人工智能基础与应用PPT完整全套教学课件.pptx

1、1第1章人工智能概述人工智能基础与应用（微课版）第1章人工智能概述2第1章人工智能概述重点A KEY知识了解人工智能了解深度学习人工智能发展现状人工智能机器学习框架怎样学习人工智能3第1章人工智能概述内容CONTENTS导航了解深度学习了解人工智能人工智能发展现状人工智能机器学习框架怎样学习人工智能4第1章人工智能概述1.1了解人工智能1人脸识别目前，手机屏幕解锁、支付宝的脸部ID支付、门禁闸机、企业考勤、金融开户等都在使用人脸识别技术。人脸识别还可以对人的眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴以及轮廓等关键点进行检测，在解锁或支付过程中，找到眼睛的关键点后可以识别眼睛是否为睁开的状态，如果闭着眼睛就不能解锁

2、手机屏幕。5第1章人工智能概述1.1了解人工智能现在几百元钱就可以买到一个能够对话、播放音乐的智能音箱，智能音箱在联网之后可以对用户说的话进行语音识别，并对其内容进行语义理解，最后将要回应的答案一方面通过语音合成反馈给用户，另一方面针对用户的需求或者要求的动作进行执行，如听歌等。当然，手机的语音助手也可以有相同的功能，如Siri、小爱同学等。2智能音箱6第1章人工智能概述1.1了解人工智能在日常学习或者工作中，人们经常会有一些单词不认识或者要把某句话翻译成英语，目前借助软件或者网页就可以实现中英文互译。这里举一个例子，当翻译“我在周日看了一本书”的时候，人工翻译可以很好地翻译出“Ireadab

3、ookonSunday”，但是对于机器而言，它有着不同的翻译结果，首先就是一词多义的问题，如“看”这个词，可以翻译为“look”“watch”“read”等，其次就是语序问题，“在周日”这样的时间状语一般习惯放在句子后面，在翻译时需要做到“信、达、雅”，现在基于深度学习的翻译基本上可以做到“信、达”。基于深度学习的百度翻译结果如图1-1所示。3机器翻译7第1章人工智能概述1.1了解人工智能百度百科对无人驾驶汽车给出的定义是“无人驾驶汽车是智能汽车的一种，也称为轮式移动机器人，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目的”。无人驾驶汽车是一项集合了自动控制、人工智能、传感器技术等

4、多项技术的高度发展的产物。目前，我国的百度公司、清华大学都在致力于无人驾驶汽车的研发。人工智能已经在多个方面融入人们的日常生活中，并给人们带来了诸多便利。简言之，人工智能就是通过一些科学的计算方法，让机器做一些人类能够做的事情，例如，人类的视觉目标认知、图像识别，人类的听觉语音识别，人类的思考对图像的分析、对语言中语义的分析、理解以及回答等。4无人驾驶8第1章人工智能概述内容CONTENTS导航了解深度学习了解人工智能人工智能发展现状人工智能机器学习框架怎样学习人工智能9第1章人工智能概述1.2了解深度学习在了解深度学习之前，需要对它和人工智能之间的关系进行了解与分析，人工智能与深度学习的关系

5、如图1-2所示。10第1章人工智能概述1.2了解深度学习卡内基梅隆大学（CarnegieMellonUniversity）的汤姆迈克尔米切尔（TomMichaelMitchell）教授在Machinelearning一书中对机器学习给出了比较专业的定义，即“如果一个程序在任务T上，随着经验E的增加，效果P也可以随之增加，则称这个程序可以从经验中学习”。通俗地讲，就是如果机器学习算法（一个程序）要实现一个预测、分类问题（任务T），那么需要对数据（经验E）进行分析，如果数据越多，最后实现预测、分类时的准确率（效果P）越高，那么就称这个机器学习算法可以从数据中学习。11第1章人工智能概述1.2了解深

