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当今世界，人工智慧的浪潮正席卷全球。人工智慧技术不再是象牙塔中的珍品，它已经被大规模地应用于网际网路、安防、医疗、金融、零售、文艺与教育等多个产业，并实实在在地改变着我们的世界，让生产变得更加高效，让生活变得更加便捷。

　　人工智慧时代的建设和发展需要大批具有人工智慧理念、国际视野和创新能力的人才。本书内容的编排与涵盖的范围，相当符合有意跨进人工智慧领域的学习图书。陈述浅显，透过实例搭配对应的人工智慧和解决方案的铺陈，提供读者先能有情境的涉入，再依据作业原理解说其运行的方法。尤其是演算法或计算公式，透过大量生动活泼的图片解说，纵使没有程式或数理背景的读者，也能轻松的了解与学习。
 

探秘宇宙的边界：从量子纠缠到时空折叠 一部深入浅出、带领读者领略现代物理学最前沿迷人图景的恢弘巨著 作者： [此处可自行想象一位物理学家的名字，例如：林浩宇 教授] 出版社： [此处可自行想象一家权威出版社的名称，例如：星辰文库] 页数： 约 650 页 装帧： 精装/典藏版 --- 内容提要：超越想象的物理学之旅 本书并非聚焦于我们日常生活中熟悉的宏观世界，而是将读者的目光投向了宇宙最深层的结构和最极端的现象。它是一次横跨数个世纪、融合了理论物理学、宇宙学和高能粒子物理学的宏大叙事，旨在揭示自然界最根本的规律和隐藏在时空结构深处的秘密。 我们生活在一个被精确数学方程支配的世界中，但这些方程描绘出的现实，往往远比我们的直觉所能理解的要怪异和深刻。《探秘宇宙的边界》以清晰、富有洞察力的笔触，带领普通读者穿梭于量子世界的概率云端、黑洞视界之外的引力奇点，以及宇宙诞生之初的极高能量密度状态。 本书共分为七个主要部分，层层递进，构建起一个完整而迷人的现代物理学知识体系。 --- 第一部分：量子的幽灵与实在的本质 本部分聚焦于量子力学的基石。我们不满足于仅仅描述“薛定谔的猫”的概念，而是深入探讨量子场论（QFT）的结构。 对局域实在性的挑战： 详细剖析了贝尔不等式及其实验验证，解释了为什么“隐变量理论”在面对实验数据时显得苍白无力。量子纠缠不再是哲学思辨，而是被量化和利用的物理资源。我们将探讨“非定域性”在量子力学中的真正含义，以及它对经典因果律的冲击。 量子场论的构建： 阐述了如何将狭义相对论与量子力学相结合，构建出描述基本粒子及其相互作用的框架。重点解析了狄拉克方程的物理意义，以及电子的反粒子——正电子的预言过程。 规范对称性与基本力： 深入讲解了规范对称性作为构建所有基本相互作用（电磁力、弱核力和强核力）的内在驱动力。通过对杨-米尔斯理论的通俗化阐释，揭示了规范玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）是如何传递作用力的。 --- 第二部分：引力的几何化——爱因斯坦的遗产 此部分将视野从微观转向宏观，全面梳理了广义相对论的精髓及其对时空观的革命性重塑。 黎曼几何与时空弯曲： 抛弃繁复的张量微积分，采用更直观的几何图像，解释了引力如何成为时空自身的几何性质。本书详细对比了牛顿引力与爱因斯坦引力的根本区别，强调了“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”的核心思想。 黑洞的物理学： 详细分析了史瓦西解、克尔解等经典解的物理意义。重点探讨了事件视界、奇点结构。我们不仅介绍史瓦西半径，更详细推导了霍金辐射的半经典理论框架，解释了黑洞的“蒸发”过程及其热力学性质——黑洞熵的深刻内涵。 引力波的探测与宇宙信使： 详细介绍了LIGO/Virgo合作组织对双黑洞并合事件的探测过程。