为深入贯彻落实党的二十大精神，加快建设数字中国，培养大批具备计算思维和人工智能素养的创新人才，本书以培养学生的计算思维能力和人工智能应用能力为目标，力求做到理论与实践相结合、知识与能力并重、科技与人文交融，为读者提供一本内容丰富、结构清晰、实用性强的人工智能通识课教材。
本书分为理论篇和实践篇两大部分，共8章。第1～6章为理论篇，从计算思维与计算机系统基础入手，详细介绍了计算机系统基础知识，深入探讨了人工智能的概念、核心要素、关键技术及应用，帮助学习者全面掌握人工智能的理论体系。此外，还涵盖了分布式计算环境、云计算、大数据、物联网、区块链等前沿技术，帮助学习者了解人工智能在当代技术环境中的应用与发展趋势。第7～8章为实践篇，聚焦Python编程实战，通过实验和项目实战逐步引导学习者掌握Python编程技巧，掌握如何利用AI开放平台编程实现文字识别、图像识别等功能；深入探讨AIGC(生成式人工智能)工具的应用，涵盖写作、图表、演示文稿、图像、视频、代码生成等多个领域，结合实际案例，帮助学习者快速上手AIGC工具，提升工作效率。
本书紧跟时代步伐，注重思维训练，强化实践应用，既适合作为高等院校人工智能通识课程的教材，也可作为人工智能爱好者的自学用书。

以培养学生的计算思维能力和人工智能应用能力为目标，力求做到理论与实践相结合、知识与能力并重、科技与人文交融，为读者提供一本内容丰富、结构清晰、实用性强的人工智能通识课教材。

计算思维与人工智能基础以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构。人工智能作为引领未来的战略性技术，正在深刻改变着人类的生产生活方式，推动着社会各领域向智能化方向加速演进。为深入贯彻落实党的二十大精神，加快建设数字中国，培养大批具备计算思维和人工智能素养的创新人才，本书紧密结合社会发展需求，以培养学生的计算思维能力和人工智能应用能力为目标，力求做到理论与实践相结合、知识与能力并重、科技与人文交融，为读者提供一本内容丰富、结构清晰、实用性强的人工智能通识课教材。
本书特色如下。
(1) 紧跟时代步伐，体现最新发展。
本书内容紧跟人工智能技术发展趋势，涵盖了机器学习、深度学习、自然语言处理、计算机视觉等前沿技术，并介绍了生成式人工智能(AIGC)等新兴领域，帮助学生了解人工智能的最新发展动态和应用前景。
(2) 注重思维训练，培养创新能力。
本书以计算思维为主线，引导学生运用抽象、分解、模式识别、算法设计等思维方式分析和解决问题，培养学生的逻辑思维能力、问题解决能力和创新能力。
(3) 强化实践应用，提升动手能力。
本书设计了丰富的实验和案例，引导学生运用Python编程语言和人工智能开放平台进行实践操作，帮助学生将理论知识转化为实践能力，提升学生的动手能力和解决实际问题的能力。
(4) 融入思政元素，培养家国情怀。
本书将社会主义核心价值观、中华优秀传统文化、科技强国战略等思政元素融入教学内容，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，培养学生的家国情怀和社会责任感。
此外，本书中利用思考与探索角色模拟能力拓展与训练等栏目多方位、多角度培养学生工程能力，包括终身学习能力、团队工作和交流能力、社会及企业环境下建造产品的系统能力、具备可持续发展理念的人工智能综合应用能力。
期望本书能助力读者系统地掌握人工智能的基础理论、核心技术以及典型应用；培育学生在人工智能领域的创新思维与实践能力；帮助学生突破传统学科的界限，养成跨学科的思考模式；有力推动学科交叉融合，促进复合型人才的培养。
本书由河北工程大学与中智讯(武汉)科技有限公司联合编写，河北工程大学本科教材建设基金资助出版，河北工程大学信息与电气工程学院领导提供了大量的意见和建议，人工智能通识课课程组的老师赵辉、杨丽(大)、王彬丽、杨丽(小)、张艳丽、楚荣珍、崔继馨，通信工程系的老师贾少锐、张龙也为本书的编写付出了辛勤的劳动，在此表示感谢。编者参阅和引用了大量参考文献，在此对相关作者表示衷心的感谢。
