人工智能导论 课件 胡玉荣 第1-4章 计算思维与计算机基础 -问题求解与搜索

1人工智能导论第1章

计算思维与计算机基础

1.4办公软件与信息处理1.2信息编码与数据表示1.3计算机工作原理

1.1计算机系统概述1.5计算思维21.1.1计算机发展历程20世纪40年代，在第二次世界大战期间，美国宾夕法尼亚大学电工系由莫利奇和艾克特领导，为美国陆军军械部研制了一台用于弹道轨迹计算的“电子数值积分和计算机”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator简称ENIAC）。工作中的ENIAC第一台计算机的诞生31.1.1计算机发展历程两位发明人莫利奇和艾克特ENIAC使用的电子管第一台计算机的诞生41.1.1计算机发展历程占地面积170平方米总重量30吨使用了18000只电子管，6000个开关，7000只电阻，10000只电容，50万条线耗电量150千瓦每秒可执行5000次加法或400次乘法运算ENIAC和女程序员第一台计算机的诞生5从第一台电子计算机的诞生到现在，计算机的发展随着所采用的电子器件的变化，已经历了四代。电子管晶体管中、小规模集成电路大规模集成电路1.1.1计算机发展历程计算机发展的四个阶段6第一代：电子管计算机（1946—1957年）硬件方面，逻辑元件采用的是电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。特点是体积大、耗电量大、速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，寿命短、可靠性低，需要频繁进行维护工作。1.1.1计算机发展历程计算机发展的四个阶段7第二代：晶体管计算机（1958—1964年）硬件方面，逻辑元件采用的是晶体管，主存储器采用磁芯，外存储器采用的是磁盘、磁鼓。软件方面开始有了系统软件，提出了操作系统的概念；出现了FORTRAN、COBOL等高级语言。应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）。1.1.1计算机发展历程计算机发展的四个阶段8第三代：中小规模集成电路计算机（1965—1970年）硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路，主存储器采用半导体。软件方面，出现了分时操作系统，多用户可以共享计算机软、硬件资源。采用了结构化程序设计方法，为研制更加复杂的软件提供了技术上的保证。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），可靠性显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。1.1.1计算机发展历程计算机发展的四个阶段9第四代：大规模和超大规模集成电路计算机（1971年至今）硬件方面，逻辑元件采用大规模、超大规模集成电路，主存储器采用半导体存储器，外存储器采用的是软、硬磁盘、光盘、优盘等。软件方面软件产业高度发达，各种实用软件层出不穷，极大地方便了用户，计算机技术与通信技术相结合出现了计算机网络，它把世界紧密地联系在一起，集图像、图形、声音和文字处理于一体的多媒体技术迅速崛起。1.1.1计算机发展历程计算机发展的四个阶段10第四代：大规模和超大规模集成电路计算机（1971年至今）应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，把运算器和控制器都集中在一个芯片上，出现了微处理器，微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机。微型计算机体积小，价格便宜，使用方便，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。1.1.1计算机发展历程计算机发展的四个阶段11计算机的体系结构是冯·诺依曼模型体系结构。计算机的计算模型是基于图灵机模型。1.1.2计算机系统12冯·诺依曼冯•诺依曼与ENICA冯·诺依曼（JohnvonNeumann，1903~1957），原籍匈牙利，布达佩斯大学数学博士。20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一，先后执教于柏林大学和汉堡大学，1930年前往美国，后入美国籍。1.1.2计算机系统13冯·诺依曼冯诺依曼提出了一个“存储程序”的计算机方案：计算机基本工作原理是存储程序和程序控制，自动执行。计算机使用二进制。计算机由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

以运算器为中心，控制器负责解释指令，运算器负责执行指令。现代几乎所有的计算机都是冯·诺依曼体系结构，被称为“现代计算机之父”。1.1.2计算机系统14图灵艾伦·麦席森·图灵（AlanMathisonTuring，1912年6月23日－1954年6月7日），英国数学家、逻辑学家，被称为“计算机科学之父”，“人工智能之父”。1931年图灵进入剑桥大学国王学院，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，二战爆发后回到剑桥，后曾协助军方破解德国的著名密码系统，帮助盟军取得了二战的胜利。图灵1.1.2计算机系统151936年图灵发表了著名的《论数学计算在决断难题中的应用》一文，提出了理想计算机的数学模型----图灵机（TuringMachine）。1.1.2计算机系统图灵16图灵图灵机是指一个抽象的机器，通过某种一般的机械步骤，原则上能一个接一个地解决所有的数学问题。图灵把人在计算时所做的工作分解成简单的动作，把人的工作机械化，并用形式化方法成功地表述了计算这一过程的本质。图灵机反映的是一种具有可行性的用数学方法精确定义的计算模型，而现代计算机正是这种模型的具体实现。1.1.2计算机系统17图灵人工智能之父：1950年他发表论文《计算机器与智能》（ComputingMachineryandIntelligence），为后来的人工智能科学提供了开创性的构思,提出著名的“图灵测试”。1956年图灵的这篇文章以“机器能够思维吗？”为题重新发表，人工智能进入了实践研制阶段。图灵的机器智能思想无疑是人工智能的直接起源之一，随着人工智能领域的深入研究，人们越来越认识到图灵思想的深刻性：它们如今仍然是人工智能的主要思想之一。1.1.2计算机系统18硬件系统软件系统1.1.2计算机系统19主机主机包括中央处理器和内存储器（主存）。中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)是由大规模集成电路实现的，并集成在小硅片上。CPU是计算机系统的核心部件，负责执行指令和处理数据。它由运算器和控制器组成，能够执行算术逻辑运算、控制程序指令的执行顺序，并管理计算机系统中的各种资源。硬件系统1.1.2计算机系统20硬件系统主机计算机的内存储器（简称“内存”，也称为“主存”）是计算机的核心组成部分（如图所示），用于临时存储正在运行的程序和数据。它主要包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型。RAM允许数据的读写操作，但数据在断电后会丢失；ROM则只能读取数据，不能写入，常用于存储系统引导程序等重要信息。内存储器的工作速度快，对于计算机的性能有重要影响。1.1.2计算机系统21外部设备外部设备包括输入设备、输出设备和外存储器（辅助存储器）。（1）输入设备