6、度学习深度学习是机器学习的一个分支，深度学习和机器学习的实现过程如图1-3所示。12第1章人工智能概述1.2了解深度学习深度学习这个词，除了从传统机器学习那里继承了“学习”之外，“深度”是其区别于其他方法的特征之一。在人工智能中，深度学习是人工神经网络或者深层神经网络的代名词，“深度”指的是神经网络的网络层次，最基本的神经网络结构如图1-4所示。13第1章人工智能概述1.2了解深度学习在21世纪前，深度神经网络由于受到计算力、数据量以及算法的限制，一直没有很好的表现，当时传统机器学习的表现要好于神经网络，如支持向量机（SupportVectorMachine，SVM）。步入21世纪，随着计算机

7、性能的不断提高，大数据、云计算以及各种专用于计算的芯片的出现与普及，计算力以及数据量不再像之前那样限制神经网络的发展。在2012年的大规模视觉识别挑战赛（ImageNetLargeScaleVisualRecognitionChallenge，ILSVRC）中，辛顿（Hinton）和他的学生克里泽夫斯基（AlexKrizhevsky）设计的深度学习网络AlexNet获得了冠军；到2015年，深度学习在图像分类方面的错误率已经低于人工标注的错误率；现在，深度学习被广泛应用于各个方向并取得了非常好的效果。14第1章人工智能概述内容CONTENTS导航了解深度学习了解人工智能人工智能发展现状人工智能

8、机器学习框架怎样学习人工智能15第1章人工智能概述1.3人工智能发展现状在竞赛领域，在ILSVRC的图像分类比赛中，2012年，AlexNet网络（一个7层的卷积神经网络）将图像分类的错误率从2011年的26%下降到16%。在实际应用中，人工智能在语音识别、语音合成上取得了非常瞩目的结果。人工智能已经被运用于农业上，2017年，蓝河公司（BlueRiver）的喷药机器人开始使用计算机视觉来识别需要肥料的植物。在医学上，谷歌大脑与Alphabet旗下子公司Verily联合开发了一款能用来诊断乳腺癌的人工智能产品。在电商领域，阿里的人工智能系统“鲁班”在2017年的“双十一”网络促销日期间，根据用

9、户行为和偏好，智能地为手机淘宝自动生成了4亿张不重复的海报。2017年，百度的小度机器人在最强大脑中战胜人类“脑王”，搜狗的问答机器人汪仔在一站到底中战胜哈佛女学霸。同年，百度CEO李彦宏将无人驾驶平台Apollo汽车开上五环。2018年，Google的Duplex代替人类自动接打电话、预订餐厅。2019年的央视网络春晚，人工智能主播“小小撒”携手撒贝宁，一同亮相舞台。现在，人工智能在动作识别、人脸识别、人体姿态估计、图像分类、图像生成、图像分割等16第1章人工智能概述内容CONTENTS导航了解深度学习了解人工智能人工智能发展现状人工智能机器学习框架怎样学习人工智能17第1章人工智能概述1.

10、4.1机器学习框架简介常用的人工智能机器学习的基本框架包括TensorFlow、PaddlePaddle、Caffe、PyTorch、MXNet等，其说明如表1-1所示。框架名称接口语言是否开源TensorFlowC+、Java、Python、Go、C#等开源PaddlePaddleC+、Python开源CaffeC+、MATLAB、Python开源PyTorchC+、Python等开源MXNetC+、Python、R、MATLAB等开源表1-1 TensorFlow、PaddlePaddle、Caffe、PyTorch、MXNet框架的说明18第1章人工智能概述1.4.2TensorFlow

11、TensorFlow的关注数在GitHub上表示为star的数量，截止到2019年6月，已经超过了12万，不同框架的star数如图1-5所示。该社区还对TensorFlow的六大优势做了重点阐述。（1）高度的灵活性。（2）可移植性（Portability）。（3）将科研和产品联系在一起。（4）自动求微分。（5）多语言支持。（6）性能最优化。19第1章人工智能概述1.4.3PaddlePaddlePaddlePaddle是百度推出的开源深度学习平台，最初由百度科学家和工程师开发，有着全面、准确的中文使用文档，为国内的开发者建立了友好的生态环境。（4）与产品相连。（3）稳定性。（1）灵活性。（2）