从双星系统的轨道衰减到最终的并合产生的引力波信号，本书细致重建了这一宇宙级事件的物理图景，展示了引力波作为“时空涟漪”如何成为观察宇宙的全新窗口。 --- 第三部分：暴胀的宇宙与暗物质的谜团 我们将目光投向宇宙的起源和演化，探讨现代宇宙学面临的两大核心挑战。 大爆炸模型的局限与暴胀理论的诞生： 阐述了标准大爆炸模型（FLRW度规）在视界问题和磁单极子问题上的不足。随后，系统介绍了暴胀模型（Inflationary Cosmology），解释了它如何通过一个短暂的指数膨胀期解决了这些难题，并成功预言了早期宇宙的结构形成。 宇宙微波背景辐射（CMB）的精细结构： 深入分析了COBE、WMAP和Planck卫星观测到的CMB的微小温度涨落。这些涨落被视为早期宇宙量子涨落被拉伸放大后的“化石”，是检验暴胀理论、确定宇宙学参数（如物质密度、暗能量密度）的决定性证据。 暗物质的寻觅： 详细分类了所有主要的暗物质候选理论，包括弱相互作用重粒子（WIMP）、轴子等。本书着重分析了间接探测（如宇宙射线中寻找湮灭信号）、直接探测（如地下实验室的灵敏探测器）以及通过引力透镜效应进行的天体物理观测证据，阐述了为什么我们确信至少27%的宇宙物质成分是看不见的。 --- 第四部分：超越标准模型的粒子物理学 本书超越了描述了电磁力、弱核力和强核力的粒子物理标准模型（SM），探讨了模型的不足和未来方向。 希格斯机制的完善： 详细回顾了发现希格斯玻色子的过程，并探讨了希格斯场在赋予其他基本粒子质量过程中所扮演的角色。我们讨论了标准模型中对希格斯质量的“层级问题”——为什么希格斯玻色子的质量没有被高能物理拉伸到普朗克尺度？ 中微子的奥秘： 深入探讨了中微子振荡现象，这无可辩驳地证明了中微子具有质量，从而直接宣告了标准模型的“不完备性”。我们将讨论马约拉纳（Majorana）与狄拉克（Dirac）中微子的区别，以及“跷跷板机制”等理论如何解释中微子质量的微小。 超越标准模型（BSM）的展望： 概述了超对称性（SUSY）理论，它如何通过引入超伴侣粒子来解决层级问题并自然地解释暗物质的身份。同时也会简要介绍额外维度理论的初步概念。 --- 第五部分：时空结构的前沿——弦论与圈量子引力 这一部分是理论物理学家们试图统一广义相对论与量子力学的宏大尝试。 弦论的统一愿景： 阐述了弦论的基本思想——基本单元不是点状粒子而是微小的一维“弦”。详细介绍了玻色子弦理论的局限性，以及超弦理论（Superstring Theory）的出现，特别是五种超弦理论如何通过“M理论”统一起来。重点分析了对额外六维或七维空间的紧致化（Kaluza-Klein理论的现代发展）。 圈量子引力（LQG）的离散化时空： 介绍了LQG如何试图在不依赖于背景时空的情况下实现量子化引力。LQG的核心观点是，时空本身在普朗克尺度上是离散的，由相互交织的“圈”和“网络”构成。我们将探讨这种离散化如何避免广义相对论中奇点的出现。 --- 附录：哲学反思与实验极限 本书的最后部分将焦点转向更深层次的思考：我们对“实在”的认识是否已经达到极限？ 信息物理学的兴起： 探讨了信息论与物理学的交叉领域，例如黑洞信息悖论的最新进展，以及“It from Bit”（万物源于比特）这一概念的哲学与物理意义。 下一个百年实验： 展望了下一代大型科学设施的规划，包括下一代对撞机（如FCC）的设想、太空引力波探测器（如LISA），以及寻找暗物质信号的极端灵敏实验的突破方向。 《探秘宇宙的边界》 是一本为所有对宇宙终极问题抱有好奇心的人士准备的地图集。它要求读者具备一定的数学素养，但更强调的是批判性思维和对未知世界的敬畏之心。通过阅读本书，读者将能以全新的视角审视我们所处的宇宙，理解人类在揭示自然奥秘的道路上所取得的辉煌成就，以及前方依然广阔无垠的探索空间。