输入设备将数据和程序转化为电信号输入到计算机中，人们通过输入设备操作和控制计算机。典型的输入设备包括键盘、鼠标、麦克风、手写输入设备等。硬件系统1.1.2计算机系统22外部设备（2）输出设备输出设备将计算机中的运算结果以人们能够识别的形式打印或显示出来。典型的输出设备包括显示器、打印机、绘图仪等。硬件系统1.1.2计算机系统23外部设备（3）外存储器外存储器不直接与CPU打交道，要使用外存中的数据必须先将其调入内存，再由CPU进行处理，其上的数据在断电后仍然存在。外存储器主要包括硬盘、光盘、U盘、磁带等。硬件系统1.1.2计算机系统24软件系统系统软件系统软件包括操作系统、实用程序、程序设计语言与语言处理程序、数据库管理系统等。（1）操作系统操作系统（OperatingSystem,OS）是计算机系统中负责管理硬件和软件资源、控制程序运行、提供用户界面的系统软件。它作为计算机硬件与上层应用程序之间的桥梁，使得计算机资源得到有效管理和利用。操作系统种类繁多，各有特色，适用于不同的计算场景和需求，主要分为几大类：Windows系列云操作系统Unix/Linux系列移动操作系统macOS1.1.2计算机系统25系统软件（1）操作系统国产操作系统市场上有多种产品国产操作系统鸿蒙操作系统01中科方德桌面操作系统06统信UOS03麒麟操作系统（Kylin）02银河麒麟（KylinOS04deepin05软件系统1.1.2计算机系统26系统软件（2）实用程序实用程序，也被称为支撑程序，是系统软件中的一个重要组成部分。它主要是为应用程序的开发、调试、执行和维护提供一组解决共性问题或执行公共操作的程序。实用程序可以根据其功能进行分类，主要包括以下几种类型：文件管理支持程序执行状态修改通信软件系统1.1.2计算机系统27系统软件（3）程序设计语言与语言处理程序程序设计语言与语言处理程序是系统软件中的重要组成部分，它们共同支持着软件开发的全过程重要组成部分程序设计语言是人与计算机之间进行信息交流的工具，它允许人们以特定的方式编写指令，这些指令可以被计算机理解并执行进行信息交流的工具根据语言的特点和用途，程序设计语言可以分为多种类型，如编译型语言（如C、C++、Java等）和解释型语言（如Python、JavaScript等）根据语言的特点和用途分类语言处理程序是指将程序设计语言编写的源程序转换成机器语言（或其他可执行形式）的程序，以便计算机能够运行。根据处理方式的不同，语言处理程序可以分为编译程序、解释程序和汇编程序三大类根据处理方式的不同分类软件系统1.1.2计算机系统28系统软件（4）数据库管理系统数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库，它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性内涵用户通过DBMS访问数据库中的数据，数据库管理员也通过DBMS进行数据库的维护工作。DBMS可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立、修改和询问数据库应用软件系统1.1.2计算机系统29应用软件办公软件图像处理软件视频剪辑软件多媒体播放软件游戏软件浏览器软件社交软件教育软件财务软件安全软件其他软件软件系统1.1.2计算机系统30第1章计算思维与计算机基础1.4办公软件与信息处理

1.2信息编码与数据表示1.3计算机工作原理1.1计算机系统概述1.5计算思维31进位计数制不同计数制之间的转换计算机使用二进制数计算机信息编码技术1.2信息编码与数据表示

1.2信息编码与数据表示321.2.1进位计数制进位计数制，也称为计数制，是按进位的方法进行计数、用以表示数值的体系。进位计数制是一种利用固定的数字符号和统一的规则来计数的方法，它允许数值在达到一定量时自动向更高位进位，从而能够表示更大的数值。进位计数制包含三个基本要素：数码在一个数中所处的位置，如个位、十位、百位等数位在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数。例如，十进制的基数为10，表示每个数位上可以使用0到9这十个数码基数一个固定值，表示在某种进位计数制中，每个数位上的数码所代表的数值的大小。位权等于在这个数位上的数码乘上一个固定的数值，这个固定的数值就是这种进位计数制中该数位上的位权。例如，在十进制中，小数点左边第一位的位权是101，第二位的位权是102，依此类推位权331.2.1进位计数制常见的进位计数制包括十进制（用D表示）、二进制（用B表示）、八进制（用O表示）和十六进制（用H表示），具体描述见表。十进制二进制八进制十六进制基数102816数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、90、10、1、2、3、4、5、6、70-9、A-F（A-F分别对应10-15）进位规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一应用场景日常生活和多数计算场景计算机内部表示数据（因为技术实现简单，逻辑电路只有两个状态，便于用0和1表示）早期计算机系统中较为常见，但现已逐渐淡出在编程中常用于表示内存地址和数据，因为它比二进制表示更紧凑，比十进制更易于转换为二进制1.2.2不同计数制之间的转换二进制转换成十进制二进制数转换成十进制数的方法是，从右到左用二进制的每个数去乘以2的相应次方，小数点后则是从左往右。例如，二进制数1101.01(B)转化成十进制的方法如下：1101.01(B)=1×20+0×21+1×22+1×23