12、高效性。PaddlePaddle支持丰富的神经网络架构和优化算法，易于配置复杂模型为了高效地使用异步计算资源，PaddlePaddle对框架的不同层进行优化，包括计算、存储、架构和通信。PaddlePaddle使利用各种CPU、GPU和机器来加速的训练变得简单。PaddlePaddle通过优化通信可以实现巨大的吞吐量，并可以快速执行。PaddlePaddle的设计也使其易于部署。20第1章人工智能概述内容CONTENTS导航了解深度学习了解人工智能人工智能发展现状人工智能机器学习框架怎样学习人工智能21第1章人工智能概述1.5怎样学习人工智能02OPTION01OPTION03OPTION04

13、OPTION掌握一门编程语言Python是一种高层次的结合了解释性、编译性、互动性的面向对象的脚本语言，它的使用方法非常简单。学会使用一种工具本书选择PyCharm作为工具。PyCharm是一个专门为Python打造的集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE），具有一整套可以帮助用户在使用Python语言开发时提高效率的工具多学习一些论文每年都会有很多关于深度学习的论文发表。在学习初期，需要研读一些入门的网络论文。尝试修改并训练网络对一个初学者而言，修改网络参数（即调参）是一件很困难的事，但是很多开源的网络都可以用自己的数据集去训练。在训练过程中，

14、初学者会对这个网络有更加深刻的认识。22第1章人工智能概述THANKS23第2章Python编程基础人工智能基础与应用（微课版）工业和信息化精品系列教材人工智能技术第2章Python编程基础24第2章Python编程基础重点A KEY知识Python入门开发环境搭建基础语法面向对象第三方库的使用NumPyPandasMatplotlib25第2章Python编程基础内容CONTENTS导航开发环境搭建Python入门基础语法面向对象第三方库的使用26第2章Python编程基础2.1Python入门Python是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。1991年，第一个Py

15、thon编译器诞生。它是由C语言实现的，且能够调用C语言的库文件。从其诞生，Python就已经具有了类、函数、异常处理、包含表和词典的核心数据类型，以及以模块为基础的拓展系统。27第2章Python编程基础内容CONTENTS导航开发环境搭建Python入门基础语法面向对象第三方库的使用28第2章Python编程基础2.2.1安装Python本书搭建基于Windows64位的开发环境。如果要在Linux和MacOS平台搭建Python开发环境，读者可下载源码或者可执行安装程序进行安装。Python3.6.7的下载界面如图所示。29第2章Python编程基础2.2.1安装Python下载Pyth

16、on可执行安装程序后，双击进行安装。弹出“Python3.6.7(64-bit)Setup”向导的“InstallPython3.6.7(64-bit)”界面后，勾选“AddPython3.6toPATH”复选框，单击“Customizeinstallation”选项，如左图所示。接下来弹出“OptionalFeatures”界面，单击“Next”按钮，如右图所示。30第2章Python编程基础2.2.1安装Python在弹出的“AdvancedOptions”界面中，单击“Browse”按钮，选择Python安装路径，在“Customizeinstalllocation”组合框中显示了当前P

17、ython的安装路径，单击“Install”按钮，等待安装完成，如图所示。31第2章Python编程基础2.2.1安装PythonPython安装结束后，出现“Setupwassuccessful”界面，单击“Close”按钮关闭窗口，如图2-5所示。按“Win+R”组合键，打开“运行”对话框，在“打开”文本框中输入“cmd”，单击“确定”按钮，如图2-6所示。32第2章Python编程基础2.2.1安装Python此时出现“命令提示符”窗口，输入“pythonV”，获得当前安装的Python版本，如图2-7所示。直接在“命令提示符”窗口中输入“python”，可以进入Python交互模式，这

18、个功能界面称为交互式解释器。在Python交互式解释器中可以直接输入Python的代码，无须经过保存和编译，按“Enter”键即可得到代码结果。直接输入“2+3”，并按“Enter”键，如果得到运算结果，则证明Python安装成功，如图2-8所示。33第2章Python编程基础2.2.2安装PyCharm在PyCharm官网可以看到PyCharm具有专业版和社区版两个版本，专业版适用于Scientific和WebPython开发，支持HTML、JavaScript和SQL，可以免费试用；社区版可用于纯Python开发，是免费开源的，PyCharm的下载界面如图2-9所示。34第2章Python

