人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用（微課版）工業(yè)和信息化精品系列教材——人工智能技術(shù)第1章人工智能概述人民郵電出版社重點(diǎn)AKEY知識(shí)了解人工智能了解深度學(xué)習(xí)人工智能發(fā)展現(xiàn)狀人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架怎樣學(xué)習(xí)人工智能了解深度學(xué)習(xí)了解人工智能人工智能發(fā)展現(xiàn)狀人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架怎樣學(xué)習(xí)人工智能1.1了解人工智能1．人臉識(shí)別目前，手機(jī)屏幕解鎖、支付寶的臉部ID支付、門禁閘機(jī)、企業(yè)考勤、金融開戶等都在使用人臉識(shí)別技術(shù)。人臉識(shí)別還可以對(duì)人的眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴以及輪廓等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，在解鎖或支付過程中，找到眼睛的關(guān)鍵點(diǎn)后可以識(shí)別眼睛是否為睜開的狀態(tài)，如果閉著眼睛就不能解鎖手機(jī)屏幕。1.1了解人工智能現(xiàn)在幾百元錢就可以買到一個(gè)能夠?qū)υ?、播放音樂的智能音箱，智能音箱在?lián)網(wǎng)之后可以對(duì)用戶說的話進(jìn)行語音識(shí)別，并對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行語義理解，最后將要回應(yīng)的答案一方面通過語音合成反饋給用戶，另一方面針對(duì)用戶的需求或者要求的動(dòng)作進(jìn)行執(zhí)行，如聽歌等。當(dāng)然，手機(jī)的語音助手也可以有相同的功能，如Siri、小愛同學(xué)等。2．智能音箱1.1了解人工智能在日常學(xué)習(xí)或者工作中，人們經(jīng)常會(huì)有一些單詞不認(rèn)識(shí)或者要把某句話翻譯成英語，目前借助軟件或者網(wǎng)頁就可以實(shí)現(xiàn)中英文互譯。這里舉一個(gè)例子，當(dāng)翻譯“我在周日看了一本書”的時(shí)候，人工翻譯可以很好地翻譯出“IreadabookonSunday”，但是對(duì)于機(jī)器而言，它有著不同的翻譯結(jié)果，首先就是一詞多義的問題，如“看”這個(gè)詞，可以翻譯為“l(fā)ook”“watch”“read”等，其次就是語序問題，“在周日”這樣的時(shí)間狀語一般習(xí)慣放在句子后面，在翻譯時(shí)需要做到“信、達(dá)、雅”，現(xiàn)在基于深度學(xué)習(xí)的翻譯基本上可以做到“信、達(dá)”?；谏疃葘W(xué)習(xí)的百度翻譯結(jié)果如圖1-1所示。3．機(jī)器翻譯1.1了解人工智能百度百科對(duì)無人駕駛汽車給出的定義是“無人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)無人駕駛的目的”。無人駕駛汽車是一項(xiàng)集合了自動(dòng)控制、人工智能、傳感器技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的高度發(fā)展的產(chǎn)物。目前，我國的百度公司、清華大學(xué)都在致力于無人駕駛汽車的研發(fā)。人工智能已經(jīng)在多個(gè)方面融入人們的日常生活中，并給人們帶來了諸多便利。簡言之，人工智能就是通過一些科學(xué)的計(jì)算方法，讓機(jī)器做一些人類能夠做的事情，例如，人類的視覺——目標(biāo)認(rèn)知、圖像識(shí)別，人類的聽覺——語音識(shí)別，人類的思考——對(duì)圖像的分析、對(duì)語言中語義的分析、理解以及回答等。4．無人駕駛了解深度學(xué)習(xí)了解人工智能人工智能發(fā)展現(xiàn)狀人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架怎樣學(xué)習(xí)人工智能1.2了解深度學(xué)習(xí)在了解深度學(xué)習(xí)之前，需要對(duì)它和人工智能之間的關(guān)系進(jìn)行了解與分析，人工智能與深度學(xué)習(xí)的關(guān)系如圖1-2所示。1.2了解深度學(xué)習(xí)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CarnegieMellonUniversity）的湯姆·邁克爾·米切爾（TomMichaelMitchell）教授在Machinelearning一書中對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)給出了比較專業(yè)的定義，即“如果一個(gè)程序在任務(wù)T上，隨著經(jīng)驗(yàn)E的增加，效果P也可以隨之增加，則稱這個(gè)程序可以從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)”。通俗地講，就是如果機(jī)器學(xué)習(xí)算法（一個(gè)程序）要實(shí)現(xiàn)一個(gè)預(yù)測(cè)、分類問題（任務(wù)T），那么需要對(duì)數(shù)據(jù)（經(jīng)驗(yàn)E）進(jìn)行分析，如果數(shù)據(jù)越多，最后實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、分類時(shí)的準(zhǔn)確率（效果P）越高，那么就稱這個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。1.2了解深度學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支，深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)過程如圖1-3所示。1.2了解深度學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)這個(gè)詞，除了從傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)那里繼承了“學(xué)習(xí)”之外，“深度”是其區(qū)別于其他方法的特征之一。在人工智能中，深度學(xué)習(xí)是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的代名詞，“深度”指的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層次，最基本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。