+0×2-1+1×2-2=1+0+4+8+0+0.25=13.25(D)351.2.2不同计数制之间的转换十进制转换成二进制十进制数转换为二进制数时，由于整数和小数的转换方法不同，所以需要先将十进制数的整数部分和小数部分分别转换后，再加以合并。（1）十进制整数转换成二进制整数十进制整数转换为二进制整数采用“除2取余、逆序排列”法。具体做法是：用2去除十进制整数，可以得到一个商和余数再用2去除商，又会得到一个商和余数，如此进行，直到商为零时为止然后把先得到的余数作为二进制数的低位有效位，后得到的余数作为二进制数的高位有效位，依次排列起来36361.2.2不同计数制之间的转换（1）十进制整数转换成二进制整数例如，把十进制数173(D)转换为二进制数，转换过程如图所示，转换结果为10101101（B）。十进制转换成二进制371.2.2不同计数制之间的转换（2）十进制小数转换成二进制小数十进制小数转换成二进制小数采用“乘2取整、顺序排列”法。具体做法是：十进制转换成二进制用2乘十进制小数，可以得到积，将积的整数部分取出，再用2乘余下的小数部分，又得到一个积，再将积的整数部分取出，如此进行，直到积中的小数部分为零，或者达到所要求的精度为止然后把取出的整数部分按顺序排列起来，先取的整数作为二进制小数的高位有效位，后取的整数作为低位有效位381.2.2不同计数制之间的转换（2）十进制小数转换成二进制小数例如，把十进制小数0.8125(D)转换为二进制小数，转换过程如图所示，转换结果为0.1101(B)。因此，173.8125(D)＝10101101.1101(B)。十进制转换成二进制391.2.3计算机使用二进制数计算机内部广泛采用二进制来表示数据，主要是因为二进制具有技术实现简单、运算规则简单、适合逻辑运算、易于进行转换、抗干扰能力强以及高效性和扩展性等优点，这些优点使得二进制成为计算机内部表示和处理数据的最佳选择，具体如下：高效性与扩展性易于进行转换运算规则简单抗干扰能力强，可靠性高适合逻辑运算技术实现简单二进制优点401.2.4计算机信息编码技术（1）机器数数值型数据的编码在生活中表示数的时候，如果是正数，一般在数值前面加一个“+”号或数值前不写任何符号；如果是负数，则必须在数值前面加一个“-”号。这种由正负号表示的数值称为真值真值计算机中，“+”号和“-”号也必须用计算机能识别的0、1代码表示。在计算机中通常采用0表示数值的正号，用1表示数值的负号，这样符号就数字化了。为了能区分符号和数值，约定数的第一位为符号位，0表示正，1表示负。这种在计算机中连同符号一起数字化的数称为机器数机器数例如：一个占8个二进制位的数，真值为+1101（B），则机器数为00001101如果真值为-1001（B），则机器数为10001001。机器数中第一位为符号位，其余7位为数值位，不足7位数值时，左边补0411.2.4计算机信息编码技术（2）原码、反码和补码为了方便运算，机器数可以有多种不同的编码表示方法，其中最常见的有原码、反码和补码。下表给出了原码、反码和补码的计算规则。数值型数据的编码真值原码反码补码正数+X0X0X0X负数-X1X符号位不变，X取反，0变1，1变0符号位不变，X取反后加1421.2.4计算机信息编码技术（2）原码、反码和补码数值型数据的编码是计算机中对数字的二进制定点表示方法，它是最简单的编码方式。在原码中，最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，其余位表示数值的大小。例如，对于8位二进制数，+11的原码为00001011，-11的原码为10001011。原码的优点是简单直观，但缺点是不能直接参与运算，因为直接使用原码进行加减运算可能会导致错误结果原码是数值存储的一种表示方法，多应用于系统环境设置中。反码的编码规则是：正数的反码与原码相同，负数的反码是原码除符号位外按位取反，即0变1、1变0。例如，对于8位二进制数，-1的原码是10000001（最高位是符号位，1表示负数，其余位是-1的绝对值1的二进制表示），则-1的反码为11111110。反码通常用作由原码求补码或由补码求原码的过渡码，它本身没有直接参与运算的能力反码是计算机中用于存储数值的编码方式，它将减法运算转化为加法运算，简化了计算机的运算过程。补码的编码规则是：正数的补码与原码相同，负数的补码是其反码末位加1。例如，对于8位二进制数，-1的补码为11111111。补码解决了原码和反码在运算中可能产生的问题，是计算机内部表示数值的主要方式补码431.2.4计算机信息编码技术（3）数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示是计算机中用于存储和表示数值的两种基本方法，它们的主要区别在于小数点的位置是否固定。数值型数据的编码定点表示法，又称整数表示法，是指所有数据的小数点位置固定不变，小数点不需要使用符号表示出来。它常常有定点整数和定点小数两种类型。定点整数的小数点位置隐含在最低有效数位之后，而定点小数的位置则隐含固定在最高有效数位之前。定点表示法的特点如下：由于小数点的位置固定，因此定点表示法能够表示的数值范围相对有限表示范围有限对于定点小数来说，其能够表示的精度是固定的，这取决于分配给数值的位数精度固定定点表示法较为简单直观，适用于那些数值范围和精度要求相对固定的应用场景简单直观441.2.4计算机信息编码技术（3）数的定点表示与浮点表示浮点表示法，又称实数表示法，是用科学计数法表示的，是指小数点的位置可以根据需要而任意移动。由于小数点浮动不固定，所以，要用阶数和尾数来表示一个完整的数。数值型数据的编码其中，阶数表示小数点的位置，尾数表示数的有效位。这种表示方法的一般形式是N=M×RE其中，M为尾数（用定点小数的形式表示，影响浮点数的精度），E为阶码（用定点整数的形式表示，影响浮点数的表示范围），R为阶码的底451.2.4计算机信息编码技术（3）数的定点表示与浮点表示例如，对于一个十进制数25.125，它的浮点表示可以如下：数值型数据的编码25.125=0.25125×10225.125=2.5125×10125.125=25.125×10025.125=251.25×10-125.125=2512.5×10-225.125=25125.0×10-325.125=251250×10-4将十进制数25.125转换为二进制浮点数的过程如下：（1）整数部分：25(D)=11001(B)（2）小数部分：0.125=0.001(B)（3）二进制浮点数表示形式：25.125(D)=11001.001(B)=1.1001001×24(B)461.2.4计算机信息编码技术（3）数的定点表示与浮点表示浮点表示法的特点如下：数值型数据的编码表示范围广泛精度可变复杂度高浮点表示法广泛应用于科学计算、工程计算、金融计算等领域，这些领域往往需要对大范围、高精度的数值进行计算和处理。定点表示法和浮点表示法各有优缺点，适用于不同的应用场景。简单直观、易于实现，但表示范围和精度有限定点表示法表示范围广泛、精度可变，但实现复杂度高浮点表示法在选择使用哪种表示方法时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡和选择。471.2.4计算机信息编码技术（1）字符编码键盘上的字符在计算机中都必须转换为二进制数，才能被识别。现在绝大部分计算机的字符编码采用ASCII码。文字的编码ASCII码（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）即美国标准信息交换码，这一编码方案最初是由美国制订，后来由国际标准组织（ISO）确定为国际标准字符编码。ASCII码采用七位二进制位编码，七位二进制数最多可表示的字符数为128（27）。计算机中用8位二进制数（1字节）存储一个ASCII码，将字节的最高位取0。481.2.4计算机信息编码技术（1）字符编码ASCII码分为控制字符和显示字符两部分。右图给出了ASCII码的可显示字符。文字的编码491.2.4计算机信息编码技术（1）字符编码ASCII码分为控制字符和显示字符两部分。下图给出了ASCII码的可显示字符。文字的编码ASCII码通过为每个字符分配一个唯一的编号（即ASCII码值）来实现字符的编码。例如，大写字母'A'的ASCII码值是65，小写字母'a'的ASCII码值是97字符的ASCII码值与其在计算机中的存储形式（二进制表示）是一一对应的。例如，大写字母'A'的二进制表示为01000001，小写字母'a'的二进制表示为01100001ASCII码虽然满足了早期计算机处理英文文本的需求，但无法表示其他语言（如中文、日文、韩文等）的字符。因此，人们开发了许多新的字符编码标准来扩展ASCII码的能力，比如Unicode编码和UTF-8编码。501.2.4计算机信息编码技术（1）字符编码为了解决多语言字符编码的问题，Unicode编码应运而生。Unicode编码是一种国际标准，旨在为世界上所有的字符和符号分配唯一的编码。文字的编码Unicode编码使用多个字节来表示一个字符（通常是2个字节或更多），从而能够表示几乎所有的字符和符号。Unicode编码的出现极大地促进了国际间的信息交流和文化传播UTF-8（UnicodeTransformationFormat-8bits）是一种针对Unicode的可变长度字符编码方式。UTF-8编码使用1到4个字节来表示一个Unicode字符，其中，常用的英文字符使用1个字节表示，而中文字符等则使用更多字节表示UTF-8编码的优点在于其兼容ASCII码（即ASCII码是UTF-8编码的一个子集），从而可以方便地在只支持ASCII码的环境中传输和存储Unicode文本511.2.4计算机信息编码技术（2）汉字编码汉字信息处理过程包含三个环节：即文字信息的输入、处理和输出，因此，汉字编码分为输入码、内码、字形码。文字的编码521.2.4计算机信息编码技术（2）汉字编码①内码汉字内码是指汉字在计算机内部进行存储、传递和运算所使用的数字代码。汉字的输入方式可以不同，但是对于每一个汉字，它的内码是固定的，即每个汉字有唯一的内码。文字的编码我国国家标准局于1981年5月1日公布了“信息交换用汉字编码字符集基本集”即GB2312作为国家标准（也称为GB2312-80或GB2312-1980）。中国大陆几乎所有的中文系统和国际化的软件都支持GB2312随着汉字信息处理技术的发展和计算机应用范围的扩大，我国于1995年颁布了《汉字编码扩展规范》（GBK）。GBK编码是在GB2312-80标准基础上的内码扩展规范，完全兼容GB2312-80标准GB18030是在GBK的基础上进一步扩展而来的，它完全兼容GB2312和GBK编码，同时增加了中日韩语中的汉字和少数民族的文字及字符030102531.2.4计算机信息编码技术（2）汉字编码②输入码文字的编码借助于标准键盘，用英文字母和数字组合进行汉字输入，即用若干个键代表一个汉字。这组字母数字串称为汉字的输入码内涵汉字输入码主要有按数字编码、按拼音编码、按字形编码和按音形编码四类。其中，五笔输入法采用按字形编码，拼音输入法采用按拼音编码分类五笔输入法的特点是基于汉字的笔画和字形结构进行编码，用户需要记忆一定的字根和编码规则五笔输入法拼音输入法的特点是基于汉字的拼音进行编码，用户只需输入汉字的拼音即可找到对应的汉字拼音输入法541.2.4计算机信息编码技术（2）汉字编码③字形码汉字字形码（字模码）用于显示或打印汉字时产生的字形。字形码有点阵方式字形码和矢量方式字形码两种。一个汉字信息系统具有的所有汉字字形码的集合构成了汉字库。对于点阵方式字形码而言，根据输出汉字的质量要求不同，汉字点阵的多少也不同。点数越多，汉字输出的质量越高。不同字体的汉字需要不同的点阵字库。文字的编码55采样、量化和编码每一组二进制数码代表一个采样的量化等级，然后把它们排列起来，得到由二进制脉冲组成的信息流采样点t1t2t3t4t5t6t7t8编码001101010101100010001010110111101.2.4计算机信息编码技术音频的编码56

