前言

隨著深度學習技術的不斷發展，指紋識別、人臉識別、航拍、無人駕駛等應用了深度學習方法和貼近人們日常生活的技術，可以說深刻地改變了人們的學習、生活和消費方式。人工智能時代來了！最近，Alphago、視頻識別、指紋解鎖、圖像識別、語音轉文字、無人物流、醫療影像、機器人看病、作文智能批改等一系列事件，使我們深切感受到人工智能正在改變我們的認知和工作方式。因此，人工智能時代的到來使我們好奇興奮，帶給我們許多驚喜。

2015年，政府工作報告中首次出現“創客”一詞，李克強總理在報告中專門提到“大眾創業，萬眾創新”。當年我也申報了廣東省教育科研規劃課題《基于項目學習的高中創客教育實踐研究》并獲得立項。歷經兩年多的刻苦鉆研，我開發了一門名為“Arduino創客之路—智能感知技術基礎”的課程并得以實施，學生實踐創新能力有所提高。但是，在創客教育課程教學中，我也碰到了創新智能技術瓶頸問題，感知智能始終要依靠人的預定程序執行，缺少會思考和自主學習的智能。此時，我想到了人工智能的深度學習技術，然而由于深度學習技術的基礎屬于人工智能中神經網絡相關的知識范疇，神經網絡的研究又基于線性代數、矩陣運算、微積分、圖論、概率論等復雜的數學理論，市面上出版的相關書籍也是開篇就講這些數學理論基礎，這讓很多創客初學者望而生畏。

2017年，教育部印發《普通高中課程方案（2017年版）》，國務院也相繼印發了《新一代人工智能發展規劃》。2018年，已經有省市率先將編程列入高考。Python語言被部分省份納入信息技術高考指定內容之一。這預示著編程課程將全面進入中小學課堂。因此，我開始自學Python語言編程，很快掌握人臉識別、圖文識別等技術。學習期間發現Python有豐富的標準庫和高質量的與深度學習相關的庫文件可供調用。初學者只需調用相關庫文件，不必學習高深的神經網絡相關知識就可以簡單地實現機器深度學習的技術，如花朵識別技術等，這極大降低了初學者的學習難度。

今天，沿著自己探索Python人工智能技術之路，秉承“讓學習變成好玩的東西”的教育理念，我整理自學Python筆記編冊成書，供熱心于Python創造的學生和社會人士使用。書中精選最貼近生活的、淺顯易懂的實際問題，采用手把手實例講解的方式，解決初學者可能遇到的門檻問題，幫助初學者少走彎路，邁好踏入Python人工智能深度學習殿堂的第一步，打好進一步提高的知識基礎，解決創新智能技術瓶頸問題，拓寬創新智能領域，提高社會創造力。期待此書能為社會培養更多的人工智能編程技術人才。

本書是一本Python人工智能編程課程教材，作為教學課程教材，全書共分為7章。

第1章“從這里開始認識Python”，結合人工智能及其編程語言Python的例子，通過認識Python、知道Python能做什么、了解Python與人工智能的關系、掌握Python的安裝方法及其基本編程過程來開啟人工智能解決問題的神秘之門。第2章“Python語法基礎”，從一些生動有趣的具體實例出發，在實驗過程中學習Python基礎語法，把枯燥無味的語法變為有趣的活動課堂，讓學生盡快掌握Python語言基礎知識。第3章“Python程序設計”，通過一些真實的生活案例，沿著程序的順序、選擇、循環等基本結構之路，學習如何使用Python語言編寫程序并解決真實問題，掌握Python的基本語句、程序的基本結構和基本思想與方法，培養學生的計算思維和編程能力。第4章“數據結構”，從一些現實生活實例出發，在上機實驗過程中學習列表、元組、字典、集合、函數、類、標準庫及模塊等數據類型使用方法，掌握數據結構基礎語法，把抽象的語法變為形象具體的活動課堂，讓學生盡快掌握Python數據結構基礎知識。第5章“數據庫及應用”，通過圖形用戶界面、軟件測試及打包、線程及進程、Web及數據庫應用開發等內容的學習，掌握Python軟件開發的一般流程。以STEM教育理念為指導，開展項目學習，讓學生體驗研究和創造的樂趣，培養學生創新設計的意識與能力。第6章“大數據應用”，通過Python爬蟲程序設計與實現，以爬取Excel數據分析處理過程為例，體驗大數據獲取、分析、處理等應用過程，揭開人工智能大數據應用開發的神秘面紗。第7章“人工智能”，以具體實例講解靜態人臉識別、圖像識別、視頻動態人臉識別、智能聊天機器人、微信語音聊天機器人、圖文識別、語音識別以及花朵識別等人工智能深度學習技術的實現過程，章后設計了較為開放的任務，給學生充分的想象與創新空間。

使用本書時，建議通讀目錄，精讀章首導言。章首導言敘述了該章的學習目標和學習內容，讓讀者對該章有一個總體認識，也可以在學完該章后進行自我評價時有一個參照標準。在學習過程中，讀者會發現書中有一些黑體字的欄目，如“知識鏈接”“課堂任務”“探究活動”“課堂練習”“思維拓展”等，它們會幫助讀者更好地理解本章的內容，指導讀者有效開展學習活動。例如，“知識鏈接”是為完成學習目標而設置的相關知識內容；“課堂任務”是明確學習任務；“探究活動”是讓讀者在學習活動中培養團體合作意識和創新意識，提高研究能力；“思維拓展”是告訴讀者在課本知識之外還可以做什么，幫助讀者構建創造性思維，引導創新。

本書的編寫得到了許多專家的關注，他們提出了很多寶貴的意見和建議，在此我深表謝意。其中，曹金華老師給我提供了網絡爬蟲和網絡詞云處理的課程實例，尹曉華老師給我提供了開發工具，在此一并致謝。

由于編寫時間倉促，編者水平有限，書中疏漏或不妥之處在所難免，敬請廣大讀者、同仁不吝指教，予以指正。

編者

2019年7月31日