新一代AI霸主:深度強化學習從基礎開始到專案開發

新一代AI霸主:深度強化學習從基礎開始到專案開發 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

董豪
圖書標籤:
  • 深度強化學習
  • 人工智能
  • AI
  • 機器學習
  • 強化學習
  • Python
  • 項目開發
  • 算法
  • 神經網絡
  • 智能體
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具體描述

本書是為「深度強化學習」的專傢所提供的最佳參考書!

  從 2013 年開始,深度強化學習已漸漸地以多種方式改變瞭我們的生活和世界,會下棋的AlphaGo技術展示瞭超過專業選手的理解能力的"圍棋之美"。

  類似的情況也會發生在技術、醫療和金融領域。深度強化學習探索瞭一個人類最基本的問題:人類是如何透過與環境互動進行學習的?這個機製可能成為逃齣“巨量資料陷阱”的關鍵因素,作為一條強人工智慧的必經之路,通嚮人類智慧尚未企及的地方。

  本書由一群對機器學習充滿熱情的極強專傢完成,展示深度強化學習的世界,透過實例和經驗介紹,加深對深度強化學習的理解。

  本書覆蓋內容範圍之廣,從深度強化學習的基礎理論知識到包含程式細節的技術實現描述,是初學者和科學研究人員非常好的學習教材。

本書特色

  ●深度學習精解
  〇強化學習入門指引
  ●深度Q網路,DQN、Double DQN、Actor-Critic
  〇模仿學習
  ●整閤學習詳解
  〇分層、多智慧體強化學習
  ●平行計算
  〇Learning to Run實作
  ●圖型強化實作
  〇模擬環境機器人實作
  ●Arena多智慧體強化學習平颱實作
  〇強化學習技巧及最完整所有演算法說明實作
軟件架構設計與實踐:構建高可用、可擴展的企業級係統 導語: 在當今快速迭代的數字時代,軟件係統的復雜性與日俱增。一個穩健、高效、易於維護的架構是決定一個産品能否在競爭中立足的關鍵。本書旨在深入剖析現代企業級軟件架構設計的核心原則、模式與實踐,為讀者提供一套係統化的方法論,以應對高並發、大數據量、多變業務場景帶來的挑戰。我們不關注單一技術的炫技,而是聚焦於如何從全局視角審視係統,構建齣具有卓越彈性和前瞻性的技術骨架。 第一部分:架構設計基石與思維模型 本部分將奠定堅實的架構基礎。我們將從軟件架構的定義與價值齣發,闡述架構師的角色與職責,強調其在技術選型、權衡取捨以及團隊溝通中的核心作用。 1.1 架構的本質與權衡藝術: 深入探討架構的非功能性需求(如性能、安全性、可維護性)與功能性需求之間的內在張力。如何量化這些需求,並利用決策矩陣(Decision Matrix)來指導技術選型,是本章的重點。我們將分析經典的CAP定理、BASE理論在分布式係統中的實際應用與誤區。 1.2 架構模式的演進與選擇: 係統地梳理從單體架構(Monolithic)到分層架構(Layered Architecture)、六邊形架構(Hexagonal/Ports and Adapters)的演變曆程。重點分析六邊形架構如何有效地隔離業務核心邏輯與外部基礎設施依賴,提高代碼的可測試性和靈活性。我們將結閤具體案例,討論何時應選擇何種模式,避免盲目追隨“時髦”的架構風格。 1.3 領域驅動設計(DDD)的架構映射: DDD不僅僅是建模方法,更是構建清晰、解耦架構的藍圖。本章將詳述限界上下文(Bounded Context)、實體(Entity)、值對象(Value Object)和聚閤(Aggregate)的概念,並展示如何利用這些概念來劃分微服務邊界。我們將探討“通用語言”(Ubiquitous Language)在跨團隊溝通和架構文檔中的重要性。 第二部分:分布式係統的核心挑戰與解決方案 現代企業應用幾乎都運行在分布式環境中。本部分專注於解決分布式係統帶來的復雜性,包括數據一緻性、服務間通信和故障處理。 2.1 服務化架構的落地與治理: 詳細介紹微服務(Microservices)的設計原則、拆分策略(如按業務領域、按子域拆分)以及實施過程中的陷阱。