声音表示的三个重要参数为：采样频率、量化位数和声道数采样频率量化位数声道数每秒钟抽取声波样本的次数每个采样点用多少二进制位表示数据范围使用声音通道的个数，即一次采样所记录的声音波形的个数采样频率越高声音质量越好数据量也越大量化位数越多音质越好数据量也越大立体声比单声道的表现力丰富，但数据量翻倍1.2.4计算机信息编码技术音频的编码57常见声音文件格式

.WAV：Microsoft公司开发的,音质与CD相差无几,但对存储空间需求太大，不便于交流和传播。.MIDI：比波形文件小，节省空间，但缺乏重现真实自然声音的能力，常用来存放背景音乐.MP3：有损压缩格式，压缩比高，基本不失真.WMA：与MP3格式类似的一种音频格式，压缩比更高，适合网络实时低速率传输1.2.4计算机信息编码技术音频的编码58采样、量化和编码图像的采样：空间连续坐标（x,y）的离散化→将图像编成若干个点→像素点1.2.4计算机信息编码技术图像的编码1920×108059图像的量化：每个像素颜色所使用的二进制位数称为像素深度1位黑白图像8位256色或256级灰度图像32位真彩色（表示224种颜色）1.2.4计算机信息编码技术图像的编码黑白彩色图像的编码：对每个像素编码，然后按行组织起一行中所有像素的编码，再按顺序将所有行的编码连起来，就构成了整幅图像的编码。模拟图像采样量化编码数字图像0100100011011101......1.2.4计算机信息编码技术图像的编码611.2.4计算机信息编码技术图形的编码图形（Graphic）也称为矢量图（VectorGraphic），是通过数学方法来描述存储的。它使用一组指令集合来描述图形的内容，如构成图形的各种图元（如点、线、面）的位置、维数、形状等。内涵由于图形是基于数学公式计算的，因此可以任意缩放而不会失真，同时占用的存储空间也相对较小。图形主要用于描述轮廓不复杂、色彩不丰富的对象，如几何图形、工程图纸、CAD图纸等应用图形的编码方法主要基于矢量图形技术，通过将图形分解为一系列的数学公式、线条、形状等基本元素，并使用这些元素来精确描述图形编码方法6263常见的图像文件

.BMP：位图格式文件，图形和图像通用，不压缩，占用磁盘空间大.GIF：压缩比高，磁盘占用空间小，适合网上传输交换，不能存储超过256色图像，可以包含动画的图片文件.TIF：支持压缩和非压缩，适合不同平台之间图像交换.JPEG,JPG：压缩比高占用磁盘空间小，适合大量图像处理，网络传输.WMF：Windows剪贴板及印刷领域使用，属于矢量图形.PNG：流式图像文件，压缩比高，无损压缩，适合网上传输，支持Alpha通道图像制作，不支持动画功能1.2.4计算机信息编码技术图像的编码1.2.4计算机信息编码技术视频的编码视频的编码方法是将连续的图像序列（即视频）通过特定的算法转换为数字信号，并进行压缩处理以减少存储空间和传输带宽的需求。以下是几种主要的视频编码方法：02010304无损编码有损编码压缩率可变编码帧类型编码64第1章计算思维与计算机基础1.4办公软件与信息处理1.2信息编码与数据表示

1.3计算机工作原理1.1计算机系统概述1.5计算思维65输入设备输出设备运算器（内）存储器控制器程序+数据输出结果数据流控制流CPU1.3计算机工作原理66第1章计算思维与计算机基础

1.4办公软件与信息处理1.2信息编码与数据表示1.3计算机工作原理1.1计算机系统概述1.5计算思维67键盘输入语音输入联机手写输入扫描输入特殊符号通过“插入|符号”

文档的输入681.4.1Word文档处理字体格式：段落格式：对齐、边框与底纹项目符号替换：页面设置：分栏691.4.1Word文档处理字符格式化五号方正舒体五号宋体

四号黑体

三号楷体

二号隶书20磅华文彩云

15磅华文行楷

倾斜

字符加粗加下划线

删除线

X2

Y1

字符加边框701.4.1Word文档处理段落格式化段落的对齐段落的缩进行间距段间距项目符号与编号中文版式字符或段落背景边框与底纹711.4.1Word文档处理表格涉及要点：

表格建立：规则、不规则

表格编辑：合并、拆分单元格

表格格式化：边框线线型、底纹

内容格式化：字体、对齐方式721.4.1Word文档处理表格编辑：表格格式化：表格建立：

插入绘制

表格样式：系统设计的格式731.4.1Word文档处理图文混排741.4.1Word文档处理75

插入图片形状（流程图）艺术字公式1.4.1Word文档处理开始结束正确吗？处理否是修改76活动单元格地址行标列标工作表标签编辑栏公式SUM(C5:E5)函数Average(F2:F9)工作薄1.4.2Excel电子表格77工作薄(Book）是Excel用来存储并处理工作数据的文件，以扩展名.xlsx保存。工作表（Sheet）：每个工作薄由多个工作表Sheet组成。