1.2了解深度學(xué)習(xí)在21世紀(jì)前，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于受到計(jì)算力、數(shù)據(jù)量以及算法的限制，一直沒有很好的表現(xiàn)，當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)的表現(xiàn)要好于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如支持向量機(jī)（SupportVectorMachine，SVM）。步入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及各種專用于計(jì)算的芯片的出現(xiàn)與普及，計(jì)算力以及數(shù)據(jù)量不再像之前那樣限制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在2012年的大規(guī)模視覺識(shí)別挑戰(zhàn)賽（ImageNetLargeScaleVisualRecognitionChallenge，ILSVRC）中，辛頓（Hinton）和他的學(xué)生克里澤夫斯基（AlexKrizhevsky）設(shè)計(jì)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)AlexNet獲得了冠軍；到2015年，深度學(xué)習(xí)在圖像分類方面的錯(cuò)誤率已經(jīng)低于人工標(biāo)注的錯(cuò)誤率；現(xiàn)在，深度學(xué)習(xí)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)方向并取得了非常好的效果。了解深度學(xué)習(xí)了解人工智能人工智能發(fā)展現(xiàn)狀人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架怎樣學(xué)習(xí)人工智能1.3人工智能發(fā)展現(xiàn)狀在競賽領(lǐng)域，在ILSVRC的圖像分類比賽中，2012年，AlexNet網(wǎng)絡(luò)（一個(gè)7層的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）將圖像分類的錯(cuò)誤率從2011年的26%下降到16%。在實(shí)際應(yīng)用中，人工智能在語音識(shí)別、語音合成上取得了非常矚目的結(jié)果。人工智能已經(jīng)被運(yùn)用于農(nóng)業(yè)上，2017年，藍(lán)河公司（BlueRiver）的噴藥機(jī)器人開始使用計(jì)算機(jī)視覺來識(shí)別需要肥料的植物。在醫(yī)學(xué)上，谷歌大腦與Alphabet旗下子公司Verily聯(lián)合開發(fā)了一款能用來診斷乳腺癌的人工智能產(chǎn)品。在電商領(lǐng)域，阿里的人工智能系統(tǒng)“魯班”在2017年的“雙十一”網(wǎng)絡(luò)促銷日期間，根據(jù)用戶行為和偏好，智能地為手機(jī)淘寶自動(dòng)生成了4億張不重復(fù)的海報(bào)。2017年，百度的小度機(jī)器人在《最強(qiáng)大腦》中戰(zhàn)勝人類“腦王”，搜狗的問答機(jī)器人汪仔在《一站到底》中戰(zhàn)勝哈佛女學(xué)霸。同年，百度CEO李彥宏將無人駕駛平臺(tái)Apollo汽車開上五環(huán)。2018年，Google的Duplex代替人類自動(dòng)接打電話、預(yù)訂餐廳。2019年的央視網(wǎng)絡(luò)春晚，人工智能主播“小小撒”攜手撒貝寧，一同亮相舞臺(tái)?，F(xiàn)在，人工智能在動(dòng)作識(shí)別、人臉識(shí)別、人體姿態(tài)估計(jì)、圖像分類、圖像生成、圖像分割等了解深度學(xué)習(xí)了解人工智能人工智能發(fā)展現(xiàn)狀人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架怎樣學(xué)習(xí)人工智能1.4.1機(jī)器學(xué)習(xí)框架簡介常用的人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)的基本框架包括TensorFlow、PaddlePaddle、Caffe、PyTorch、MXNet等，其說明如表1-1所示?？蚣苊Q接口語言是否開源TensorFlowC++、Java、Python、Go、C#等開源PaddlePaddleC++、Python開源CaffeC++、MATLAB、Python開源PyTorchC++、Python等開源MXNetC++、Python、R、MATLAB等開源表1-1TensorFlow、PaddlePaddle、Caffe、PyTorch、MXNet框架的說明1.4.2TensorFlowTensorFlow的關(guān)注數(shù)在GitHub上表示為star的數(shù)量，截止到2019年6月，已經(jīng)超過了12萬，不同框架的star數(shù)如圖1-5所示。該社區(qū)還對(duì)TensorFlow的六大優(yōu)勢(shì)做了重點(diǎn)闡述。（1）高度的靈活性。（2）可移植性（Portability）。（3）將科研和產(chǎn)品聯(lián)系在一起。（4）自動(dòng)求微分。（5）多語言支持。（6）性能最優(yōu)化。1.4.3PaddlePaddlePaddlePaddle是百度推出的開源深度學(xué)習(xí)平臺(tái)，最初由百度科學(xué)家和工程師開發(fā)，有著全面、準(zhǔn)確的中文使用文檔，為國內(nèi)的開發(fā)者建立了友好的生態(tài)環(huán)境。（4）與產(chǎn)品相連。（3）穩(wěn)定性。（1）靈活性。（2）高效性。PaddlePaddle支持豐富的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和優(yōu)化算法，易于配置復(fù)雜模型為了高效地使用異步計(jì)算資源，PaddlePaddle對(duì)框架的不同層進(jìn)行優(yōu)化，包括計(jì)算、存儲(chǔ)、架構(gòu)和通信。PaddlePaddle使利用各種CPU、GPU和機(jī)器來加速的訓(xùn)練變得簡單。PaddlePaddle通過優(yōu)化通信可以實(shí)現(xiàn)巨大的吞吐量，并可以快速執(zhí)行。PaddlePaddle的設(shè)計(jì)也使其易于部署。了解深度學(xué)習(xí)了解人工智能人工智能發(fā)展現(xiàn)狀人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)框架怎樣學(xué)習(xí)人工智能1.5怎樣學(xué)習(xí)人工智能02OPTION01OPTION03OPTION04OPTION掌握一門編程語言Python是一種高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性的面向?qū)ο蟮哪_本語言，它的使用方法非常簡單。學(xué)會(huì)使用一種工具本書選擇PyCharm作為工具。PyCharm是一個(gè)專門為Python打造的集成開發(fā)環(huán)境（IntegratedDevel