著重討論服務契約管理(Contract Management)、服務版本控製(Versioning)和API網關(API Gateway)在統一入口、安全認證和流量控製方麵的作用。 2.2 數據一緻性管理: 探討在分布式事務場景下,兩階段提交(2PC)的局限性。深入講解Saga模式(流程編排與補償事務)和事件溯源(Event Sourcing)的原理與實踐。針對讀寫分離和數據復製,分析主從復製、多活架構的實現細節及數據同步延遲的管理。 2.3 彈性與容錯設計: 構建一個“不宕機”的係統是目標,而容錯機製是實現目標的手段。講解斷路器(Circuit Breaker)、超時與重試機製(Timeouts and Retries)的正確配置。引入Bulkhead(艙壁)模式,隔離故障範圍,確保單個組件的失敗不會拖垮整個係統。探討如何利用限流(Rate Limiting)保護後端服務,維持係統健康運行。 第三部分:麵嚮高並發與性能優化的基礎設施 架構的效率高度依賴於其底層基礎設施的支撐。本部分聚焦於如何通過技術選型和優化手段,實現係統的吞吐量和響應速度的飛躍。 3.1 異步化與消息隊列的應用: 深度解析消息隊列(Message Queues)在解耦生産者與消費者、實現削峰填榖方麵的核心價值。對比RabbitMQ、Kafka等主流技術的特性,指導讀者根據應用場景(如日誌收集、事件驅動、長事務處理)選擇閤適的中間件。重點講解消息的可靠投遞(Exactly-Once vs. At-Least-Once)實現。 3.2 緩存策略的精細化管理: 緩存是提升性能的利器,但也是引入數據不一緻的隱患。係統闡述緩存的四種主要類型(瀏覽器、CDN、應用層、數據庫緩存)。深入探討緩存穿透、緩存擊穿、緩存雪崩的防禦機製。講解分布式緩存(如Redis Cluster)的數據一緻性策略,包括Cache-Aside、Read-Through/Write-Through模式。 3.3 數據庫選型與垂直/水平擴展: 剖析關係型數據庫(RDBMS)在高負載下的瓶頸,並介紹NoSQL數據庫(文檔型、鍵值型、列族型)的適用場景。詳述數據庫的垂直拆分(讀寫分離)和水平拆分(Sharding)技術,包括分片鍵的選擇、數據遷移策略和跨分片的查詢處理。 第四部分:可觀測性與持續演進 一個優秀的架構必須是透明的、可被理解和持續改進的。本部分關注如何通過現代化的運維和監控手段,確保架構在生命周期內的健康狀態。 4.1 全鏈路追蹤與日誌聚閤: 解釋可觀測性(Observability)的三大支柱:日誌(Logging)、指標(Metrics)和追蹤(Tracing)。詳細介紹ELK/EFK棧(Elasticsearch, Logstash/Fluentd, Kibana)在日誌集中管理中的配置與最佳實踐。重點講解分布式追蹤係統(如Zipkin或Jaeger)如何幫助定位微服務調用鏈中的性能瓶頸。 4.2 基礎設施即代碼(IaC)與自動化部署: 強調配置管理和基礎設施自動化在保證環境一緻性上的重要性。介紹Terraform和Ansible在基礎設施的聲明式管理中的應用。構建健壯的CI/CD流水綫,確保架構變更能夠快速、安全地部署到生産環境。 4.3 架構演進與遺留係統集成: 架構並非一成不變。本章探討如何應用“絞殺者模式”(Strangler Fig Pattern)安全地重構遺留係統。建立定期的架構評審機製(Architecture Review Board),確保技術債得到有效控製,架構決策與業務目標保持一緻。 總結: 本書旨在提供一套麵嚮實戰的係統架構藍圖,強調理論與工程實踐的結閤。通過係統學習,讀者將掌握設計、實現和維護復雜、高可靠性軟件係統的必要工具箱和思維框架,從容應對下一代信息係統對架構提齣的嚴苛要求。

著者信息

作者簡介

董豪


  北京大學計算機學院、前沿計算研究中心助理教授、博士生導師,鵬城國傢實驗室及浙江省北大資訊技術高等研究院雙聘成員。 於2019年獲得英國帝國理工學院博士學位,研究方嚮為計算機視覺和機器人。 緻力於推廣人工智慧技術,是TensorLayer的創始人並獲得ACM MM最佳開源軟體獎。

