人工智能技術(shù)基礎(chǔ)CONTENTS目錄01.人工智能的定義02.數(shù)據(jù)03.算法04.算力05.人工智能的未來趨勢(shì)一、人工智能的定義概念解釋01人工智能（AI）是指由人制造出來的系統(tǒng)能夠理解、學(xué)習(xí)、適應(yīng)并執(zhí)行人類的某些特定任務(wù)。02人工智能的目標(biāo)是使機(jī)器能夠模擬人類的思維過程和行為。03人工智能可以分為弱人工智能和強(qiáng)人工智能，前者只能完成特定任務(wù)，后者則可以像人類一樣進(jìn)行思考和學(xué)習(xí)。04人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括醫(yī)療、金融、教育、交通、娛樂等。技術(shù)特點(diǎn)自主性：人工智能系統(tǒng)能夠自主完成決策和執(zhí)行任務(wù)學(xué)習(xí)能力：人工智能系統(tǒng)能夠從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并優(yōu)化其性能適應(yīng)性：人工智能系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)智能性：人工智能系統(tǒng)能夠模擬人類的智能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域0307交通：自動(dòng)駕駛、智能交通系統(tǒng)、無人機(jī)運(yùn)輸?shù)戎悄芗揖樱褐悄芤粝洹⒅悄芗译?、家庭機(jī)器人等0105醫(yī)療：輔助診斷、藥物研發(fā)、手術(shù)機(jī)器人等零售：商品推薦、庫存管理、物流配送等0206教育：個(gè)性化教學(xué)、智能輔導(dǎo)、在線教育等娛樂：游戲AI、虛擬偶像、智能創(chuàng)作等0408金融：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、量化交易、智能客服等工業(yè)：智能制造、工業(yè)機(jī)器人、質(zhì)量檢測(cè)等二、數(shù)據(jù)02數(shù)據(jù)從圖像識(shí)別到刷臉支付，從語音識(shí)別到人機(jī)交互，人工智能的應(yīng)用隨處可見，影響著生活的方方面面。人工智能技術(shù)與應(yīng)用的飛速發(fā)展，歸功于推動(dòng)其發(fā)展的三大要素:數(shù)據(jù)、算法、算力。從移動(dòng)終端上的全球定位系統(tǒng),到工廠生產(chǎn)線上每個(gè)工位的機(jī)械臂操作，再到在網(wǎng)購平臺(tái)進(jìn)行瀏覽與購物等，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。過去受數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、處理等方面的限制，只能通過抽樣等方式得到小部分的數(shù)據(jù)，作用有限。現(xiàn)在，隨著智能終端和傳感器的普及，產(chǎn)生和收集海量的數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，統(tǒng)計(jì)分析，從中獲取更準(zhǔn)確、更深層次的信息，從而不斷挖掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值，為人類提供更好的服務(wù)。數(shù)據(jù)是人工智能的基礎(chǔ)，有了足夠的數(shù)據(jù)，人工智能就能不斷學(xué)習(xí)和提高。例如城市的智慧交通管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流量的預(yù)測(cè)，交通網(wǎng)絡(luò)的控制，密集車流的疏導(dǎo)，如同交通領(lǐng)域的“大腦”，如圖3-1所示。馬路上安裝的自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的設(shè)備，每時(shí)每刻都在記錄人、車的通行數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)模型，實(shí)時(shí)分析城市交通流量，調(diào)整紅綠燈間隔，縮短車輛等待時(shí)間，提升城市道路的通行效率。城市大腦數(shù)據(jù)的重要性和應(yīng)用數(shù)據(jù)的定義和類型：包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的重要性：描述數(shù)據(jù)如何推動(dòng)科技進(jìn)步和商業(yè)決策。數(shù)據(jù)的收集：介紹數(shù)據(jù)的來源和收集方法。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理：討論數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理策略。數(shù)據(jù)的分析：介紹數(shù)據(jù)分析的重要性和方法。數(shù)據(jù)的可視化：解釋如何通過數(shù)據(jù)可視化理解數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的安全和隱私：討論如何保護(hù)數(shù)據(jù)的安全和隱私。數(shù)據(jù)的應(yīng)用：介紹數(shù)據(jù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)療、教育、金融等。三、算法03算法算法是人工智能的核心，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、預(yù)測(cè)結(jié)果和決策的過程。想讓計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)像人一樣感知、思考和行動(dòng)，具有類似人的智能，就要建立合適的算法。1997年5月，計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”以2∶1的成績戰(zhàn)勝了國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫，轟動(dòng)一時(shí)。2016年3月，“阿爾法圍棋”與圍棋世界冠軍、職業(yè)九段棋手李世石進(jìn)行圍棋人機(jī)大戰(zhàn)，最終“阿爾法圍棋”以4:1的總分獲勝,如圖3-2所示。圖3-2人機(jī)對(duì)弈窮舉搜索算法“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)針對(duì)國際象棋采用了窮舉搜索算法，該算法被用來幫助計(jì)算機(jī)在棋盤上尋找最佳的落子位置。而圍棋是一個(gè)19×19的棋盤，使用窮舉搜索算法無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)得到每一步的最佳走法?！鞍柗▏濉笔褂昧烁痈咝У乃阉魉惴?