默认Sheet1—Sheet3，可增加、删除Sheet，可重命名。

每个工作表由若干行、列的两维表组成。单元格：

行和列的交叉为单元格，存放和显示数据。

每个单元格由唯一的地址标识：列号行号

列号：A、B、…Z、AA、AB、…、XFD，最多16384列

行号：1—1048576；

活动单元格：当前正在使用的单元格1.4.2Excel电子表格数值型：用于算术运算。

数据太长单元格以科学计数法显示，编辑栏精确显示时则显示

例123451234512显示1.23E+11，称科学计数法

文本型：任何字符，不能进行算术运算。日期型：形式：mm/dd/yy、dd-mm-yy如何区分数字组成的字符串？数字前加’例如’130001显示数据类型填充柄选中单元格拖曳填充柄作用：快速产生有规例数据781.4.2Excel电子表格79设置边框线、底纹、数据显示方式(小数点)、对齐实现方法：选中单元格，在快显菜单选择“单元格格式”

或“开始”选项卡的各功能组操作例：小数位数、单元格内容分行、标题居中显示1.4.2Excel电子表格条件格式目的：动态实现按格式显示某些数据实现方法：选中数据区域后，开始

条件格式条件

条件格式801.4.2Excel电子表格使用公式81操作数：常用单元格、数字、字符串、函数公式形式：＝表达式表达式组成：由操作数和运算符算术运算符：＋、－、*、／、%(余)、

(乘方)、（）字符串运算符：＆首尾相连关系运算符：=、>、>=、<=、<、<>1.4.2Excel电子表格82选存放单元格计算职工奖金，奖金由两部分组成：每一年工龄加10元和工资的18%。编辑栏输入公式以=开头其他人的怎么算？记得填充柄吗？注意：当填充柄往下拖曳，公式中的单元格地址E2、F2跟着变化1.4.2Excel电子表格83函数：系统提供的各种数据处理功能输入方式2种：(1)函数对话框直观：“插入函数”按钮，在其对话框提示下选择

函数类型、函数名和参数；(2)编辑栏直接输入快，函数名称（参数1，参数2，…）。常用函数：Sum、Average、Max,Min、Count,If、CountIf等1.4.2Excel电子表格84计算每个学生的总分：Sum函数。

理解函数输入过程从函数列表中选Sum记得Sum函数？可以直接输入定位存放结果单元格显示计算结果填充柄往下拖曳计算其她学生成绩1.4.2Excel电子表格单元格引用概念85相对引用：直接写地址如A1、C2、B2:F4等。特点：公式在复制、移动时会根据移动的位置自动调节公式中引用单元格绝对引用：行号和列号前均加上“$”符号，如$A$1、$C$2公式在复制、移动时，绝对引用单元格将不随着公式位置变化而改变混合引用：行号或列号前有的加上“$”符号，如$A1或A$1公式在复制、移动时，绝对引用不变，相对引用的变1.4.2Excel电子表格1、新建空演示文稿基于样本模板基于主题从下载模板1.4.3PowerPoint演示文稿862、保存

pptx（文档）、ppsx（幻灯片放映）、potx(模板)ppt（office97-2003）

872025/12/29幻灯片版式：为插入的对象提供了占位符，可插入文本、图片、表格、SmartArt图形、超链接、视频和音频文件等。饱和度亮度色相1.4.3PowerPoint演示文稿普通视图：编辑每张幻灯片的内容和格式化；幻灯片浏览视图：可以同时浏览多张幻灯片，方便对幻灯片复制、移动和删除等编辑操作；备注页：编辑演讲者备注信息；阅读视图：适应窗口大小的幻灯片放映查看；幻灯片放映：全屏放映幻灯片，观看动画、超连接等效果。881.4.3PowerPoint演示文稿89母版：一种特殊的幻灯片，在其中可定义整个演示文稿的幻灯片格式。需要出现在每张幻灯片中的对象一般在母版中进行插入，如页码、时间等。1.4.3PowerPoint演示文稿90编辑主题主题颜色字体（主题字体）效果（填充效果）主题是一套包含插入各种对象、颜色和背景、字体样式和占位符等的设计方案.利用主题可以快速更改演示文稿的整体外观1.4.3PowerPoint演示文稿91背景：对于演示文稿的每个主题，提供了许多种背景颜色、纹理效果和填充效果的选择。可以根据需要任意更改幻灯片的背景颜色和背景设计，使得演示文稿的设计同时具备了高效和个性1.4.3PowerPoint演示文稿921.“插入超链接”下划线表示超链接到本演示文稿的其它幻灯片超链接到其它文档2.“插入|形状”动作按钮表示1.4.3PowerPoint演示文稿超链接931.添加预设动画－－系统提供的一组基本动画动作路径路径动画1.4.3PowerPoint演示文稿动画进入强调退出942.编辑动画动画窗格－－改变动画对象出现的先后次序，显示的方式和时间，删除动画效果添加动画－－对象多个

动画设置动画1.4.3PowerPoint演示文稿放映演示文稿951.4.3PowerPoint演示文稿第1章

计算思维与计算机基础

1.4办公软件与信息处理1.2信息编码与数据表示1.3计算机工作原理1.1计算机系统概述

1.5计算思维计算思维定义计算思维的完整性定义计算思维完整定义概念性定义操作性定义狭义计算思维广义计算思维计算思维的内涵计算思维的抽象要素计算思维是问题的解决过程计算思维要素的具体体现计算思维体现的素质1.5计算思维97计算思维定义计算思维的概念性定义计算思维(ComputationalThinking，CT)是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的本质是抽象和自动化。抽象要素