19、编程基础2.2.2安装PyCharm进入选择安装路径界面后，单击“Browse”按钮，选择安装路径，在“DestinationFolder”组合框中显示当前PyCharm的安装路径，选择完毕后单击“Next”按钮，如图2-11所示。进入选择安装路径界面后，单击“Browse”按钮，选择安装路径，在“DestinationFolder”组合框中显示当前PyCharm的安装路径，选择完毕后单击“Next”按钮，如图2-11所示。35第2章Python编程基础2.2.2安装PyCharm进入安装选项界面，勾选相应的复选框，单击“Next”按钮，如图2-12所示。进入选择开始菜单文件夹界面，单击“In

20、stall”按钮，如图2-13所示。36第2章Python编程基础2.2.2安装PyCharm安装完成，进入完成PyCharm社区版安装界面，选中相应单选按钮，单击“Finish”按钮，如图所示。等待系统重启，系统重启完成后双击PyCharm图标，进行配置，选择“Donotimportsettings”单选按钮，单击“OK”按钮，如图所示。37第2章Python编程基础2.2.2安装PyCharm此时出现同意协议界面，勾选复选框，单击“Continue”按钮，如图所示。出现是否发送信息界面，单击“SendUsageStatistics”按钮，如图2-17所示。38第2章Python编程基础2.

21、2.2安装PyCharm进入UI主题选择界面，可以选择“Darcula”或“Light”单选按钮，这里选择“Light”单选按钮，单击“Next:Featuredplugins”按钮，如图所示。进入其他插件界面，单击“StartusingPyCharm”按钮完成PyCharm的设置，如图所示。39第2章Python编程基础2.2.3体验PyCharmPyCharm初始化界面如图2-20所示，选择“CreateNewProject”选项。选择路径并单击“Create”按钮，“NewProject”窗口如图2-21所示。40第2章Python编程基础2.2.3体验PyCharm进入项目后，右键单击

22、“basis”选项，在弹出的快捷菜单中选择“New”“PythonFile”命令，如图2-22所示。在弹出对话框的“Name”文本框中输入“print”，单击“OK”按钮创建Python文件，如图2-23所示。41第2章Python编程基础2.2.3体验PyCharmPython中的保留关键字如表所示。Python的特点之一是依靠“Enter”键换行以及通过缩进来判断代码段，所以在编写Python代码时不需要添加分号，虽然添加分号后程序不会报错，但Python不提倡这种操作。andexecnotassertfinallyorbreakforpassclassfromprintcontinueg

23、lobalraisedefifreturndelimporttryelifinwhileelseiswithexceptlambdayield42第2章Python编程基础内容CONTENTS导航开发环境搭建Python入门基础语法面向对象第三方库的使用43第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出在Python3中，input()函数会把用户输入的任何值都作为字符串来对待。【例2-1】在basis目录下新建文件，命名为input.py，在PyCharm中学习使用input()函数输入和使用print()函数输出。variable=input()print(variable)在“Run

24、”窗口中输入任意字符，如输入“helloworld”，按“Enter”键，就会输出“helloworld”，结果如图2-30所示。1基本输入44第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出在例2-1中使用print()函数完成输出时，直接将输出内容放在print()函数的括号中。接下来将“helloworld”赋值给一个变量variable，然后进行输出。这里将之前的代码注释掉【例2-2】将字符串赋值给一个变量，在PyCharm中编写代码。variable=helloworldprint(variable)变量赋值输出结果如图所示。2基本输出45第2章Python编程基础2.3.1基本输

25、入和输出print(Iwanttosay%s,youcansay%s%(helloworld,helloworld)格式化输出的结果如图所示。【例2-3】将变量输出的代码注释，在PyCharm中写入格式化输出代码。46第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出表2-2Python中的%操作符符号描述%c格式化字符及其ASCII码%s格式化字符串%d格式化整数%u格式化无符号整数%o格式化无符号八进制数%x格式化无符号十六进制数%X格式化无符号十六进制数（大写）符号描述%f格式化浮点数字，可指定小数点后的位数%e用科学计数法格式化浮点数%E作用同%e，用科学计数法格式化浮点数%g%f和%