由于作者的水平有限及时间仓促，书中难免存在不足之处，恳请读者批评和指正，以使其更臻完善！

编者2025年3月

计算思维与人工智能基础理论篇
第1章计算思维与计算机系统基础3
1.1计算机技术3
1.1.1计算机的发展3
1.1.2图灵机模型4
1.1.3冯·诺依曼机6
1.1.4计算机的主要特点6
1.1.5计算机的分类7
1.1.6计算机的主要应用8
1.2计算思维9
1.2.1计算思维的概念9
1.2.2计算思维的本质9
1.2.3计算思维的特征10
1.2.4计算思维中的思维方式11
1.3信息在计算机内的表示13
1.3.1常用数制及数制转换13
1.3.2数值信息的表示和处理18
1.3.3字符信息的表示和处理20
1.3.4多媒体信息的表示和处理24
1.4计算机系统基础29
1.4.1计算机系统概述29
1.4.2计算机硬件系统31
1.4.3计算机软件系统40
1.4.4计算机的基本工作原理50
基础知识练习51
能力拓展与训练52第2章人工智能基础53
2.1认识人工智能53
2.1.1人工智能的概念53
2.1.2人工智能的判定图灵测试53
2.2人工智能的发展历程54
2.3人工智能的主流研究学派55
2.4人工智能的三大核心要素57
2.5人工智能前沿技术的发展方向58
2.5.1人工智能前沿技术聚焦方向58
2.5.2人工智能的发展方向AGI59
2.6人工智能的关键技术59
2.6.1机器学习60
2.6.2深度学习64
2.6.3机器视觉69
2.6.4自然语言处理71
2.6.5知识图谱73
2.6.6语音处理77
2.6.7智能机器人79
2.7人工智能在各领域中的应用83
2.7.1智慧工业83
2.7.2智慧医疗86
2.7.3智慧交通88
2.7.4智慧农业91
2.7.5智慧商务93
2.8人工智能伦理96
2.8.1人工智能伦理的发展96
2.8.2发展人工智能对社会的利与弊97
2.8.3人工智能伦理的主要问题98
2.8.4人工智能伦理的典型案例98
2.8.5人工智能伦理规范与职业道德99
基础知识练习100
能力拓展与训练101第3章人工智能之算法思维102
3.1算法的概念102
3.1.1什么是算法102
3.1.2算法的分类103
3.1.3算法的特征104
3.2算法的设计与分析104
3.2.1问题求解的步骤104
3.2.2数学建模105
3.2.3算法的描述106
3.2.4常用的算法设计策略109
3.2.5算法分析116
3.3算法的实现程序设计语言119
3.3.1程序设计语言的分类119
3.3.2语言处理程序120
基础知识练习121
能力拓展与训练122第4章人工智能之程序思维124
4.1认识软件、程序和程序设计124
4.2Python语言概述126
4.2.1Python语言的特点126
4.2.2Python环境搭建127
4.2.3Python的开发环境127
4.3Python语言基础131
4.3.1标识符和关键字131
4.3.2程序的书写规则132
4.3.3基本的输入和输出134
4.4Python的常用数据类型136
4.4.1常量、对象、变量和动态类型化137
4.4.2数字类型138
4.4.3数字类型的运算139
4.4.4布尔类型142
4.4.5字符串类型142
4.4.6字符串类型的运算143
4.5列表、元组、字典和集合144
4.5.1列表144
4.5.2元组148
4.5.3字典和集合148
4.6运算符和表达式149
4.6.1运算符149
4.6.2表达式151
4.7程序控制结构152
4.7.1顺序结构152
4.7.2选择结构153
4.7.3循环结构157
4.8函数与模块163
4.8.1模块的导入和使用164
4.8.2Python标准库165
4.8.3Python第三方库165
4.8.4自定义函数166
4.8.5变量的作用域169