算法、数据结构、状态机、逻辑和语义、启发式、控制结构等。计算思维中的抽象完全超越了物理的时空观，更为丰富和复杂，完全用符号来表示。计算思维的抽象最终是要能够机械地一步一步自动执行。1.5计算思维9898计算思维的操作性定义计算思维是问题解决的过程。这一认识是对计算思维被人掌握后，在行动或思维过程中表现出来的形式化的描述，这个过程不仅体现在编程中，还体现在广泛的情境中。来自应用研究，主要讨论计算思维在跨学科领域中的具体表现、如何应用以及如何培养等问题。计算思维定义1.5计算思维99计算思维定义计算思维的操作性定义各领域、学科的问题（发现问题）问题的抽象（表征问题）问题求解算法选择（策略与方法）问题求解的实现（实施方案）问题解决结果评价成功失败具体的解决流程如下：1、发现各领域、学科的问题并进行描述，符合逻辑地组织和分析数据。2、通过抽象，建立数学模型。3、用算法对求解过程进行精确描述。4、利用某种计算机语言进行编写程序，实现可能的解决方案，从中找到问题求解的最佳方案。5、将对解决结果进行评价，如果成功，该问题得到解决，并可以将求解过程进行推广并移植到广泛的问题中。如果失败，则分析出错原因，根据具体的原因，返回之前的某个步骤重新处理。1.5计算思维100计算思维定义计算思维的操作性定义计算思维要素的具体体现计算思维作为问题解决的过程，不仅需要利用数据和大量计算科学的概念还需要调度和整合各种有效思维要素，抽象的计算思维概念，只有分解成具体的思维要素，才能有效地指导应用研究与实践。计算思维体现出的素质处理复杂情况的自信处理难题的毅力对模糊不确定的容忍处理开放问题的能力与其他人一起努力达成共同目标的能力1.5计算思维101计算思维应用举例计算思维举例1.上学装书包————预置和缓存2.原路找丢失的物品————回推3.买房和租房决策————在线算法4.超市结账付费时排哪个队————多服务系统1.5计算思维102计算思维应用举例警察局抓小偷，警察局住了a、b、c、d四名小偷，其中只有一人是小偷。审讯记录如下：a说：我不是小偷b说：c是小偷c说：小偷肯定是dd说：c在冤枉人四个人中三个人说的是真话，一个人在说谎，请问谁是小偷？计算思维在警察抓小偷实例中的具体应用1.5计算思维103依次假设每个人是小偷的情况，然后，依次带入四句供词中。发现问题、分析问题依次检验“四个人中三个人说真话，一个人说假话”的情况是否成立？如果成立，就找到了小偷。计算思维应用举例1.5计算思维104计算思维应用举例将a，b，c，d四个嫌疑人进行编号，分别为1，2，3，4。数学建模用变量x存放小偷的编号将x=1，x=2，x=3，x=4代入问题系统，检验“三真一假”是否成立。1.5计算思维105计算思维应用举例计算a说：我不是小偷b说：c是小偷c说：小偷肯定是dd说：c在冤枉人对应：x<>1对应：x=3对应：x=4对应：x<>40001100111011010X=1X=2X=3X=41.5计算思维106计算思维应用举例编程实现（python）#遍历x从1到4forxinrange(1,5):#计算表达式的值：4个条件中有3个为True时结果为3result=(x!=1)+(x==3)+(x==4)+(x!=4)ifresult==3:print(x)结论：c是小偷1.5计算思维107计算思维特征计算思维特征概念化，不是程序化像计算机科学家那样去思维意味着远不止能为计算机编程，还要求能够在抽象的多个层次上思维。根本的，不是刻板的技能根本技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。是人的，不是计算机的思维方式计算思维是人类求解问题的一条途径，人类聪颖且富有想象力，是人类赋予计算机激情。1.5计算思维108计算思维特征计算思维特征数学和工程思维的互补与融合计算机科学在本质上源自数学思维，其形式化基础建筑于数学之上，计算机科学又从本质上源自工程思维。是思想，不是人造物计算思维被我们来求解问题、管理日常生活、与他人交流和互动。而且，面向所有的人，所有地方。1.5计算思维109本章小结110111

教材：

胡玉荣，余云霞，董尚燕，李俊梅，

《人工智能导论》，清华大学出版社，2025.9人工智能导论第2章人工智能基础认知2.1人工智能的定义与内涵2.2人工智能的发展历程2.3人工智能的主要研究内容2.4人工智能的典型应用2.5人工智能的伦理与社会影响1122.1人工智能的定义与内涵2.1.1人工智能的定义

2.1.2人工智能的要素2.1.3人工智能的类型2.1.4人工智能的特点

113114麦卡锡（McCarthy）认为，人工智能就是要让机器的行为看起来像是人所表现出的智能行为一样。尼尔逊（Nilsson）认为，“人工智能是关于知识的学科——怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。“人工智能目前还没有统一的定义2.1.1人工智能的定义115巴尔（Barr）和费根鲍姆（Feigenbaum）认为，人工智能属于计算机科学的一个分支，旨在设计智能的计算机系统，也就是说，对照人类在自然语言理解、学习、推理问题求解等方面的智能行为，设计的系统应呈现出与之类似的特征。目前，研究者普遍认为，人工智能是研究、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。人工智能的发展始终保持着多学科交叉的特性，深度整合计算机科学、认知心理学、哲学和语言学等领域的理论成果。2.1.1人工智能的定义116人工智能的发展由四大核心要素共同驱动——数据、算法、算力与场景，四者构成“燃料—中枢—引擎—实验场”的完整闭环，缺一不可。1.数据——人工智能的“燃料库”数据是人工智能的底层支撑，为机器学习算法提供训练和优化的“养分”。数据的质量、规模与多样性直接影响机器学习模型的准确性与稳健性。为了获得更好的结果，需要收集和整合各种来源的数据，并进行预处理和清洗，以确保数据的准确性和一致性。2.1.2人工智能的要素2.算法——人工智能的“大脑中枢”算法是人工智能的核心规则体系，定义了计算机如何处理数据、提取规律的底层逻辑。算法是指引计算机如何处理和分析数据的指令。不同的算法适用于不同的任务和数据类型，因此，需要根据具体的应用场景选择合适的算法。1174.场景——人工智能的“价值实验场”

场景是AI技术的“落地考场”，决定了其实际价值能否转化为社会生产力。不同场景对AI的能力需求差异显著：医疗场景需要精准的疾病诊断和治疗方案的推荐，交通场景需要高效的路径规划和拥堵预测，教育场景需要个性化学习路径设计。2.1.2人工智能的要素四大要素相互依存。数据为算法提供“学习素材”，算力为算法运行提供“动力支撑”，场景为技术与需求搭建“连接桥梁”。四者的协同进化，推动人工智能从“感知智能”向“认知智能”跃迁，重塑人类社会的生产与生活方式。3.算力——人工智能的“动力引擎”算力是AI运行的“动力引擎”，决定了数据处理与模型训练的效率上限。人工智能需要大量的计算资源来处理和分析数据，算力包括CPU、GPU、TPU等硬件设备，为人工智能的发展提供了更好的支持。118弱人工智能是当前技术成熟且应用广泛的人工智能形态，其核心特征表现为任务专精性与工具属性。这类系统专注于解决特定领域问题（如图像识别、自然语言处理等），但缺乏跨领域迁移能力与自主意识。弱人工智能有许多应用，包括问题求解、逻辑推理与定理证明、自然语言理解、专家系统、机器学习、人工神经网络、机器人学、模式识别、机器视觉等在图像识别领域，基于深度学习的人脸识别、物体识别、行为识别等。弱人工智能的“智能”本质上是算法对数据模式的统计学习结果，其决策过程缺乏人类式的逻辑推理与情感理解，且需依赖人类设定的目标函数与数据标注。1.弱人工智能（NarrowAI/ArtificialNarrowIntelligence，ANI）2.1.3人工智能的类型人工智能按照能力层级与技术目标可分为弱人工智能、强人工智能（包含通用人工智能）以及超级人工智能三大类型。119强人工智能/通用人工智能是指能够完全取代人类工作的人工智能，它具有自我思考和学习能力，能够模仿人类的决策和行为。强人工智能的目标是创造能够像人类一样思考和感知的智能机器。2.强人工智能（StrongAI/ArtificialGeneralIntelligence,AGI）2.1.3人工智能的类型120超级人工智能是一种智力水平远超人类的机器智能，具备前所未有的自主学习、创新能力和问题解决能力。它不仅拥有比人类更强大的计算能力、学习能力，还能在创造力、情感理解等方面超越人类。超级人工智能的实现将意味着机器智能在各个方面都大大超过人类，包括推理、创新、情感理解等，甚至可能具备意识或超越人类的情感理解，并在与人类的互动中发挥巨大影响。3.超级人工智能（SuperAI/ArtificialSuperIntelligence,ASI）2.1.3人工智能的类型121