编者简介

汤晓鸥、陈玉琨

　　商汤科技团队、华东师范大学慕课中心教授、上海市重点中学的老师们
 

第一章　人工智慧：新时代的开启
1.1　跨越时空：铭铭的一天
1.2　光辉岁月：人工智慧简史
1.3　百花齐放：人工智慧在各行各业的应用
1.4　初露真容：人工智慧与机器学习
1.5　本章小结

第二章　牛刀小试：察异辨花
2.1　初学乍练：分类任务
2.2　含英咀华：提取特征
2.3　分门别类：分类器
2.4　实践出真知：测试和应用
2.5　五花八门：多类别分类
2.6　大显身手：二分类在生活中的应用
2.7　本章小结

第三章　别具慧眼：识图认物
3.1　温故知新：基于手工特征的图像分类
3.2　另辟蹊径：基于深度神经网路的图像分类
3.3　「网」不厌深：深度神经网路的发展与挑战
3.4　忽如一夜春风来：图像分类在日常生活中的应用
3.5　本章小结

第四章　耳听八方：析音赏乐
4.1　洗耳恭听：听声的艺术
4.2　丝竹管弦：音乐风格分类
4.3　言听计从：语音识别技术
4.4　听声辨曲：乐曲检索技术
4.5　本章小结

第五章　冰雪聪明：看懂视讯
5.1　化静为动：从图像到视讯
5.2　明察秋毫：视讯行为识别
5.3　基于深度学习的视讯行为识别
5.4　本章小结

第六章　无师自通：分门别类
6.1　当人工智慧未曾听说花的名字
6.2　物以类聚：鸢尾花的K均值聚类
6.3　人以群分：相簿中的人脸聚类
6.4　层次聚类与生物聚类
6.5　本章小结

第七章　识文断字：理解文字
7.1　任务的特点
7.2　文字的特征
7.3　高屋建瓴：发掘文字中潜在的主题
7.4　投其所好：基于主题的文字搜寻与推荐
7.5　本章小结

第八章　神来之笔：创作图画
8.1　九层之台，起于累土：资料空间和资料分布
8.2　化腐朽为神奇的创作家：生成网路
8.3　火眼金睛的鑑赏家：判别网路
8.4　在对抗中合作与进步：生成对抗网路
8.5　得心应手地创作：条件生成对抗网路
8.6　本章小结

第九章　运筹帷幄：围棋高手
9.1　初窥门径：AlphaGo的走棋网路
9.2　远见卓识：AlphaGo的大局观
9.3　成就非凡：AlphaGo Zero
9.4　本章小结

后　记
参考文献
 

序

　　亲爱的读者：

　　人工智慧（Artificial Intelligence）正在全球迅速崛起，已经影响了我们生活的各方面，你感受到了吗？2016与2017年由于AlphaGo与AlphaGo Zero以无可争辩的能力战胜了李世、柯洁等人类围棋高手而名噪一时；在无人驾驶等领域，人工智慧也大显身手，且显示出越来越强的能力；图像识别、语音辨识技术的日益成熟，已为人们的生活带来极大便利。由此，人们才感受到人工智慧的时代已经到来，而且，改变我们生活的步伐会越来越快。

　　人类生活在自然之中，自然是我们的母亲，与自然和睦相处是人类唯一的生存之道。母亲帮助我们将手从爬行中解放出来，从此，人类就有了极大的自由发展空间。当然，人类不会满足于手的解放，在数千年的发展中，一直试图在发展机械能以突破人类体力的局限；发展各种感知器件，以实现人类在感知觉方面的突破；也一直试图解开大脑的祕密，寻求大脑发展之途。

