人工智能通识教程 课件 第1章 人工智能与计算机科学导论

人工智能导论主讲人：XXXAI同学们好！数字化实验项目实践综合实训人工智能导论目

录

第一篇计算机基础与系统1AI与计算机科学导论2计算机系统3计算机程序与算法面向的问题：离开计算机科学AI能否发展？支撑AI发展的主要计算机科学与技术是什么？

第二篇AI基础与应用4人工智能学科框架5机器学习6神经网络与深度学习面向的问题：AI的科学体系？机器为什么能战胜人类？机器是如何思考问题的？

第三篇AI应用技术7图像识别到视觉理解8文本处理到语言理解面向的问题：人脸怎样被识别？手机怎样具有智能的？人类语言是怎样被机器理解的？

第四篇实验、实践与实训面向的问题：云计算是怎样支持虚拟服务的？图像编码方法？汽车外观设计垂类模型怎样训练？9验证性虚拟实验10汽车营销项目实践11垂类模型综合实训数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一篇---引子

第一篇计算机基础与系统AI与计算机科学导论计算机系统计算机程序与算法问题1：这个看似智能的过程经历了怎样的计算？谁支持这样庞大数据的计算？问题2：没有计算机科学支持的人工智能可以发展吗？语音交互过程：计算机声音采集计算机语音识别AI解析自然语言语音合成数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.1

计算机科学的发展

1.2

人工智能与计算实现

1.3

应用实例：智能手机中的计算机科学

本章目的：当人工智能遇到了计算问题，是谁提供了全部的计算支持？从本模块的学习引导是否可以得到一些启示：计算机支持了计算实现！这就是我们本章要完成的任务：介绍计算机科学的轮廓及应用，说明人工智能的本质是数学表征的计算过程，其实现却是依赖计算机科学的支撑。所以本章主要展示计算机科学与人工智能的学科相关性和依赖性。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.1

计算机科学的发展

1.1.1

什么是计算机科学？1.计算机科学的核心算法---是一系列明确的步骤，告诉计算机如何解决特定问题数据结构---是组织存储数据的方式2.计算机科学的五大支柱①理论与数学基础②计算机系统③编程与软件开发④人工智能⑤应用领域3.计算机科学能解决什么问题----举例说明①社交网络如何能为十亿用户推荐朋友？解决大数据处理问题；②如何保护网上银行交易不被黑客攻击？解决网络安全问题；机器人如何规划最优路径避开障碍物？解决人工智能问题；③如何模拟气候变化对地球的影响？解决高性能计算问题。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

4.计算机科学的思维方式①分解：将大问题拆解为小问题②抽象：忽略细节，关注核心概念③建模：找出相似问题并给出解决方案④算法设计：创建逐步解决问题的步骤。[案例1-1]中的"哈希表"你知道是什么？[案例1-2]的例子，你可以举一个你熟悉的类似例子吗？讨论数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.1.2

计算机的进化史：从算盘到人工智能

1.计算工具发展（公元前—19世纪）数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

2.电子计算机的诞生（1930年—1940年）数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

3.编程语言与软件革命（1950年—1960年）（1）

编程语言的发展

①从机器逻辑到人类逻辑（1940年–1950年）②结构化与通用性（1960年–1970年）

③面向对象与封装（1980年–1990年）

④生产力革命与多元化（2000年–现今）

（2）软件革命：从工具到生态的范式跃迁

软件革命经历的三次关键范式跃迁：工具化--从个体创造到通用解决方案商业化--软件巨头的崛起与国产突围生态化--开源、云与AI驱动的协同网络你对华为软件知道多少？通过案例1-3到1-6中提到的软件，你的体会是？讨论数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

软件的革命史始终围绕一个核心命题：如何将人类意图转化为可扩展的数字解决方案？当现代软件系统已能通过AI生成代码、通过AutoML自动优化模型时，这场革命或许正在逼近奇点——软件不再仅是人类的工具，而逐渐成为具有自主性的“数字物种”。这一趋势下，软件开发的伦理与架构设计，将成为下一代革命的关键战场。[案例1-4]两个国产软件案例：①由中国国防科大研制的首款国产操作系统：银河麒麟操作系统（2002年），用于国防等高安全领域，打破了国外垄断；②2000年发表的达梦数据库，这是国内首个自主关系型数据库系统，用于金融、政务等关键领域。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

[案例1-6]：华为鸿蒙（HarmonyOS）的颠覆性设计。①微内核架构：不同于Android的宏内核，鸿蒙的分布式设计可实现手机、汽车、家电的无缝协同，响应速度提升40%；②开源策略：OpenHarmony项目吸引润和软件、美的等企业加入，截至2023年装机量已超7亿，成为全球第三大移动操作系统；③应对制裁的韧性：在一些技术封锁环境下，鸿蒙通过自研方舟编译器、HMS生态（替代Google服务）实现了“去安卓化”。21世纪的软件生态由开源与云计算驱动，中国厂商从参与者逐渐成为规则制定者。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

