前言
随着人工智能技术的飞速发展及其在各行业的广泛应用,掌握人工智能与模式识别的基本理论、方法和实践,已成为现代工程科技人才的核心能力之一。人工智能不仅在理论研究中取得了突破,更在智能控制、智能制造、数据分析等工程领域中得到了广泛应用,推动了各行各业的技术变革。因此,如何将这些先进的理论与方法用于解决复杂工程问题,成为学术界和工业界的重大课题。
本书应运而生,旨在为读者提供一份系统的学习指南,帮助读者深入理解人工智能与模式识别的基本概念、核心方法及其工程应用。书中内容涵盖了从经典的聚类分析、判别函数、特征选择与特征提取,到现代的支持向量机、深度神经网络、深度学习等前沿技术,构建了一个完整的知识体系。本书特别强调理论与工程实践的结合,融合了课题组在锂电池剩余电量估计、电力系统暂态稳定评估、轨道交通变压器故障诊断等领域的最新研究成果,为读者提供了具有实际应用价值的案例分析。
本书是西南交通大学控制、电子信息与电气等相关专业的硕士研究生和博士研究生教材。全书共11章,内容从绪论开始逐步展开,涵盖了经典方法与前沿技术的相关理论、算法与应用。各章均由具有丰富教学和研究经验的专家编写,确保内容的准确性、系统性与实践性,突出工程应用的针对性与可操作性。
本书的主要特色包括:
(1) 基础扎实,体系完整。系统阐述人工智能与模式识别的基本概念、经典算法与数学基础,帮助读者建立完整的知识框架。
(2) 案例导向,专业融合。结合电气、电子、控制、能源等工程领域的实际案例,特别是课题组在相关领域的创新成果,帮助读者理解理论与工程实践的紧密联系。
(3) 强调方法,注重实践。不仅讲解理论原理,还着重介绍算法设计思路、实现步骤及评估方法,提升读者解决实际问题的能力。
(4) 语言规范,原创性强。严格遵循学术写作规范,内容经过精心组织与反复推敲,确保表述精准、逻辑严密。
本书适合高等院校与科研院所电子信息类、自动化类、电气类、计算机类等专业的研究生和高年级本科生作为教材使用,也适合从事智能信息处理的科研人员和工程技术人员参考。无论是系统性的课堂教学,还是个人自学,读者都能通过本书打下坚实的理论基础,拓宽技术视野,并为将来智能化工程系统中的应用和研究提供有力支撑。
由于编者水平有限,书中难免存在不足之处,恳请广大师生与读者提出宝贵意见与建议,以帮助本书不断完善,使得更多从事人工智能与模式识别研究与应用的人员受益。
编者
2026年3月
目录
第1章绪论
1.1模式识别与人工智能概述
1.2模式识别与人工智能发展历史
1.3模式识别的分类、主要方法及应用
1.4人工智能的分类、主要方法及应用
第2章聚类分析
2.1聚类分析概述
2.1.1聚类分析定义
2.1.2聚类分析流程
2.2模式的相似性测度和聚类准则
2.2.1相似性测度
2.2.2聚类准则
2.3聚类方法
2.3.1简单聚类方法
2.3.2层次聚类法
2.3.3动态聚类法
2.4聚类结果评价准则
2.5聚类方法的发展及应用
第3章判别函数
3.1线性判别函数
3.2广义线性判别函数
3.3多类判别与决策树
3.3.1多个两类分类器的组合
3.3.2决策树
3.4非线性判别函数
3.4.1分段线性距离分类器
3.4.2一般的分段线性判别函数
3.4.3二次判别函数
3.5感知器
第4章统计模式识别
4.1贝叶斯决策模型
4.1.1最小错误率贝叶斯决策
4.1.2最小风险贝叶斯决策
4.2贝叶斯分类器的学习训练算法
4.2.1最大似然估计
4.2.2贝叶斯估计与贝叶斯学习
4.2.3非参数估计的基本原理与直方图方法
4.2.4kN近邻估计方法
4.2.5Parzen窗方法
4.3贝叶斯分类决策的错误率分析及估计
4.3.1错误率分析
4.3.2错误率估计
4.4贝叶斯分类举例
第5章特征选择和特征提取
5.1特征选择和特征提取概述
5.2模式类别可分性测度
5.2.1基于类内、类间距离的可分性测度
5.2.2基于概率分布的可分性判据
5.2.3基于熵的可分性判据
5.2.4基于统计检验的可分性判据
5.3特征选择的基本方法
5.3.1特征选择的最优算法