　　经过数千年的努力，人类在这些方面已经取得巨大成就。在劳动中，我们的祖先发明了各种工具，减低了人类的体力耗损，提高了劳动的效率。然而，人类并没有满足于这些成就，在体力得到一定程度保留下时，人工智慧由此应运而生。

　　人工智慧是从图灵提出「图灵测试」开始的。艾伦．图灵（Alan Turing)是英国着名的数学家和逻辑学家，被称为电脑科学之父、人工智慧之父，是电脑逻辑的奠基者，曾协助英国军方破解德国着名的密码系统「谜」（Enigma），帮助盟军获得二战的胜利。他提出的「图灵机」和「图灵测试」等概念，是电脑科学和人工智慧发展的重要基石，为纪念其在电脑领域的卓越贡献，人们以其名设立了「图灵奖」，且以图灵为代表的先驱科学家们开创了一个创新的学科—人工智慧。

　　风云际会，潮起潮落，在数十年的发展中，人工智慧有过高潮，也有过低谷，但是，人类的希望之火从未熄灭。在21世纪的第二个十年，人工智慧终于迎来了指数式的增长。2017年7月，中国国务院发布「新一代人工智慧发展规划」，特别强调「加快人工智慧创新应用」。文件中要求「利用智慧技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智慧学习、互动式学习的新型教育体系」；「开展智能校园建设，推动人工智慧在教学、管理、资源建设等全程应用」；「广泛开展人工智慧科普活动」，「实施全民智能教育专案，在中小学阶段设置人工智慧相关课程」；「支持开展人工智慧竞赛，开发立体综合教学场域、植基于大数据智能的线上学习教育平台」。这就是对人工智慧教育提出了新的任务。

　　商汤科技是中国人工智慧领域的「独角兽」，在该领域有着丰富的成果。2017 年11月，商汤与上海市政府签订战略合作协议：目标是使上海成为全球人工智慧发展的战略高地。作为有着高度社会良知与责任担当的企业，商汤深知普及人工智慧的价值，2017年11月，商汤决定与华东师范大学慕课中心合作，邀请华东师范大学二附中、上海交大附中、上海七宝中学、上海格致中学、上海市西中学、上海晋元中学教师共同编写人工智慧教材（高中版）。

　　与您读过的其他教材不同，本教材以「手脑结合」为主要学习方式，在提供必要的基础知识之后，就需要您动手做一些实验，特别希望您发挥发独特的想像力，在您高中阶段有限的时间中，设计有可能完成的项目，并动手将其转化为独具特色的作品。相信您在此一过程中能够享受到创造的无穷乐趣。

　　当然，人工智慧是技术极高的领域，尤其是一些用到高等数学的演算法，可能已经超出您已学过的范围，有些甚至超出了大学本科的范围，为使您能深入了解人工智慧的原理，本教材这对这些演算法只做定性的介绍，其定量的部分留待您以后再学。商汤已将这些演算法开放在其教学实验平台之中，提供读者在动手进行时使用。

　　作为试验教材，错误与不当之处在所难免，欢迎读者们在使用过程中提出批评与改进建议。本教材的目标是：让读者们学会像科学家一样思考。纠错是科学取得进展的基本途径，美国着名心理学家马斯洛（A. H. Maslow）说过：「要做的唯一有气魄的事，似乎就是不要害怕错误，投身进去，尽力而为，以期能从大错到纠正它们的过程中学到足够的东西」鰡。本教材的编者深以为然，更期盼着阅读本教材的读者能以更大的勇气去创新与创造。
 

当你向智慧音箱询问今天天气时，它透过语音识别技术听懂了你的问题。当你拿起最新的智慧型手机时，它自动解锁打开，因为它透过人脸验证技术认出了主人。当你打开电商网站，你可能在第一时间就看到了自己最喜欢的商品，因为它从你和你朋友的购买纪录中，透过大数据分析技术了解你的兴趣。当你开着新的电动汽车在风景优美的高速公路上疾驰时，车载智慧系统也在默默地守护着你，不断地监测着可能的危险，并适时发出提醒。