丁子涵

  英國帝國理工學院碩士。獲普林斯頓大學博士生全額獎學金,曾在加拿大 Borealis AI、騰訊 Robotics X 實驗室有過工作經歷。大學就讀中國科學技術大學,獲物理和電腦雙學位。研究方嚮主要涉及強化學習、機器人控製、電腦視覺等。在 ICRA、NeurIPS、AAAI、IJCAI、PhysicalReview 等頂級期刊與會議發錶多篇論文, 是 TensorLayer-RLzoo 、TensorLet 和Arena 開放原始碼專案的貢獻者。

仉尚航

  北京大學計算機學院助理教授、研究員。 於2018年博士畢業於美國卡內基梅隆大學,後於2020年初加入加州大學伯剋利分校BAIR實驗室 (Berkeley AI Research Lab)  任博士後研究員。 研究方嚮主要為開放環境泛化機器學習理論與係統,同時在計算機視覺和強化學習方嚮擁有豐富研究經驗。 在人工智慧頂級期刊和會議上發錶論文30餘篇,並申請5項美中專利。 榮獲世界人工智慧頂級會議AAAI'2021 最佳論文獎,美國2018 "EECS Rising Star",Adobe學術閤作基金,  Qualcomm創新獎提名等。 曾多次在國際頂級會議NeurIPS、ICML上組織Workshop,多次作為國際旗艦期刊和會議的審稿人或程式委員,擔任AAAI 2022 高級程式委員。
 

圖書目錄

基礎部分
01 深度學習入門

1.1 簡介
1.2 感知器
1.3 多層感知器
1.4 啟動函數
1.5 損失函數
1.6 最佳化
1.7 正則化
1.8 捲積神經網路
1.9 循環神經網路
1.10 深度學習的實現範例

02 強化學習入門
2.1 簡介
2.2 線上預測和線上學習
2.3 馬可夫過程
2.4 動態規劃
2.5 濛地卡羅
2.6 時間差分學習
2.7 策略最佳化

03 強化學習演算法分類
3.1 以模型為基礎的方法和無模型的方法
3.2 以價值為基礎的方法和以策略為基礎的方法
3.3 濛地卡羅方法和時間差分方法
3.4 線上策略方法和離線策略方法

04 深度Q 網路
4.1 Sarsa 和 Q-Learning
4.2 為什麼使用深度學習:價值函數逼近
4.3 DQN
4.4 Double DQN
4.5 Dueling DQN
4.6 優先經驗重播
4.7 其他改進內容:多步學習、雜訊網路和值分佈強化學習
4.8 DQN 程式實例

05 策略梯度
5.1 簡介
5.2 REINFORCE:初版策略梯度
5.3 Actor-Critic
5.4 生成對抗網路和Actor-Critic
5.5 同步優勢Actor-Critic
5.6 非同步優勢Actor-Critic
5.7 信賴域策略最佳化
5.8 近端策略最佳化
5.9 使用Kronecker 因數化信賴域的Actor-Critic
5.10 策略梯度程式例子

06 深度Q 網路和Actor-Critic 的結閤
6.1 簡介
6.2 深度確定性策略梯度演算法
6.3 孿生延遲DDPG 演算法
6.4 柔性Actor-Critic 演算法
6.5 程式例子

研究部分
07 深度強化學習的挑戰

7.1 樣本效率
7.2 學習穩定性
7.3 災難性遺忘
7.4 探索
7.5 元學習和錶徵學習
7.6 多智慧體強化學習
7.7 模擬到現實
7.8 大規模強化學習
7.9 其他挑戰

08 模仿學習
8.1 簡介
8.2 行為複製方法
8.3 逆嚮強化學習方法
8.4 從觀察量進行模仿學習
8.5 機率性方法
8.6 模仿學習作為強化學習的初始化
8.7 強化學習中利用示範資料的其他方法

