深入浅出人工智能

本书旨在帮助读者从零开始学习人工智能，掌握人工智能的原理、技术和应用。 本书共10章，首先是人工智能概述，接着深入浅出地讲解人工智能的原理和技术，包括数据预处理、数据可视化、机器学习基础、监督学习模型、无监督学习算法、神经网络基础、训练深度神经网络等内容，最后讲解人工智能的应用，包括智能对话和知识图谱。 本书适合想要学习并掌握人工智能技术和应用的零基础读者阅读，还可以作为高等院校人工智能相关课程的教材或辅导书。

本书深入浅出地讲解人工智能的原理、技术和应用方法。本书从基础概念入手，逐步深入到前沿算法与实际应用，旨在帮助读者从理论学习到实际操作，系统性地掌握人工智能的相关知识。 本书共10章，首先对人工智能进行概述介绍，其次讲解人工智能的原理和技术，包括数据预处理、数据可视化、机器学习基础、有监督学习模型、无监督学习模型、神经网络基础、训练深度神经网络，最后讲解人工智能的应用，包括智能对话与虚拟主播、知识图谱。

第 1 章 人工智能概述 1 1.1 人工智能的定义 1 1.2 人工智能的发展史 4 1.2.1 “深蓝”战胜人类 4 1.2.2 AlphaGo 5 1.3 人工智能的技术原理 6 1.3.1 机器学习和深度学习 6 1.3.2 机器学习三要素 8 1.4 人工智能的应用方向 9 1.4.1 深度学习应用的四大领域 9 1.4.2 人工智能的应用场景 …10 1.5 人工智能的影响 …13 1.5.1 人类和机器 …14 1.5.2 人工智能对法律的冲击 …14 1.6 人工智能岗位概述 …15 第 2 章 数据预处理 18 2.1 什么是数据预处理 …18 2.1.1 数据处理的流程 …18 2.1.2 数据质量 …18 2.1.3 数据预处理的必要性 …19 2.2 数据清洗 …20 2.2.1 冗余值处理 …20 2.2.2 异常处理 …21 2.2.3 缺失值处理 …22 2.3 特征工程 …24 2.3.1 特征工程的必要性 …24 2.3.2 特征构造 …25 2.3.3 特征筛选 …26 2.3.4 特征编码 …26 2.3.5 数据离散化 …28 2.3.6 数据归一化和数据标准化 …29 第 3 章 数据可视化 30 3.1 数据可视化基础 …30 3.2 数据可视化原则 …34 3.2.1 让数据“说话” …34 3.2.2 尊重事实 …35 3.2.3 适当标注 …36 3.2.4 善用对比 …37 3.2.5 内容重于形式 …37 3.2.6 风格一致 …38 3.3 常用的数据可视化图表 …38 3.3.1 单变量图表 …39 3.3.2 多变量图表 …41 3.3.3 复合图表 …44 3.3.4 高维数据可视化 …46 3.3.5 可视化图表的选择 …48 3.4 数据可视化与人工智能 …49 3.4.1 数据分析与模型选择 …49 3.4.2 模型跟踪 …50 3.4.3 模型理解 …52 3.5 数据可视化与道德的关系 …53 第 4 章 机器学习基础 55 4.1 机器学习基本概念 …55 4.1.1 机器学习的定义 …55 4.1.2 机器学习和人工智能的关系 …56 4.1.3 监督学习和无监督学习 …57 4.1.4 模型、数据和算法 …59 4.2 认识机器学习的经典模型及其应用方法 …62 4.2.1 经典模型概览 …62 4.2.2 模型的难易度曲线 …63 4.2.3 如何应用模型 …64 4.2.4 怎样才算学会了一个模型呢 …66 4.2.5 研发新模型 …67 4.3 模型的生命周期 …67 4.3.1 认识模型的生命周期 …67 4.3.2 数据处理阶段 …68 4.3.3 模型生成阶段 …71 4.3.4 模型使用阶段 …80 4.3.5 人工智能模型的局限性 …82 第 5 章 监督学习模型 83 5.1 监督学习概述 …83 5.2 线性回归模型 …84 5.2.1 线性回归的定义 …84 5.2.2 一元线性回归 …85 5.2.3 使用梯度下降法求解线性回归模型 …88 5.3 处理分类问题 …89 5.3.1 分类任务 …89 5.3.2 能否使用线性回归模型解决分类问题 …90 5.4 逻辑回归模型 …91 5.4.1 逻辑回归模型的原理 …91 5.4.2 使用逻辑回归模型解决多分类问题 …94 5.5 贝叶斯分类器 …94 5.5.1 贝叶斯公式 …94 5.5.2 朴素贝叶斯分类器 …95 5.6 决策树 …98 5.6.1 ID3 算法100 5.6.2 C45 算法 101 5.6.3 CART 算法102 5.6.4 决策树的剪枝 102 5.7 KNN 算法103 第 6 章 无监督学习算法 105 6.1 无监督学习概述 105 6.1.1 监督学习与无监督学习 105 6.1.2 无监督学习的意义 106 6.2 聚类 107 6.2.1 聚类的定义 