26、e的简写%G%f和%e的简写%p用十六进制数格式化变量的地址47第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出print(Iwanttosay%s,youcansay%s%(helloworld,helloworld)语法错误结果如图2-33所示。【例2-4】直接在print()的引号内多加一对双引号，在PyCharm中尝试复现该错误。48第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出print(Iwanttosay%s,youcansay%s%(helloworld,helloworld)转义标识输出结果如图2-34所示。【例2-5】在PyCharm中为字符串添加转义字符，输出引号。

27、49第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出#不设置指定位置，按默认顺序print(Iwanttosay,youcansay.format(hello,world,hello,world)在使用format()函数格式化时，print()函数输出的字符串中的“”会按format()函数中参数的默认顺序填充，每一个“”对应着一个参数，默认顺序输出结果如图2-35所示。图2-35 默认顺序输出结果【例2-6】在PyCharm中用format()函数进行输出操作，将之前的代码注释掉。50第2章Python编程基础2.3.1基本输入和输出#指定位置，按位置顺序输出print(Iwanttos

28、ay01,youcansay01.format(hello,world)按指定位置输出的结果如图2-36所示。【例2-7】如果“”中有参数，则Python会按format()函数指定的位置填充并输出字符串，在PyCharm中尝试输入代码。51第2章Python编程基础2.3.2Python运算符Python语言支持算术运算符、比较运算符、赋值运算符、位运算符、逻辑运算符、成员运算符、身份运算符。（1）算术运算符表2-3 Python算术运算符及其描述1Python运算符类型运算符描述+加法运算-减法运算*乘法运算/除法运算运算符描述%取余运算/取整运算（向下取整）*乘幂运算52第2章Pytho

29、n编程基础2.3.2Python运算符operand_a=5operand_b=2operand_c=0#加法运算operand_c=operand_a+operand_bprint(+=.format(operand_a,operand_b,operand_c)#减法运算operand_c=operand_a-operand_bprint(-=.format(operand_a,operand_b,operand_c)#乘法运算operand_c=operand_a*operand_bprint(*=.format(operand_a,operand_b,operand_c)#除法运算ope

30、rand_c=operand_a/operand_bprint(/=.format(operand_a,operand_b,operand_c)#取余运算operand_c=operand_a%operand_bprint(%=.format(operand_a,operand_b,operand_c)#取整运算operand_c=operand_a/operand_bprint(/=.format(operand_a,operand_b,operand_c)#乘幂运算operand_c=operand_a*operand_bprint(*=.format(operand_a,operand_

31、b,operand_c)【例2-8】在了解了算术运算符之后编写实例进行验证，在basis目录下新建文件，命名为arithmetic.py，学习Python算术运算符的操作，在PyCharm中编写代码。53第2章Python编程基础2.3.2Python运算符表2-4 Python比较运算符及其描述（2）比较运算符运算符描述=等于号，比较是否相等，相等则返回True，否则返回False大于号，比较前者是否大于后者，大于则返回True，否则返回False=大于等于号，比较前者是否大于等于后者，大于等于则返回True，否则返回False?.format(operand_a,operand_b,ope

32、rand_aoperand_b)print(?.format(operand_a,operand_c,operand_aoperand_c)#小于号print(?.format(operand_a,operand_b,operand_aoperand_b)print(?.format(operand_c,operand_a,operand_c=?.format(operand_a,operand_b,operand_a=operand_b)print(=?.format(operand_c,operand_a,operand_c=operand_a)#小于等于号print(=?.format(

33、operand_a,operand_b,operand_a=operand_b)print(=?.format(operand_a,operand_c,operand_a=operand_c)#不等于号print(!=?.format(operand_a,operand_b,operand_a!=operand_b)print(!=?.format(operand_a,operand_c,operand_a!=operand_c)【例2-9】在了解了比较运算符之后编写实例进行验证，在basis目录下新建文件，命名为comparison.py，学习Python比较运算符的操作，在PyCharm中输入代码。55第2章Python编程基础2.3.2Python运算符比较运算过程得到的结果如图2-38所示。56第2章Python编程基础2.3.2Python运算符表2-5 Python赋值运算符及