4.个人计算机与互联网（1970年—1990年）（1）个人计算机的革命性发展（1970-1980）（2）PC机操作系统与产业生态的形成（1980-1985）（3）互联网的奠基与发展（1969-1990）（4）技术融合与市场准备（1985-1990）[案例1-7]：1983年，中国电子部推出"长城0520"计算机，这是中国第一款IBMPC兼容机；1985年，联想集团前身成立，开始自主研发汉卡等产品，在兼容机体系、商业软件方面都迈出了新的步伐。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

5.移动计算与人工智能时代（2000年—至今）（1）移动计算革命（2000-2010）（2）云计算与大数据（2010-2015）（3）人工智能爆发（2015至今）数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.1.3

计算机科学的应用1.基础应用领域(1)数据处理与决策支持(2)计算机网络与互联网（3）嵌入式系统与自动化（4）人工智能互联网支持的远程会议

计算机网络支持的信息化战场[案例1-8]：我国大疆创新（DJI）是全球无人机行业的领军企业，早期专注于飞行控制系统研发。其首款成熟消费级无人机Phantom1于2013年1月正式发布，其核心部件就是飞控芯片等，2015年Phantom3首次集成了视觉定位系统，计算机视觉技术开始深度应用。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.1.3

计算机科学的应用2.跨学科应用（1）生物医学（2）

金融经济（3）

环境科学（4）社会科学（5）

艺术与设计[案例1-11]：著名的《太空歌剧院》就是采用AI绘画工具MidJourney完成的，运用扩散模型的潜在空间生成技术，结合CLIP语义引导和超分辨率重建算法，实现文本到图像的AI艺术创作，获得了2022年科罗拉多州艺术比赛数字类别的首奖，引发了艺术范式革新。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.1.3

计算机科学的应用3.社会服务（1）智慧医疗与健康管理（2）教育公平与个性化学习（3）智慧城市与公共安全（4）环保与可持续发展数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.2

人工智能与计算实现

1.2.1

人工智能应用1.生活服务类应用2.产业升级类应用3.科学研究类应用[案例1-23]：华为ADS高阶自动驾驶，搭载MDC计算平台+激光雷达，实现L4级城区导航，路测里程超2000万公里。生活服务类应用--无人驾驶华为高阶智能驾驶系统[案例1-27]：隆平高科的AI育种，基于基因组大数据与深度学习，预测水稻高产基因组合，育种周期缩短50%，亩产提升15%+。该技术入选"十三五"国家科技重大专项，服务杂交水稻全球化推广。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.2

人工智能与计算实现

1.2.1

人工智能应用1.大模型到底有多大？目前主流大模型与Transformer的基本参数模型名称发布年份参数量核心功能与特点计算本质Transformer2017约

0.1亿基础架构，支持Seq2Seq任务（如翻译）自注意力机制，并行计算优化GPT-320201750亿通用文本生成、问答、代码生成等千亿级浮点运算，依赖超大规模数据GPT-42023约1.8万亿多模态理解（如：文本+图像），推理能力增强算力需求指数增长，训练成本高DeepSeek2023推测千亿级中文优化，长文本处理针对垂直领域的高效计算优化大模型为什么需要这么多参数呢？

机器之所以可以智能，是因为有大模型，而大模型的“聪明”本质是暴力计算堆出来的数学魔法——每一次回答都要发动千亿参数像多米诺骨牌一样连环计算，背后是算力、算法、硬件的极限协作。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

2.大模型的计算实现什么又是训练？为什么要训练呢？AI训练就像小学生刷题升级：①发习题册：给AI100万道「1+1=2」、「3×5=15」这样的例题（训练数据）②闭卷考试：AI自己尝试计算（前向推理），结果常出错「2+2=5」③老师批改：系统标出错误，逼AI修改「脑回路」（反向传播调整参数）④成为学霸：经过数万亿次订正，AI终于看到「9×9」就能秒答「81」

这个过程本质上就是通过暴力刷题形成条件反射，把世界规律烙进参数里。再专业一点说，就是通过海量计算“硬记”规律，把数据压缩成神经网络的参数。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

1.3应用实例：智能手机中的计算机科学1.3.1华为Mate70Pro+智能手机简介1.3.2Mate70Pro+中的计算机技术（1）异构计算架构（计算层）（2）多模态感知系统技术解析（3）分布式计算框架手机的功能及智能从底层是来自于多模态算法的全栈协同华为Mate70Pro+搭载的鸿蒙4.0分布式计算框架，其核心技术实现可概括为以下四个关键阶段，每个阶段均体现计算机科学的深度融合。数字化实验项目实践综合实训人工智能导论第一章

人工智能与计算机科学导论

[拓展学习]无处不在的嵌入式计算机请查阅资料，并回答以下问题：（1）嵌入式计算机是如何实现“嵌入”？分别从硬件和软件的角度说明。（2）嵌入式计算机系统由哪几个层次组成？分别是什