107 6.2.2 聚类问题中的相似度与距离 108 6.2.3 k 均值算法 109 6.2.4 谱聚类 110 6.3 参数估计 112 6.3.1 高斯分布 113 6.3.2 高斯混合模型 114 6.4 降维 115 6.4.1 降维的意义 115 6.4.2 主成分分析 116 第 7 章 神经网络基础 119 7.1 认识神经网络 119 7.1.1 神经网络的定义 119 7.1.2 训练神经网络 120 7.2 神经网络的历史和推理 120 7.2.1 神经网络的发明 120 7.2.2 神经网络的发展历程 121 7.2.3 神经网络的推理 124 7.3 全连接神经网络 125 7.3.1 全连接神经网络的定义 125 7.3.2 全连接神经网络的推理 128 7.3.3 全连接神经网络的训练 130 7.4 详解神经网络的推理和训练 131 7.4.1 单神经元全连接神经网络 131 7.4.2 双层全连接神经网络 133 7.4.3 梯度消失与梯度爆炸及其解决方法 135 7.4.4 深度神经网络与深度学习 137 7.5 更多类型的神经网络 140 7.5.1 卷积神经网络 140 7.5.2 循环神经网络 141 7.5.3 LSTM 网络 142 7.5.4 GRU 网络 143 7.5.5 注意力机制 143 7.5.6 自注意力机制 144 7.5.7 Transformer 144 7.6 经典的神经网络模型 145 7.6.1 图像处理领域的经典神经网络模型 145 7.6.2 语音处理领域的经典神经网络模型 148 7.6.3 自然语言处理领域的经典神经网络模型 149 7.7 深度学习面临的挑战 150 第 8 章 训练深度神经网络 152 8.1 数据预处理 152 8.1.1 几种常见的数据预处理方式 152 8.1.2 数据预处理对模型训练的影响 154 8.2 权重初始化 156 8.2.1 权重初始化对模型训练的影响 156 8.2.2 对模型进行初始化的方法 156 8.3 模型优化算法 158 8.3.1 梯度下降法 159 8.3.2 动量随机梯度下降法 162 8.3.3 AdaGrad 和 RMSProp 算法 163 8.3.4 Adam 算法 164 8.3.5 不同优化算法的对比 165 8.4 正则化 165 8.4.1 模型的正则化 166 8.4.2 L1/L2 正则化 166 8.4.3 Dropout 167 8.4.4 批标准化 168 8.4.5 正则化方法的选择 170 8.4.6 数据增强 170 8.5 学习率和提前停止 170 8.5.1 学习率对模型训练的影响 170 8.5.2 学习率衰减 171 8.5.3 提前停止 172 8.6 模型训练技巧 173 第 9 章 智能对话 174 9.1 智能对话系统概述 174 9.1.1 认识智能对话系统 174 9.1.2 智能对话系统的类别 175 9.1.3 智能对话系统的技术方向 175 9.1.4 智能对话系统的历史演进 176 9.2 自然语言理解模块 177 9.2.1 自然语言理解模块的作用 177 9.2.2 自然语言理解模块的核心技术 178 9.3 知识库模块 179 9.3.1 FAQ 知识库 179 9.3.2 基于结构化数据库的知识库 180 9.3.3 基于知识图谱的知识库 180 9.4 对话流程管理模块 181 第 10 章 知识图谱 182 10.1 认识知识图谱 182 10.1.1 知识的定义 182 10.1.2 知识图谱的定义 183 10.1.3 知识图谱的直观表示方法 183 10.1.4 知识图谱的作用 184 10.1.5 基于知识图谱的操作 185 10.2 知识图谱的数据模型 185 10.2.1 三元组 185 10.2.2 属性图模型 187 10.3 知识图谱的本体及其影响 189 10.3.1 认识知识图谱的本体 189 10.3.2 知识图谱本体的影响 191 10.4 知识图谱的构建 193 10.4.1 知识抽取 193 10.4.2 结构化数据的知识抽取 194 10.4.3 非结构化数据的知识抽取 195 10.4.4 半结构化数据的知识抽取 198 10.5 知识图谱的存储 198 10.5.1 基于 RDF 的知识图谱存储 198 10.5.2 基于图数据库的知识图谱存储 199 10.5.3 图引擎技术 199 10.6 基于知识图谱的应用 199 10.6.1 智能对话系统的知识库 200 10.6.2 作为检索入口的顶点和边 200 10.6.3 知识图谱对对话流程的支持 200 10.7 构建一个属于自己的知识图谱 202 10.7.1 SmartKG 202 10.7.2 知识图谱模板 202 10.7.3 知识图谱的可视化、知识查找及智能对话 204