5.3.2特征选择的次优算法(确定性的启发式搜索)
5.4特征提取的基本方法
5.4.1主成分分析法
5.4.2Karhunen?Loève变换
5.5特征选择、提取、检测实例
第6章神经网络
6.1神经网络的发展历程
6.2神经网络概述
6.3神经网络分类器结构
6.4神经网络分类器的学习训练算法
6.5几种重要的神经网络结构及学习算法
6.5.1前馈神经网络
6.5.2Hopfield神经网络
6.6神经网络模式识别实例
第7章支持向量机
7.1支持向量机概述
7.2Vapnik?Chervonenkis维概念
7.3结构风险最小化原则
7.4最优化分类界面
7.5支持向量机模式识别算法
7.6支持向量机应用实例
7.7支持向量机的问题与改进方法
第8章知识表示与推理
8.1知识表示与推理概述
8.1.1知识表示
8.1.2推理
8.2经典逻辑推理
8.2.1演绎推理
8.2.2归纳推理
8.2.3类比推理
8.3非单调推理
8.3.1单调逻辑与单调推理
8.3.2非单调逻辑与非单调推理
8.4不确定性推理
8.4.1不确定性推理基础
8.4.2贝叶斯推理
8.4.3模糊推理
8.5知识表示推理的发展与应用
8.5.1知识表示推理的发展
8.5.2知识表示推理的应用前景
第9章智能系统
9.1智能系统概述
9.2专家系统原理
9.2.1专家系统的基本概念
9.2.2专家系统的基本组成
9.2.3专家系统的分类
9.2.4专家系统的应用
9.2.5专家系统的发展趋势
9.2.6专家系统的挑战
9.3搜索策略
9.3.1搜索策略的基本概念
9.3.2搜索策略的分类
9.3.3常见搜索算法
9.3.4搜索策略的应用
9.3.5搜索策略的优化
9.3.6搜索策略的未来发展
9.4遗传算法
9.4.1遗传算法的背景与历史
9.4.2遗传算法的基本概念
9.4.3遗传算法的基本原理
9.4.4遗传算法的实现
9.4.5遗传算法的问题和挑战
9.5进化计算和群智能原理、算法及应用实例
9.5.1进化计算与群智能概述
9.5.2进化算法
9.5.3群智能优化算法
9.5.4遗传算法在旅行商问题中的应用
第10章深度神经网络
10.1深度神经网络原理
10.2卷积神经网络
10.2.1卷积层
10.2.2池化
10.2.3归一化
10.2.4深度卷积神经网络
10.2.5卷积神经网络的问题与改进方法
10.3循环神经网络
10.3.1循环神经网络的原理
10.3.2循环神经网络的训练
10.3.3用循环神经网络建立语言模型
10.3.4长短期记忆网络
10.3.5循环神经网络的问题与改进方法
10.4神经网络的优化与正则化方法
10.4.1不适定问题
10.4.2正则化方法
10.4.3常见的正则化方法
10.5神经网络中的注意力机制和外部记忆
10.5.1注意力机制
10.5.2外部记忆
10.6深度神经网络模式识别实例
10.6.1SOC估计算法的背景
10.6.2基于神经网络的SOC估计算法的设计步骤
10.6.3基于BP神经网络的SOC估计方法
10.6.4基于扩展卡尔曼网络的SOC估算方法
第11章深度学习前沿
11.1深度强化学习
11.1.1深度强化学习概述
11.1.2深度强化学习的原理与机制
11.1.3深度强化学习模型
11.2元学习
11.2.1元学习概述
11.2.2元学习算法特点
11.2.3元学习算法思想
11.2.4元学习的主要框架
11.2.5元学习的问题与改进方法
11.3图神经网络
11.3.1图概述
11.3.2图神经网络的基本原理
11.3.3应用实例
11.3.4实验仿真
11.4迁移学习
11.4.1迁移学习概述
11.4.2迁移学习方法的主要框架
11.4.3迁移学习的问题与改进方法
11.5小样本学习
11.6深度生成模型: 变分自编码器和生成对抗网络
11.6.1生成式模型概述
11.6.2自编码器
11.6.3变分自编码器
11.6.4VAE运用实例
11.6.5生成对抗网络
11.6.6条件生成对抗网络实例+
11.7相关应用实例
参考文献