這種算法能夠?qū)Υ罅康碾S機(jī)對(duì)局進(jìn)行模擬，快速評(píng)估每個(gè)可能的走法,并選擇最優(yōu)解?！鞍柗▏濉边€利用了深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等現(xiàn)代人工智能技術(shù)，使得其具有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和搜索效率，可以更好地成對(duì)圍棋等復(fù)雜游戲的挑戰(zhàn)。從“深藍(lán)”到“阿爾法圍棋”，正是人工智能算法不斷發(fā)展的結(jié)果。算法的分類-按應(yīng)用領(lǐng)域分類數(shù)值算法：用于解決數(shù)值計(jì)算和數(shù)值分析的問題信號(hào)處理算法：用于解決信號(hào)處理和信號(hào)分析的問題人工智能算法：用于解決人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的問題網(wǎng)絡(luò)算法：用于解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題并行算法：用于解決并行計(jì)算和分布式計(jì)算的問題數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法：用于解決數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的問題圖像處理算法：用于解決圖像處理和圖像識(shí)別的問題控制算法：用于解決控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制的問題生物信息學(xué)算法：用于解決生物信息學(xué)和基因組學(xué)的問題密碼算法：用于解決密碼學(xué)和信息安全的問題算法的分類-按實(shí)現(xiàn)方式隨機(jī)算法：每一步操作隨機(jī)，輸出結(jié)果不確定分布式算法：多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同計(jì)算，提高計(jì)算效率遞歸算法：通過遞歸調(diào)用，逐步求解問題確定性算法：每一步都有明確的操作，輸出結(jié)果唯一非確定性算法：每一步操作不確定，輸出結(jié)果可能不同迭代算法：通過多次迭代，逐步逼近最優(yōu)解并行算法：多個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行，提高計(jì)算效率算法的分類-按算法性質(zhì)確定性算法：每一步都有確定的結(jié)果，如排序算法隨機(jī)算法：每一步都有一定的概率，如隨機(jī)數(shù)生成算法0102自適應(yīng)算法：根據(jù)輸入數(shù)據(jù)調(diào)整算法，如動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法并行算法：可以同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)，如矩陣乘法算法0304四、算力04算力計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力即算力。算力的大小代表著數(shù)據(jù)處理能力的強(qiáng)弱，是人工智能發(fā)展的動(dòng)力。一直以來，中央處理器(CPU)的運(yùn)算速度是衡量訣算機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。我國在超級(jí)計(jì)算機(jī)方面發(fā)展迅速，自主研制的天河一、二號(hào)(如圖3-3)，太湖·神威之光（如圖3-4）的性能位居世界超算前列，成為繼美國、日本之后第三個(gè)能獨(dú)立設(shè)計(jì)和研制超級(jí)計(jì)算機(jī)的國家。圖3-3天河二號(hào)圖3-4太湖.神威之光人工智能芯片人工智能在開始發(fā)展階段使用的是通用的中央處理器芯片，根據(jù)當(dāng)時(shí)的應(yīng)用研究，其可以提供足夠的計(jì)算能力。后來，隨著視頻、游戲等行業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)圖形處理器(GPU)的并行計(jì)算特性恰好適應(yīng)人工智能算法大數(shù)據(jù)并行計(jì)算的要求，于是嘗試用圖形處理器芯片進(jìn)行人工智能的研究。隨著人工智能應(yīng)用的不斷拓展，應(yīng)用場(chǎng)景更加清晰，人們開始研發(fā)人工智能專用的芯片人AL芯片)。人工智能專用芯片成本低、性能高、功耗低，讓大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理效率得到提升，極大地促進(jìn)了人工智能的發(fā)展。人工智能芯片同其他芯片一樣，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家安全等各方面起著重要的作用，是實(shí)現(xiàn)自主可控技術(shù)和創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵之一。數(shù)據(jù)、算法、算力，構(gòu)成人工智能的三大技術(shù)基礎(chǔ)，相互影響，相互促進(jìn),缺一不可。隨著三大關(guān)鍵技術(shù)的不斷升級(jí)，未來，人工智能將為人類創(chuàng)造出更多可能。人工智能的未來趨勢(shì)05自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)：通過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)0102強(qiáng)化學(xué)習(xí)：通過與環(huán)境的交互，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)03遷移學(xué)習(xí)：將知識(shí)從一個(gè)領(lǐng)域遷移到另一個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)04生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)：通過生成器和判別器的對(duì)抗，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)跨領(lǐng)域融合01人工智能與生物技術(shù)的融合：如基因編輯、生物信息學(xué)等02人工智能與能源技術(shù)的融合：如智能電網(wǎng)、能源管理與優(yōu)化等03人工智能與材料科學(xué)的融合：如智能材料、納米材料等04人工智能與醫(yī)療技術(shù)的融合：如智能診斷、精準(zhǔn)醫(yī)療等05人工智能與交通技術(shù)的融合：如自動(dòng)駕駛、智能交通系統(tǒng)等06人工智能與教育技術(shù)的融合：如個(gè)性化教育、在線教育等人工智能倫理規(guī)范安全性：人工智能系統(tǒng)應(yīng)確保安全性，防止黑客攻擊和