4.9文件169
4.9.1文件的概念与类型169
4.9.2文件的打开和关闭170
4.9.3文件的读写171
基础知识练习173
能力拓展与训练176第5章人工智能之大模型技术应用177
5.1AI大模型技术177
5.1.1AI大模型技术概述177
5.1.2大模型与传统机器学习模型的区别178
5.1.3AI大模型技术对社会的影响与发展趋势178
5.1.4AI大模型的工作原理179
5.1.5我国AI大模型的分类180
5.2生成式人工智能概述182
5.2.1生成式人工智能的定义182
5.2.2AIGC的技术理论简述183
5.2.3AIGC的主要特点184
5.2.4AIGC的发展历程185
5.2.5AIGC的价值185
5.2.6AIGC面临的挑战与发展趋势186
5.3常见的AIGC大模型187
5.3.1综合型大语言模型187
5.3.2图像生成大模型188
5.3.3代码生成大模型189
5.3.4视频生成大模型189
5.4AIGC的应用190
5.4.1写作190
5.4.2生成图表199
5.4.3制作演示文稿205
5.4.4生成图像209
5.4.5生成视频217
5.4.6编写代码222
5.4.7搭建AI智能体225
基础知识练习229
能力拓展与训练229第6章人工智能之分布式计算环境231
6.1互联网231
6.1.1计算机网络概述231
6.1.2局域网234
6.1.3互联网236
6.2云计算242
6.2.1云计算的概念242
6.2.2云计算的特征242
6.2.3云计算的分类243
6.2.4云计算的关键技术245
6.2.5云计算的应用246
6.3大数据248
6.3.1大数据的概念248
6.3.2大数据的特征248
6.3.3大数据的核心技术249
6.3.4大数据应用250
6.4物联网252
6.4.1物联网的概念252
6.4.2物联网的特征253
6.4.3物联网的体系结构253
6.4.4物联网的应用255
6.5区块链258
6.5.1区块链的概念258
6.5.2区块链的特征259
6.5.3区块链的核心技术260
6.5.4区块链的应用263
基础知识练习264
能力拓展与训练265
实践篇
第7章人工智能之Python编程实战269
7.1Python编程基础实战269
一、 实验目标269
二、 实验内容269
7.2Python控制结构270
一、 实验目标270
二、 实验内容271
7.3Python函数和文件的使用272
一、 实验目标272
二、 实验内容272
7.4常用算法设计策略的Python实现274
一、 实验目标274
二、 实验内容274
7.5AI开放平台的使用基础276
一、 实验目标276
二、 预备知识276
三、 实验内容279
7.6在百度开放平台使用Python编程调用API282
一、 实验目标282
二、 实验内容283
7.7在讯飞开放平台使用Python编程调用API286
一、 实验目标286
二、 预备知识286
三、 实验内容287第8章AIGC应用实战290
8.1写作类AIGC工具的应用290
一、 实验目标290
二、 应用案例分析290
三、 项目实战293
8.2图表类AIGC工具的应用293
一、 实验目标293
二、 应用案例分析293
三、 项目实战295
8.3演示文稿类AIGC工具的应用295
一、 实验目标295
二、 应用案例分析295
三、 项目实战297
8.4图像类AIGC工具的应用298
一、 实验目标298
二、 应用案例分析298
三、 项目实战300
8.5视频类AIGC工具的应用300
一、 实验目标300
二、 应用案例分析300
三、 项目实战302
8.6代码类AIGC工具的应用302
一、 实验目标302
二、 应用案例分析302
三、 项目实战304
8.7AI智能体搭建305
一、 实验目标305
二、 应用案例分析305
三、 项目实战308参考文献309