了智能交通的概念、技术范围、发展热点、发展趋势及衍生圈。
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●6.3Watson医生：人工智能与智慧医疗
人工智能在医疗领域的一大应用，是与医学影像结合，发展成“智能医学影像”有了人工智能，医生的压力就能大大减少。人工智能用于中医的数据挖掘与处理，实现中医诊疗方案的智能查找和咨询。人工智能可以用于对病人治疗辅助和康复护理。
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●6.4勤劳的农夫：人工智能与智慧农业
智慧农业就是集成应用计算机网络技术，互联网技术，自控技术，人工智能技术等，实现农业可视化远程诊断，远程控制，灾变预警等智能管理。目的是在健康、生态可持续的条件下打造智能农业。随着智慧农业的发展，在不久的将来，“面朝黄土背朝天，风吹日晒满身土”的日子将一去不返。
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●6.5让家充满智慧：人工智能与智能家居
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
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●6.6多面小能手：服务机器人
服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义。不同国家对服务机器人的认识不同。可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。
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●6.7机甲勇士：军用机器人
军用机器人（military robot）是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机。从物资运输到搜寻勘探以及实战进攻，军用机器人的使用范围广泛。
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●6.8上天揽月、下海捉鳖：探索机器人
现在人类不仅能制造与人类交流、为人类整理家务的智能机器人，甚至还可以制造一些能完成人类无法完成的工作的智能机器人。探索机器人就可以在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。几个较为典型的探索机器人如：水下机器人、空间机器人、考古机器人。
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第七章人工智能与机器人
人工智能与机器人
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●7.1机械公敌：人工智能与机器人
无论是人工智能还是机器人，都是人类智慧的结晶。人工智能和机器人的关系大致可以这样认为：人工智能赋予了机器人思考问题的能力，机器人是人工智能的外在表现。两者本身没有必要联系，然而随着时代的进步，两者相互促进，就逐渐形成了紧密不可分的关系。
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●7.2机器人发展简史
从1954年，第一个工业机器人Unimate的专利被提出，到如今，机器人发展已经经历了半个多世纪，在这期间机器人技术得到飞速发展，也产生了许多令人惊讶的产品，本节我们将机器人的发展历史进行梳理，并且列出该时期具有代表性的机器人。
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●7.3机器人的手：机械臂
机械臂是一个高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性, 已在工业装配, 安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂系统包括模块化机械臂和灵巧手两部分。
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●7.4机器人的腿
机器人的行走方式可分为固定式轨迹和无固定式轨迹两种。移动机器人的行走结构形式主要有车轮式移动结构、股带式移动结构、步行式移动结构。。机器人在行走中最重要的部分就是它的调节能力。除了能像人类样正常步行之外，还要能对行走过程中遇到的情况进行自我调节。
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●7.5机器人的大脑
机器人的动作、运动都是通过控制系统完成的，控制系统相当于机器人的“大脑”。机器人的控制系统可分为：可编程控制系统、模糊控制系统、自适度控制系统、神经网络控制系统、遗传算法控制系统。本章节将对机器人的各种控制系统做详细的介绍。
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●7.6机器人的感知系统
智能机器人同样可以通过各种传感器来获取周围的环境信息，传感器对机器人有着必不可少的重要作用。目前主流的机器人传感器包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器等，而多种传感器信息的融合也决定了机器人对环境信息的感知能力。本章节将分别介绍几种机器人的感知系统。
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●7.7机器人三定律与人工智能伦理
随着人工智能的发展，机器人的智能化程度越来越高，因此机器人三定律就需要用来约束机器人的行为，以防机器人伤害人类及危害人类社会的利益，而这样高度智能化的机器人越来越接近于人类，也会使得伦理问题这样的人文问题接踵而来。
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●7.8机器人的前景与展望
在21世纪的今天，对于机器人的运用，早久不是什么新鲜事，尤其在工业领域，工业机器人的应用给工业生产带来了前所未有的变革。但我们回顾机器人的应用历程，可以发现，过去的机器人还只是机械，重复性活动的复制，但在新的人工智能时代，这种情况正在发生改变，这种改变带来了好的方面也有坏的方面，本节我们就机器人的前景进行多方面的探讨。
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第八章人工智能与智能汽车
人工智能与智能汽车
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●8.1霹雳游侠：什么是智能汽车
智能汽车是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路之间的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全或危险状态，并采取相应的决策。
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●8.2百度无人驾驶汽车
百度无人驾驶车项目于2013年起步，由百度研究院主导研发，其技术核心是“百度汽车大脑”，包括高精度地图、定位、感知、智能决策与控制四大模块。
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●8.3智能汽车的视听感知技术
智能驾驶的核心技术有五个主要模块：传感器、定位、AI感知、路径规划和决策、车辆控制。传感器包括视觉、雷达、通信、定位等不同类型，将信息传递给智能感知模块，检测车辆所处的环境。根据以上的感知结果，汽车决定最优的路径和决策，最后到达车辆控制和执行，完成整个流程。是智能汽车的视听感知技术为中最基本的技术，在本节中，我们将简要的介绍智能汽车中常用的视听感知技术。
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●8.4智能汽车是如何做决策的
无人驾驶汽车行为决策系统指无人车通过传感器感知得到交通环境信息，考虑周边环境、动静态障碍物、车辆汇入以及让行规则等，与无人驾驶库中的经验知识等进行匹配，进而选择适合当前交通环境之下的驾驶行为。相当于“人类的大脑”，是智能汽车中最重要的部分，本节我们就智能汽车如何进行决策进行阐述。
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●8.5智能驾驶vs人类驾驶
相对于人类驾驶来说，智能汽车的优势到底在哪里呢？智能汽车可以减少交通事故、减少温室气体排放、减少私家车的使用、减少交通拥堵、增大生活空间、节省时间、满足特殊乘客、便捷医护和消防、高效商业运输。
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●8.6智能汽车的挑战性何在
智能汽车的挑战性何在？总的来说，大致有6个方面的挑战性，分别是需要更快速可靠的软件、更高精度的地图和定位、更优秀的传感器、能做出智能决策的算法、沟通与协同以及网络安全与隐私保护问题。
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第九章人工智能与科学之美
人工智能与科学之美
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●9.1科学的本质
科学存在于现代生活的方方面面，但唯有经的起实践的科学才是真正的、客观的科学对于科学，我们需要秉持的态度是知行合一，用实践来检验和推动科学。本节课让我们一起来探讨什么是科学的本质。
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●9.2科学发展的模式
科学发展一共有四种模式：因经验积累而进步的发展模式、通过证伪而增长的发展模式、范式嬗替的科学革命模式、基于研究纲领进化的发展模式。这一节讲述四种模式的特点和与人工智能最契合的模式。
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●9.3人工智能与科学之美
纵观世界人工智能发展历史，人工智能领域的发展历史是短暂而曲折的，总共经历了三次大浪潮，但它点滴的进步都有效推动了社会的发展。这一节讲述人工智能的三次浪潮和它的科学之美。