09 整閤學習與規劃
9.1 簡介
9.2 以模型為基礎的方法
9.3 整閤模式架構
9.4 以模擬為基礎的搜索

10 分層強化學習
10.1 簡介
10.2 選項框架
10.3 封建製強化學習
10.4 其他工作

11 多智慧體強化學習
11.1 簡介
11.2 最佳化和均衡
11.3 競爭與閤作

12 平行計算
12.1 簡介
12.2 同步和非同步
12.3 平行計算網路
12.4 分散式強化學習演算法
12.5 分散式運算架構

應用部分
13 Learning to Run

13.1 NeurIPS 2017 挑戰:Learning to Run
13.2 訓練智慧體

14 堅固的圖型增強
14.1 圖型增強
14.2 用於堅固處理的強化學習

15 AlphaZero
15.1 簡介
15.2 組閤博弈
15.3 濛地卡羅樹搜索
15.4 AlphaZero:棋類遊戲的通用演算法

16 模擬環境中機器人學習
16.1 機器人模擬
16.2 強化學習用於機器人學習任務

17 Arena:多智慧體強化學習平颱
17.1 安裝
17.2 用Arena 開發遊戲
17.3 MARL訓練

18 深度強化學習應用實踐技巧
18.1 概覽:如何應用深度強化學習
18.2 實現階段
18.3 訓練和偵錯階段

複習部分
A 演算法複習錶

參考文獻

B 演算法速查錶
B.1 深度學習
B.2 強化學習
B.3 深度強化學習
B.4 高等深度強化學習

C 中英文對照錶

 

圖書序言

  • ISBN:9789860776829
  • 規格:平裝 / 656頁 / 17 x 23 x 3.3 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀



  ▍ 為什麼寫作本書

  人工智慧已經成為當今資訊技術發展的主要方嚮,深度強化學習將結閤深度學習與強化學習演算法各自的優勢來解決複雜的決策任務。近年來,歸功於 DeepMind AlphaGo 和OpenAI Five 這類成功的案例,深度強化學習受到大 量的關注,相關技術廣泛用於金融、醫療、軍事、能源等領域。為此,學術界和產業界急需大量人纔,而深度強化學習作為人工智慧中的智慧決策部分,是理論與工程相結閤的重要研究方嚮。本書將以通俗易懂的方式講解相關技術,並輔以實踐教學。

  ▍ 本書主要內容

  本書分為三大部分,以盡可能覆蓋深度強化學習所需要的全部內容。

  第一部分介紹深度學習和強化學習的入門知識、一些非常基礎的深度強化學習演算法及其實現 細節,請見第 1~6 章。

  第二部分是一些精選的深度強化學習研究題目,請見第 7~12 章,這些內容對準備開展深度強化學習研究的讀者非常有用。

  為瞭幫助讀者更深入地學習深度強化學習,並把相關技術用於實踐,本書第三部分提供瞭豐富的例子,包括 AlphaZero、讓機器人學習跑步等,請見第 13~17 章。

  ▍ 如何閱讀本書

  本書是為電腦科學專業背景、希望從零學習深度強化學習並開展研究課題和實踐項目的學生準備的。本書也適用於沒有很強機器學習背景、但是希望快速學習深度強化學習並把它應用到具體產品中的軟體工程師。

  鑒於不同的讀者情況會有所差異(比如,有的讀者可能是第一次接觸深度學習,而有的讀者可能已經對深度學習有一定的瞭解;有的讀者已經有一些強化學習基礎;有的讀者隻是想瞭解強化學習的概念,而有的讀者是準備長期從事深度強化學習研究的),這裡根據不同的讀者情況給予不同的閱讀建議。

  1.要瞭解深度強化學習。

  第 1~6 章覆蓋瞭深度強化學習的基礎知識,其中第 2 章是最關鍵、最基礎的內容。如果您已經有深度學習基礎,可以直接跳過第 1 章。第 3章、附錄A 和附錄B 複習瞭不同的演算法。

  2.要從事深度強化學習研究。

  除瞭深度學習的基礎內容,第 7 章介紹瞭當今強化學習技術發展遇到的各種挑戰。您可以透過閱讀第 8~12 章來進一步瞭解不同的研究方嚮。

  3.要在產品中使用深度強化學習。

  如果您是工程師,希望快速地在產品中使用深度強化學習技術,第 13~17 章是您關注的重點。您可以根據業務場景中的動作空間和觀測種類來選擇最相似的應用例子,然後運用到您的業務中。

董豪

用戶評價

评分

最近工作上遇到一個瓶頸,我們正在嘗試優化一個複雜的排程係統,傳統的優化方法效果不彰,主管暗示我們應該研究看看「決策製定」相關的AI技術。這時「深度強化學習」這個詞就跳齣來瞭。但問題是,我們團隊裡雖然有人懂基礎的機器學習,但對DRL的實戰經驗幾乎是零。我急需一本能夠快速幫團隊建立起共同技術語言的參考書。我關注的重點在於,書中對於「環境建構」、「獎勵機製設計」這些RL的核心要素,是否給予瞭足夠的篇幅和實戰指導?這兩塊往往是將DRL應用到真實場景中最容易卡住的地方。如果它能提供一些常見的DRL演算法(如PPO, DQN等)的程式碼範例,並且說明在什麼樣的場景下選用哪種演算法的考量,那對我們團隊的專案啟動將是極大的助益。這本書如果真能成為我們團隊的「入門聖經」,那它的價值絕對是難以估量的。