三者之间的关系弱人工智能是实现通用人工智能和超级人工智能的基础。通过设计和训练弱人工智能系统，可以逐步提高其性能和能力，最终实现更高级别的智能。强人工智能是弱人工智能向超级人工智能过渡的中间阶段，它具备了更广泛的智能能力，但仍未达到超越人类智能的水平。超级人工智能则是通用人工智能发展的一个可能结果，代表了人工智能技术的最高水平，是人工智能发展的终极形态。三类人工智能构成从“量变”到“质变”的演进链条：弱人工智能为强人工智能提供数据基础与算法验证平台，强人工智能是实现超级人工智能的必经阶段。跨学科协作（神经科学、哲学、计算机科学）是关键驱动力。2.1.3人工智能的类型1221.模拟人类智能行为三种学习路径：人工智能的成长监督学习：有指导的成长监督学习通过大量标注数据进行训练，如同学生在老师指导下学习。系统根据输入和输出的对应关系，学习分类或预测规则。例如在图像分类任务中，通过标注好的图片数据，模型可以学习到不同物体的特征，从而准确识别新图片中的物体。这种学习方式适用于有明确答案的任务，能够快速掌握规律。无监督学习：自主探索世界无监督学习则不依赖标注数据，它通过分析数据的内在结构和分布规律来发现隐藏信息。例如在数据聚类任务中，算法可以将相似的数据点自动分组，帮助人们发现数据中的潜在模式。这种方式类似于人类在没有明确指导的情况下自主探索世界，能够发现数据中未知的关联和规律。强化学习：试错中的优化强化学习是一种通过与环境交互来学习最优策略的方法。它类似于人类在试错中积累经验，通过奖励和惩罚信号来调整行为。例如在机器人路径规划中，机器人通过不断尝试不同的路径，根据环境反馈的奖励信号，逐步优化路径选择，最终找到最优路径。这种方式强调动态适应和策略优化。1232.1.4人工智能的特点1231.模拟人类智能行为推理能力：刚柔并济的智慧基于规则的推理基于规则的推理系统严格按照预设规则进行决策，适用于确定性任务，如：专家系统，智能客服系统通过基于规则的推理快速解答常见问题。概率推理概率推理则在信息不完整时，通过统计方法做出最可能的判断，适用于不确定性较高的场景，如：医疗诊断，疾病预测模型则通过概率推理综合多种因素进行诊断。122.1.4人工智能的特点1241.模拟人类智能行为感知能力：机器的火眼金睛与顺风耳计算机视觉：机器的火眼金睛计算机视觉技术让机器拥有了强大的视觉感知能力，能够识别物体、理解场景。它通过卷积神经网络等技术，对图像进行分析和处理。例如在自动驾驶中，计算机视觉可以实时检测道路上的物体和交通标志，为车辆提供准确的视觉信息。这种技术不仅提高了机器的感知精度，还改变了人类与机器的交互方式。语音识别：机器的顺风耳语音识别技术赋予机器听觉能力，能够准确捕捉和理解人类语音。它通过声学模型和语言模型的协同作用，将语音信号转化为文字信息。例如智能语音助手可以通过语音识别技术理解用户的指令，并做出相应的回应。这种技术在智能家居、智能客服等领域得到了广泛应用，极大地提升了用户体验。10122.1.4人工智能的特点1252.高效的数据处理能力数据洪流中的高效处理在数据洪流时代，人工智能展现出强大的数据处理能力。与传统计算机相比，它通过算法优化和模型设计，能够高效处理海量数据。例如深度学习模型在大规模数据集上进行训练时，通过优化算法和分布式计算，可以快速收敛并提高模型性能。这种能力在金融反欺诈系统中得到了充分体现，能够实时检测异常交易，保护用户资金安全。并行计算与分布式计算的突破GPU的并行计算能力能够同时处理多个计算任务，如同给人工智能装上了“千手观音”。例如在深度学习模型训练中，GPU可以并行计算神经网络的各个层，大大缩短训练时间。这种能力使得复杂的模型训练成为可能，推动了人工智能技术的快速发展。分布式计算框架则像组建了一支“超级计算军团”，将庞大的计算任务分解到成千上万台计算机上协同完成。它通过分布式存储和计算资源的灵活调度，解决了单机计算的瓶颈问题。10122.1.4人工智能的特点1263.适应性与灵活性跨行业的强大通用性人工智能在不同行业展现出强大的适应性和通用性。在制造业，它通过图像识别技术检测产品缺陷，精度远超人类；在医疗领域，深度学习模型帮助解读医学影像，辅助医生诊断疾病；在农业中，机器学习算法分析卫星图像，优化种植方案。超强的自我进化能力语言模型具有强大的自我进化能力，能够像海绵吸水一样吸收新词汇和新表达方式。通过在线学习和增量学习，语言模型可以不断更新词汇表和语义理解能力。例如智能翻译系统能够实时更新词汇库，根据用户反馈优化翻译结果，提供更准确的翻译服务。图像识别系统也具备自我进化能力，能够通过持续学习提高对罕见物体的识别率。例如在安防领域，图像识别系统可以通过不断学习新的图像数据，优化识别算法，提高对复杂场景中物体的识别精度。10122.1.4人工智能的特点1274.自主性与可扩展性自主决策：智能系统的动态适应自动驾驶汽车通过传感器感知环境，并基于深度学习模型做出实时驾驶决策。例如，通过摄像头和雷达感知路况，系统能够自动识别交通标志、行人和障碍物，并根据预设规则和学习模型调整行驶路径和速度。这种自主决策能力使得自动驾驶汽车能够在复杂路况中安全行驶，提高了交通效率。可扩展性：无限可能的设计理念人工智能系统的可扩展性设计为技术发展提供了无限可能。模块化架构允许开发者像搭积木一样组合不同功能组件，快速扩展系统功能。同时，云计算平台提供了强大的计算支持，通过弹性计算资源实现大规模模型训练和推理，满足不同用户的需求。这种设计不仅提高了开发效率，还降低了开发成本。122.1.4人工智能的特点1285.精确性与稳定性高精度：人工智能的精准表现人工智能在医学影像分析领域表现出极高的精度。通过卷积神经网络等深度学习技术，系统能够识别微小病变，诊断准确率已接近甚至超过资深专家。例如在癌症早期筛查中，人工智能系统能够快速准确地检测出病变区域，为医生提供重要的诊断依据。这种高精度表现极大地提高了医疗诊断的效率和准确性。高稳定性：全场景的可靠保障自动驾驶系统通过多传感器融合和冗余设计，能够应对各种极端天气条件。例如在暴雨或大雪天气中，系统可以通过雷达和摄像头的协同工作，准确感知路况，确保车辆安全行驶。这种高稳定性为自动驾驶技术的广泛应用提供了保障。122.1.4人工智能的特点2.2人工智能的发展历程2.2.1图灵测试与起源

