前.言 Foreword 人工智能是一门既古老又年轻的科学。早在2000多年前，那些充满智慧和理想主义的先哲们就已经梦想着制造出聪明的机器来帮助人类，然而真正的智能机器直到最近才走进我们的生活。例如，AlphaGO，它曾经击败过人类顶级棋手，创造了历史；ChatGPT，它可以和人类流畅地对话，写出精彩的文章；AlphaFold，它可以帮助科学家们解析蛋白质的结构，极大推动了生物学和医学的发展。今天，人工智能技术已经渗透到我们生活的方方面面，小到刷脸支付，大到飞船上天，人工智能的身影无处不在。可以预期，未来人工智能的影响会更加深远，不仅在听、说、读、写等传统智能领域大显身手，还将与金融、军事、科研等众多领域深度融合，为世界带来翻天覆地的变化。因此，学习人工智能已经成为全民需求，也是国家的政策导向。 本书面向高等教育阶段的人工智能通识教育。与专业教育相比，通识教育的目标并不是学习复杂的专业知识，而是一门学科的基础概念和基础思维方式。具体而言，高等教育阶段的人工智能通识教育具有如下特点：（1）学生的专业背景多样化，大多数学生渴望人工智能知识，但并不需要学习具体算法，也不需要编写程序；（2）学生的知识层次、思维能力都很高，善于思考、勤于思考；（3）学生希望将人工智能与本专业结合，对自己未来就业或深造起到积极作用。基于这些特点，我们可以确定以下人工智能通识教育的目标和课程内容设计。 1.建立人工智能的基础概念和知识框架 通识教育面向的是具有不同专业背景的学生，他们的知识基础和学习目标各不相同。这就要求通识教育要提炼出人工智能领域的核心和共性内容，以便所有专业的学生都能从中受益。这些核心和共性的内容不是具体的技术或方法，而是这门学科的基本概念和知识体系。为此，本书的第一篇“人工智能概述”回顾了人工智能的思想根源和发展历程，确立了人工智能“用计算模拟思维”的基础概念，明确了人工智能与计算机、自动化等学科的区别和联系，讨论了人工智能作为基础工具融入各门学科的发展趋势。本书的第二篇“人工智能基础”从技术的角度介绍了人工智能的各种实现方法，既包括深度学习、大模型等前沿技术，也包括传统方法，为读者构建了完整的人工智能知识体系。 通过这些内容的学习，读者可以理解和掌握人工智能有别于其它学科的独有的思维方式，具体包括： ..模拟和借鉴人类解决问题的过程，但不刻意追求复现，以寻找更高效的解决方案； ..利用计算机的高速计算能力，通过简单的计算过程解决复杂问题； ..从数据中总结规律，实现自主学习； ..将领域知识与数据紧密结合； ..承认现实问题的复杂性，并重视实验验证。 掌握了这些思维方式，不仅可以加深对人工智能算法和工具的理解，还可以将其应用到自己的专业学习和科研中，培养基础的创新能力。 2.解析人工智能技术，破除迷信和焦虑 人工智能通识教育的一个重要使命是建立对人工智能的正确认知。随着人工智能技术的快速发展，迷信和焦虑情绪逐渐滋生，过度乐观和过度悲观的情绪也在蔓延。这些认知的背后是对人工智能技术本身的不理解。本书的第三篇“人工智能应用”专门设计为技术解密篇，选择了一些常见的人工智能应用实例，并讨论了它们背后的实现方法。这些讨论关注基础原理，不涉及技术细节，以确保不同背景的读者都能理解。通过这种实例学习，学生不仅可以加深对人工智能基础思维方法的理解，还可以了解常见的人工智能技术，破除迷信，缓解焦虑。 3.引导人工智能的跨学科创新应用 人工智能是跨学科交叉融合的典范，通识教育应把这种交叉共融作为重点。目前人工智能在生物、天文、医疗、数学、艺术等众多领域产生了广泛而深远的影响，正在引领一场新的技术革命。无论学生学习哪个领域，都需要接受这场变革的洗礼。因此，本书的第四篇“人工智能前沿”重点讨论了人工智能在各个基础学科中的应用。通过这些内容的学习，不同专业背景的学生都能找到自己熟悉的故事，感受到人工智能在自己领域内的突破；同时也可以了解其他学科的发展现状，拓展视野，增进学科交流。 4.培养正确的人工智能价值观，激发社会责任感 与专业教育相比，通识教育应该承担更多的社会责任，展现人文关怀。对于人工智能而言，其发展方向、社会影响、道德伦理和法律责任等都是当前讨论的热点，也是青年学生感兴趣的话题。本书的许多章节都涉及了这些讨论，如第9节专门讨论人工智能风险，第20节讨论了深度学习面临的挑战，在人脸识别、声纹识别、商品推荐、AI鉴伪等节都有关于人工智能风险的内容。我们鼓励青年学生从自己的专业背景出发，对这些问题进行讨论，激发社会责任感，认识到AI向善的重要意义。 5.培训人工智能应用技能，养成跨学科合作习惯 人工智能是一门实践科学，但这种实践在通识教育和专业教育中是不同的。通识教育不要求掌握人工智能专业的算法能力和代码能力，而应该从每个学生的专业角度出发，学习如何使用人工智能工具，如何将人工智能应用于本专业中，如何参与人工智能的跨学科合作。 为此，本书在“思考与讨论”栏目中设计了一些实践内容供教师选用。这些实践内容只有少部分涉及人工智能专业技术内容，大部分是关于人工智能工具的使用和人工智能社会影响的讨论，以及跨学科合作解决具体问题的研讨活动。例如，“人工智能与材料”一节的实践内容是组织跨学科研讨小组，总结GNoME自动材料合成系统的技术内容、经济前景、社会影响、法律风险，并讨论其在我国的落地方案。这样的设计可以让不同学科背景的学生都参与进来，完成协作式实践演练，为将来参与我国的智能社会建设做好准备。读者可以访问本书的官方网址下载实践手册，获取实践内容的详细指导。 本书主要适用于大学本科、职业院校学生的人工智能通识课，也可以作为人工智能初学者的入门读物。为了让不同专业背景的学生都能轻松学习，本书采用图文结合的方式，以图片为主，辅以少量解释性文字，减轻阅读压力。同时，每一节都提供了视频资源，帮助读者加深理解。本书还配套了丰富的在线资源，包括扩展阅读资料、基础论文、源代码等，供有兴趣的读者深入学习。本书还配套了教学课件，教师可以根据需要进行修改，形成自己的特色课程。 限于编者本身知识，书中难免有不足之处，恳请广大读者批评、指正。 编 者 2024年9月 viii 人工智能通识 ix 前.言 扫描二维码获取在线资源