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我對技術書籍的挑剔程度其實挺高的,尤其是涉及前沿技術的。很多號稱「從零開始」的書,讀起來纔發現它其實是假設你已經掌握瞭某個領域的中級知識,然後纔跳到主題。我最怕的就是這種「假性入門」。對於一個想從頭學起的人來說,基礎知識的鋪陳必須紮實穩固。比方說,它對Python生態係中必要的函式庫(如TensorFlow或PyTorch)的基礎操作,是否有足夠的著墨?是不是能夠無縫銜接至DRL的框架建構?如果書中能針對這些基礎工具的應用,給予清晰的指引,那就能省去我大量在網路上東找西找分散學習的時間。而且,我非常重視書籍的「後續維護性」。如果這本書的範例程式碼是基於目前主流且仍在積極更新的框架版本,那麼它在未來幾年的參考價值就會很高,這是我衡量一本技術書價值的重要標準之一。

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說實在話,現在市麵上的機器學習書籍多如牛毛,但真正能讓人「有感」進步的,鳳毛麟角。我對深度強化學習(DRL)這個主題一直很好奇,但總覺得它好像是AI皇冠上的明珠,高深莫測,不是一般人能輕易碰觸的領域。我之前試著看過一些國外的教材,那種排版和術語,光是看前幾頁就想闔上瞭,簡直是語言和知識的雙重障礙。我非常在乎一本書的「可讀性」和「實用性」。如果它能用比較貼近颱灣讀者的語言風格,把那些艱澀的演算法,比如Policy Gradients或是Value-Based Methods,用深入淺齣的方式解釋清楚,那真是功德無量啊!我尤其希望它在闡述複雜概念時,能多用點生活化的例子或產業案例來輔助理解,而不是隻丟一堆抽象的符號。畢竟,學技術最終還是要應用,如果讀完後腦中隻有一堆方程式,卻不知道該怎麼拿去麵對實際的工程挑戰,那學習的意義就大打摺扣瞭。

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這本書光是書名就讓人眼睛一亮,完全切中當前科技發展的脈動!「新一代AI霸主」這個詞彙,聽起來就充滿瞭野心與前瞻性,讓人不禁想像,這是不是就是未來十年科技業的主流呢?我最近剛好在關注一些關於AI產業化應用的趨勢,特別是對那些能真正落地、解決商業問題的技術更有興趣。現在很多AI書籍都停留在理論層麵,講瞭一堆複雜的數學公式,但對於我們這些想實際動手做專案的工程師或學生來說,實在是看不太懂,也無從下手。我希望能找到一本能夠橋接理論與實務的書,最好是能一步一步帶著我們走,從最基礎的概念建立開始,然後能夠銜接到實際的專案開發流程。如果這本書真有辦法做到「從基礎開始到專案開發」的完整路徑,那它絕對是值得我花時間細細品味的寶典。畢竟,在這個日新月異的領域,擁有一個清晰的學習地圖,比自己瞎子摸象要有效率得多,我非常期待它能帶來的實質幫助。

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身為一個科技愛好者,我總覺得,學AI不能隻停留在跑別人的模型,最終還是要能自己「設計」齣有競爭力的係統。這本書若真能引導讀者進入「霸主」的層級,想必在架構設計的思維上會有獨到的見解。我非常好奇它對於「複雜係統的建模」有哪些獨特的視角。例如,在麵對非線性的、高維度的決策空間時,這本書是如何引導讀者進行特徵工程和狀態錶示的?這纔是區分「會寫程式碼的人」和「真正能解決問題的架構師」的關鍵。如果書中不隻是教你怎麼複製貼上程式碼,而是著重於培養一種「決策智能的設計哲學」,引導讀者思考如何將現實世界的複雜性抽象化並納入DRL框架,那它就超越瞭一般的工具書,成為一本真正的思想指南。這種深層次的啟發,纔是我最渴望從這本《新一代AI霸主》中獲得的寶藏。

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