这一切，仅仅只是一个开始。

很多在十年前仍是科幻小说里的场景，今天已经成为我们真实的生活经历。那么，在人工智慧浪潮的驱动下，十年之后我们会生活在什么样的世界里呢？

1.1    跨越时空：铭铭的一天

一天的开始

2028年的一个早晨，一缕阳光照进了卧室，铭铭听到一个柔和的声音：

「铭铭，现在是2028年3月29日早上7点，新的一天开始了！」

铭铭对这个声音特别熟悉，它是由智慧家居系统所控制的卧室音响发出的。就像一位忠诚的管家，这个系统日复一日、分秒不差地照料着铭铭的生活。

铭铭缓缓地从床上坐起来。在他睁开双眼的时候，他看到前面的投影萤幕被点亮了，萤幕里传来了父亲的问候。

铭铭的父亲是一位着名的人工智慧科学家。小时候开始，铭铭就从父亲的实验室里接触到早期的人工智慧技术。有一次，铭铭看到自己的照片在父亲的电脑里被分门别类地做成了拼图。他的活泼、他的欢笑、他的灵敏，在这些拼图中如此真切。父亲告诉他，这一切都是电脑透过智慧技术自动完成的，这让他感到莫名惊喜—这个不经意的瞬间不仅为他打开了一个充满未知的世界，也让他体会到了一直忙于工作的父亲对他的关爱。

铭铭决心把这份父爱传承下去，利用人工智慧造福更多人。于是，他选择成为一名人工智慧工程师。

早餐时间：信息的盛宴

起床后，铭铭来到餐厅。烹饪机器人已经根据铭铭的口味喜好以及最近几天的健康智慧监测系统资料，准备好了一份营养均衡的早餐：一杯奶茶、一盘调配得恰到好处的沙拉，还有两片他最爱吃的面包。这样一份健康可口的早餐，让他感到精力充沛、心情愉悦。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的深度和广度是我没想到的。我原本以为它会止步于非常基础的概念介绍，但实际阅读过程中，我发现作者对于人工智能的各个分支都有涉猎，而且都有相当深入的剖析。比如，在讲到自然语言处理（NLP）的时候，作者不仅仅停留在“机器能听懂人话”的层面，而是详细解释了分词、词性标注、语义理解等一连串复杂的过程。我之前对NLP的认识仅限于Siri或者Google Assistant，但这本书让我看到了这背后隐藏的技术有多么精妙。 更让我印象深刻的是，作者在讲解一些技术性内容时，并没有完全回避数学原理，但又能巧妙地将它们融入到通俗易懂的图示和比喻中。我不是数学系的学生，但读这本书的时候，我并没有感到被公式淹没。相反，那些公式仿佛变成了理解AI运作机制的钥匙，让我恍然大悟。而且，书中提到的很多案例都非常前沿，像是深度学习在图像识别、自动驾驶等领域的应用，让我对AI的未来充满了期待，同时也对它的发展潜力有了更清晰的认知。这本书真的像是一个宝藏，每一次翻阅都能有新的发现。

