人工智能已经渗透到我们生活、学习和工作的方方面面，它必将对我们的未来产生持久而深远的影响。在智能时代，认识、理解、使用和掌握智能技术将成为人们的基本需求，学习智能技术也是启迪创新思想的有效途径。
　　本套人工智能教程，将带领同学们踏上探索人工智能的奇趣旅程。愿这段旅程在带来知识和乐趣的同时，能够帮助大家打开思想之门，释放天性，从而充满信心地去迎接炫目的智能未来。
　　《人工智能（初中版）》从人工智能的发展与应用，数据、算力和算法，监督学习，非监督学习，人工神经网络及对人工智能的思考等方面对人工智能进行了初步讲解。
　　通过《人工智能（初中版）》的学习，初中生能够了解人工智能相关知识和技术，激发对人工智能的兴趣。
　　《人工智能（初中版）》案例、项目难易适中，与学生实际生活联系紧密，与其他学科知识适度融合，让学生能够在实践中体验创造的乐趣。
　　《人工智能（初中版）》适合初中学生阅读使用，并可作为初中生人工智能入门教材。

　　樊磊，博士，首都师范大学教育学院教授。曾参与信息技术课程标准制定工作，编写多种中小学信息学科相关教材和培训用书，发表研究论文70余篇，编写大学及研究生教材4种，翻译专著1部。作为中小学信息技术课程全而重构和人工智能课程普及的积极推动者和实践者，提出的信息技术和人工智能课程实施方案具有广泛影响。
　　
　　梁森山，清华大学物理系硕士研究生毕业，教育部教育装备研究与发展中心副研究员。主要从事STEAM教育、创客教商、VR与3D教育、信息化教育装备等研究工作。曾主持编写《VR与3D教育蓝皮书（2017-2018）》《中国创客教育蓝皮书（基础教育版）》，担任国家新闻出版署“十三五”国家重点图书出版规划项目“创客教育”丛书总主编。

目　录

第1 单元　引人入胜——人工智能的故事

第1 课　遍地开花：人工智能与生活… ………………………… 2

项目实现　人工智能项目体验——聊天机器人 ………… 5

第2 课　日新月异：人工智能的发展… ………………………… 6

第3 课　发人深省：人工智能是否足够智能… ………………… 13

第2 单元　三足鼎立——人工智能三要素

第1 课　万世基石：数据… ……………………………………… 22

第2 课　聚沙成塔：数据处理… ………………………………… 28

项目实现　探究课桌表面光照强度的变化——图形化

　　　　　编程实现 ……………………………………… 33

第3 课　构建高楼：算法和程序语言… ………………………… 36

项目实现　探究课桌表面光照强度的变化——代码

　　　　　编程实现 ……………………………………… 43

VI　人工智能（初中版）

第3 单元　我教你学——监督学习

第1 课　AI 预测家………………………………………………… 48

项目实现　预测考试成绩 ………………………………… 50

第2 课　分类小能手… …………………………………………… 53

项目实现　“剪刀石头布”猜猜猜 ………………………… 59

第4 单元　自学成才——非监督学习

第1 课　物以类聚… ……………………………………………… 66

项目实现　文章类型分类 ………………………………… 69

第2 课　给数据瘦身… …………………………………………… 75

项目实现　鸢尾花的种类划分 …………………………… 78

第5 单元　最强大脑——深度学习

第1 课　机器的大脑… …………………………………………… 84

第2 课　神经网络的构造… ……………………………………… 88

第3 课　建网好帮手：框架… …………………………………… 92

项目实现　用机器识别手写数字 ………………………… 96

第6 单元　居安思危——影响与应对策略

第1 课　人工智能的影响… …………………………………… 106

第2 课　人工智能的安全防范策略… ………………………… 112

　　前　言
　　习近平总书记于2019 年5 月16 日在给国际人工智能与教育大会的贺信中指出：“人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，正深刻改变着人们的生产、生活、学习方式，推动人类社会迎来人机协同、跨界融合、共创分享的智能时代。把握全球人工智能发展态势，找准突破口和主攻方向，培养大批具有创新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。”2017 年7 月8 日，国务院发布了《新一代人工智能发展规划》。新一代人工智能除了继续用计算机模拟人的智能行为之外，还包括用更综合的信息系统( 如互联网、大数据、云计算等) 去探索更大、更复杂系统的行为，如制造系统、城市系统、交通系统等的智能化运行和发展。《新一代人工智能发展规划》还要求在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励广大科技工作者投身人工智能的科普与推广。
　　自1950 年图灵发表《计算机器与智能》以来，人类探索人工智能的大门便已悄然打开。在如今这个信息时代，随着计算机技术和互联网的发展，人工智能技术正在迅速崛起，不断地渗入生产、生活的方方面面，人脸支付、语音导航、智能翻译等人工智能应用层出不穷。未来，人工智能会与我们的生活息息相关，会成为引领未来的战略性技术，成为社会和经济发展的重要推动力。同学们，如今你们正处于新一代人工智能的浪潮中，你们感受到了吗？面对风起云涌的时代洪流，我们需要做的是正确认识、激流勇进，在这惊涛骇浪中，牢牢把握正确的方向和机会，积极主动地上下求索。
　　本书共分为六个单元。第1 单元介绍人工智能的发展、应用与思考。第2单元介绍人工智能的“三驾马车”——数据、算力和算法，数据的定义及处理数据的方法，编程语言Python。第3 单元介绍利用监督学习的方法解决人工智能预测和分类问题，其中包括预测问题的算法——线性回归和非线性回归，分IV　人工智能（初中版）
　　类问题的算法——决策树和k 近邻算法。第4 单元介绍利用非监督学习的方法做聚类和数据降维，其中包括聚类的算法——k 均值算法，维度灾难问题及其解决方法——数据降维。第5 单元介绍人工神经网络的构造和相关算法，深度学习的框架， 以便大家从里到外认识深度学习。第6 单元对人工智能的影响和安全防范策略进行了剖析与思考，提醒大家正确看待人工智能的发展。
　　通过本书的学习，我们可以游历人工智能的历史长河，了解人工智能的潮起潮落；可以亲历各种人工智能案例项目，动手编程，了解人工智能背后的奥秘和原理；还可以学会用辩证的观点正确对待这一新兴技术，让其真正服务于生产、生活。在了解必要的基础知识的同时，鼓励同学们发挥想象力和创造力，设计出有自己想法和特色的人工智能作品，并在这一个过程中体验创造的乐趣。为了更好地掌握人工智能的相关知识，在学习时，同学们需要注意以下几点：
　　（1）夯实基础知识。认真学习人工智能的基本概念和原理，才能对人工智能技术有深刻理解和全面的认识，为后面的技术应用打好基础。
　　（2）勤于思考，擅于实践。书中安排了相应的项目实现，同学们要利用已习得的知识，把它们迁移转化到具体的实际应用中，在动手操作中进一步理解每个知识点。
　　（3）积极探索，团队合作。人工智能这一名词及其背后的原理，对同学们来说都比较新颖，可能会出现理解困难或难以接受的情况。在学习时，应该积极主动地思考和发问，大胆请教，有积极探究和锲而不舍的精神，不断地取得进步。此外，在学习过程中，许多实践活动都需要分组完成，同学们应该在教师的指导下做好分工，发扬团队合作的精神，又好又快地完成任务。同学们，让我们一起走入神奇的人工智能世界，探索其中奇妙无比的技术原理，一起感受人工智能的独特魅力，收获满满的惊喜吧!
　　编　者
　　2020 年3 月
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