2.2.2人工智能的诞生

2.2.3人工智能的发展阶段

129130艾伦·图灵是英国数学家、逻辑学家，被誉为“计算机科学之父”“人工智能之父”。他在《计算机器与智能》论文中，提出了一个问题：“机器能思考吗

？”他设计了一个验证方法“图灵测试”。2.2.1图灵测试与起源131测试方法：假想测试者与两个被测试者采用“问答模式”进行对话，被测试者一个是人，另一个是机器。测试者与被测试者被相互隔开，经过多次测试后，如果有超过30%的测试者不能确定被测试者是人还是机器，那么这台机器就算通过了测试，并被认为具有了人类智能。经过实验，图灵得出机器是具有一定思维的。2.2.1图灵测试与起源1321956年夏天在达特茅斯学院开展一次由10个人组成、为期两个月的人工智能研究，共同探讨用机器模拟智能的一系列有关问题，会上首次提出了“人工智能”这一术语。达特茅斯会议是人类历史上第一次人工智能研讨会，它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生。这一年也被称为“人工智能元年”，具有十分重要的历史意义。2.2.2人工智能的诞生133约翰·麦卡锡（JohnMcCarthy）1971年获得图灵奖马文·明斯基（MarvinMinsky）1969年获得图灵奖克劳德·香农（ClaudeShannon）是信息论创始人艾伦·纽厄尔(AllenNewell)与赫伯特·西蒙(HerbertSimon)1975年获得图灵奖阿瑟·塞缪尔(ArthurSamuel)是机器学习领域的先驱达特茅斯会议参会人员2.2.2人工智能的诞生1342.2.3人工智能的发展阶段1351.

起步发展期：1956年～20世纪60年代初在20世纪50年代人工智能刚刚被提出的时候，人工智能的研究主要停留在理论研究阶段，其基本方法是逻辑法，研究方向主要包括自动推理，认知模型，知识表示和推理，人工智能的语言、架构和工具等。掀起了人工智能的第一个高潮。2.

反思发展期：20世纪60～70年代初人工智能发展初期的突破性进展大大提升了人们对人工智能的期望，人们开始尝试更具挑战性的任务，并提出了一些不切实际的研发目标，很快就遇到了许多麻烦，人工智能的第一个低潮。塞缪尔设计的跳棋程序2.2.3人工智能的发展阶段1363.

应用发展期：20世纪70年代初～80年代中20世纪70年代出现的专家系统模拟人类专家的知识和经验解决特定领域的问题，实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。人工智能的第二个高潮。4.

低迷发展期：20世纪80年代中～90年代中随着人工智能的应用规模不断扩大，专家系统存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、缺乏分布式功能、难以与现有数据库兼容等问题逐渐暴露出来。人工智能的第二个寒冬。2.2.3人工智能的发展阶段1375.

稳步发展期：20世纪90年代中～2010年人工智能技术进一步走向实用化。1997年IBM深蓝超级计算机战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，2008年IBM提出“智慧地球”的概念，2009年中国提出“感知中国”概念，这些都是这一时期的标志性事件。6.

蓬勃发展期：2011年至今随着因特网、云计算、物联网、大数据等信息技术的发展，泛在感知数据和图形处理器等计算平台推动以深度神经网络为代表的人工智能技术飞速发展，大幅跨越科学与应用之间的“技术鸿沟”，图像分类、语音识别、知识问答、人机对弈、无人驾驶等具有广阔应用前景的人工智能技术突破了从“不能用、不好用”到“可以用”的技术瓶颈。2.2.3人工智能的发展阶段2.3人工智能的主要研究内容2.3.1知识与推理

2.3.2搜索与求解

2.3.3机器学习2.3.4自然语言处理2.3.5计算机视觉2.3.6计算机听觉

138139知识与推理研究不仅聚焦于知识的获取、表示、组织和存储，还着眼于如何将知识型工作（例如教师的工作）实现自动化，更重要的是，它要深入探究如何运用知识以及如何创造新知识。知识图谱2.3.1知识与推理140问题求解作为人工智能领域的核心课题之一，其本质可视为在广阔的可能性空间中寻找可行解的过程。当我们面对一个具体问题时，通常需要先明确目标状态（即“解”的特征），再探索从初始状态到达目标状态的有效路径。迷宫2.3.2搜索与求解141机器学习赋予了计算机从经验中自我提升的能力，这一过程模拟了人类通过实践积累智慧的学习模式。其核心理念在于构建能够从数据中自动发现规律并做出预测的智能系统，正如我们通过不断尝试与反馈来掌握新技能一样。2.3.3机器学习142自然语言处理（NaturalLanguageProcessing，NLP）是人工智能领域中一个极具挑战性和趣味性的方向，它的目标是让机器能够像人类一样理解和生成自然语言，从而实现人机之间的无障碍交流。机器翻译2.3.4自然语言处理143计算机视觉给机器装上“眼睛”，让它们能够像人类一样“看”世界，需要复杂的算法和大量的数据支持。计算机视觉系统通常包含图像获取、预处理、特征提取、目标检测、场景理解和决策输出等关键环节。人脸识别2.3.5计算机视觉144计算机听觉，如同给机器装上“耳朵”，让它们能够像人类一样听见并理解声音。在计算机听觉的众多技术中，自动语音识别、语音合成、文语转换以及语音增强等技术尤为关键，它们共同构成了我们日常生活中与智能设备沟通的桥梁。语音识别2.3.6计算机听觉2.4人工智能的典型应用2.4.1智能医疗

2.4.2智能家居

2.4.3智能制造2.4.4智能物流

145146

医疗智能助手达芬奇手术机器人智能医疗是人工智能与医疗健康深度融合的产物，通过构建覆盖预防、诊断、治疗、康复全流程的智慧医疗生态系统，正在解决传统医疗体系资源不均、效率不足等痛点。从影像识别到药物研发，从智能问诊到精准医疗，人工智能技术全方位重塑医疗健康行业。2.4.1智能医疗147

智能家居智能家居借助物联网技术将家中各类设备连接，构建出一个能自主感知和智能决策的智慧生活空间，通过人工智能赋予家居“思考”和“决策”能力，实现从被动响应到主动服务的转变，为人们带来更舒适、便捷、节能的生活体验。2.4.2智能家居148

智能工厂智能制造为传统工厂注入了“大脑”和“神经系统”，使机器变得智能化。智能装备是智能制造的基础，相当于工厂的“智能工人”。智能工厂是智能制造的核心，相当于制造业的“智慧大脑”，设备通过物联网技术互联互通，形成一个有机整体。智能服务是智能制造的延伸，赋予产品“售后服务专家”的能力。

智能装备2.4.3智能制造智能服务149

机械臂精准抓取