评分☆☆☆☆☆

我一直对人工智能充满着模糊的好奇，但总觉得它是一个遥不可及的专业领域，充斥着我难以理解的专业术语。阅读《人工智能基础》这本书，完全颠覆了我之前的想法。作者的叙述方式非常接地气，就像是跟邻居阿姨唠家常一样，用最简单的语言，把复杂的AI概念娓娓道来。我特别喜欢书中关于“如何让机器‘思考’”的章节，它不是空泛的哲学讨论，而是结合了实际的算法模型，比如逻辑推理、规则匹配等，让我看到了AI在解决问题时的“思路”。 而且，作者在书中也加入了一些关于AI的“小心思”，比如解释为什么AI在某些方面做得很好，但在另一些方面却显得非常笨拙。这让我对AI的理解更加全面，而不是仅仅看到它光鲜亮丽的一面。书中还提到了一些历史上的AI发展故事，这些小插曲让阅读过程更加有趣，也让我看到了AI是如何一步步走到今天的。总而言之，这本书让我觉得AI不再是冰冷的机器语言，而是充满了“智慧”的探索，让我对未来充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科技发展颇感兴趣的普通读者，我一直在寻找一本能够清晰、全面地介绍人工智能的书籍。《人工智能基础》这本书，可以说是满足了我所有的期待，甚至超出了我的想象。作者以一种非常沉浸式的方式，将我带入了一个充满智慧的世界。我尤其欣赏书中对于“智能”这个概念的探讨，它不仅仅停留在技术层面，而是触及了人类认知、学习、决策等多个维度，让我对什么是“真正”的智能有了更深层次的理解。 书中对不同AI流派的梳理也让我耳目一新。我之前对AI的认识非常零散，可能看过一些关于深度学习的新闻，但这本书把它们系统化地展现出来，让我看到了AI发展的历史脉络和不同的技术路径。而且，作者在讲解一些复杂的算法时，会巧妙地运用类比，比如将神经网络比作大脑的神经元连接，这种生动的比喻极大地降低了理解门槛。读这本书的过程，就像是在跟一位博学的老师进行一场深入的对谈，受益匪浅。即使是那些我之前觉得难以理解的技术概念，在这本书里也变得清晰明了。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的是意外的惊喜！我一直对人工智能充满好奇，但总觉得它离我有点遥远，像是只存在于科幻电影里的东西。拿到《人工智能基础》这本书的时候，我本来也没抱太大的期待，心想可能就是些枯燥的技术名词堆砌，或者是一些我根本看不懂的算法公式。结果呢？完全颠覆了我的想象！作者用非常亲切、易懂的语言，就像是在跟身边的朋友聊天一样，一点一点地把我引入了AI的世界。 我最喜欢的部分是它如何讲解“学习”的概念。以前我以为AI的学习就是简单地把数据塞进去，然后它就能自己变聪明。但这本书让我明白，AI的学习其实比这复杂多了，它涉及到各种各样的模型，比如监督学习、无监督学习，甚至还有强化学习。作者没有直接抛出术语，而是通过生活中我们熟悉的例子来解释，比如教小孩子认猫，是如何一步一步分辨出猫的特征的。这种比喻真的太形象了，让我立刻就抓住了核心。而且，书中还穿插了一些关于AI伦理的讨论，虽然不是重点，但却让我开始思考AI发展背后更深层的问题，比如公平性、隐私权等等。这对于一个初学者来说，无疑是非常宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

我一直对人工智能抱持一种既好奇又有些敬畏的态度，总觉得它是一个非常高深莫测的领域，需要极高的专业知识才能触及。拿到《人工智能基础》这本书，我本来只是想浅尝辄止，了解一些皮毛。没想到，这本书彻底改变了我对AI的看法。作者就像一位经验丰富的老者，循循善诱地引导着我，用最朴实无华的语言，剥开了AI层层神秘的面纱。 让我印象最深刻的是，作者并没有把AI写成一个高高在上的“神”，而是把它拆解成一个个可以理解的“部分”。比如，关于机器学习的部分，作者没有一味地堆砌术语，而是通过非常生活化的例子，比如“玩游戏学会躲避障碍物”来解释强化学习的原理。这种方式让我觉得AI不再是冰冷的机器，而是拥有“学习能力”的智能体。书中还提到了一些关于AI的局限性，这让我觉得更加真实和可信，而不是一味地夸大AI的能力。读完这本书，我感觉自己仿佛掌握了一把打开AI大门的钥匙，虽然还不能完全驾驭，但至少我知道门在哪里，以及如何一步步地往里走。