Python人工智能

    这是一本专门针对中学生和中专、中技、中职、大专等院校学生的编程学习用书。作者选用真实问题为课例，能够有效地激起学习者的兴趣。书中介绍的图像识别、人脸识别、语音识别等人工智能技术均应用实例，以求由浅入深地帮助学习者轻松学习Python编程，从认识Python、了解语法，到编程入门，再到了解人工智能应用的开发，把学习Python编程变成好玩的事情。通过本书的学习，学生可以爱上编程、学会编程，甚至*后成为一位真正的编程高手。 

    本书系统地介绍了基于Python 平台的人工智能的原理及实现过程，全书共7 章。第1 章“从这里开始认 识Python”，介绍人工智能及Python 基础知识；第2 章“Python 语法基础”，通过生动有趣的实验实例介绍 Python 编程语法知识；第3 章“Python 程序设计”，以实例为基础，介绍Python 的编程方法；第4 章“数据 结构”，通过范例介绍列表、元组、字典、集合、函数等数据结构的使用方法；第5 章“数据库及应用”，主 要介绍Python 数据库应用及Web 应用开发技术，通过实例讲解Python 数据库应用；第6 章“大数据应用”， 基于实例，主要介绍网络爬虫、Excel 数据爬取及分析处理等技术，了解数据挖掘分析处理等大数据应用技 术的一般设计流程；第7 章“人工智能”，以具体实例讲解照片人脸识别、图像识别、视频人脸识别、聊天 机器人、微信语音聊天机器人、图文识别、语音识别及花朵识别等人工智能深度学习技术。 本书图文并茂，示例丰富，讲解细致透彻，介绍深入浅出，章后练习精广，具有很强的实用性和可操作 性，适合初学或自学Python 的学生，可作为中小学STEM 教育或培训机构的人工智能课程教材，也可作为 大中专院校人工智能、软件工程、计算机等专业以及相关课程的教材或参考书，还可以当作全国计算机二级 （Python）考试的教材使用。

第1 章   从这里开始认识Python，1
    1.1 什么是Python， 1
    1.2 Python 能做什么 ，4
    1.3 Python 与人工智能， 6
    1.4 Python 的安装， 8
    1.5 PyCharm 编辑器的安装，11
    1.6 Sublime Text 3 的安装以及插件配置，16
    本章学习评价，22
    第2 章 Python 语法基础，23
    2.1 我的第一组程序，23
    2.2 Python 语句及标识，25
    2.3 Python 常量与变量，31
    2.4 基本数据类型，34
    2.5 数值转换，38
    2.6 基本函数，41
    本章学习评价，45
    第3 章 Python 程序设计，47
    3.1 画图，47
    3.2 学生分数归档，53
    3.3 for/while 循环语句，59
    3.4 循环结构语句嵌套，65
    3.5 比赛对手，68
    3.6 银行账户登记系统实例，73
    3.7 万年历编程实例，76
    本章学习评价，80
    第4 章 数据结构，83
    4.1 列表的操作，83
    4.2 列表的常用算法，87
    4.3 多维列表，92
    4.4 多维列表排序，97
    4.5 元组，102
    4.6 字典，106
    4.7 集合，112
    4.8 自定义函数， 116
    4.9 类及其属性， 120
    4.10 Python 库及其模块，127
    本章学习评价，135
    第5 章 数据库及应用，138
    5.1 图形用户界面，138
    5.2 进程与线程， 144
    5.3 数据库操作， 148
    5.4 Web 应用入门，153
    5.5 测试与打包， 157
    5.6 实现购物车实例，161
    5.7 Python MySQL 学生成绩管理系统，163
    本章学习评价，170
    第6 章 大数据应用，171
    6.1 爬取Excel 表格数据，171
    6.2 Python 爬取Excel 数据，175
    6.3 Python 数据处理，178
    6.4 简单爬虫，181
    6.5 网络爬虫，185
    6.6 网络词云处理，192
    本章学习评价，197
    第7 章 人工智能，198
    7.1 静态照片人脸识别，198
    7.2 图像识别技术，201
    7.3 视频人脸识别，205
    7.4 智能聊天机器人，210
    7.5 微信语音聊天机器人，214
    7.6 图文识别技术，218
    7.7 语音识别技术，223
    7.8 拍图识花技术，228
    本章学习评价，235
    参考文献，236

前言
      随着深度学习技术的不断发展，指纹识别、人脸识别、航拍、无人驾驶等应用了深度学习方法和贴近人们日常生活的技术，可以说深刻地改变了人们的学习、生活和消费方式。人工智能时代来了！最近，Alphago、视频识别、指纹解锁、图像识别、语音转文字、无人物流、医疗影像、机器人看病、作文智能批改等一系列事件，使我们深切感受到人工智能正在改变我们的认知和工作方式。因此，人工智能时代的到来使我们好奇兴奋，带给我们许多惊喜。
    2015 年，政府工作报告中首次出现“创客”一词，李克强总理在报告中专门提到“大众
      创业，万众创新”。当年我也申报了广东省教育科研规划课题《基于项目学习的高中创客教育实践研究》并获得立项。历经两年多的刻苦钻研，我开发了一门名为“Arduino   创客之路—智能感知技术基础”的课程并得以实施，学生实践创新能力有所提高。但是，在创客教育课程教学中，我也碰到了创新智能技术瓶颈问题，感知智能始终要依靠人的预定程序执行，缺少会思考和自主学习的智能。此时，我想到了人工智能的深度学习技术，然而由于深度学习技术的基础属于人工智能中神经网络相关的知识范畴，神经网络的研究又基于线性代数、矩阵运算、微积分、图论、概率论等复杂的数学理论，市面上出版的相关书籍也是开篇就讲这些数学理论基础，这让很多创客初学者望而生畏。
    2017 年，教育部印发《普通高中课程方案（2017 年版）》，国务院也相继印发了《新一代人工智能发展规划》。2018   年，已经有省市率先将编程列入高考。Python   语言被部分省份纳入信息技术高考指定内容之一。这预示着编程课程将全面进入中小学课堂。因此，我开始自学Python   语言编程，很快掌握人脸识别、图文识别等技术。学习期间发现Python 有丰富的标准库和高质量的与深度学习相关的库文件可供调用。初学者只需调用相关库文件，不必学习高深的神经网络相关知识就可以简单地实现机器深度学习的技术，如花朵识别技术等，这极大降低了初学者的学习难度。
    今天，沿着自己探索Python 人工智能技术之路，秉承“让学习变成好玩的东西”的教育
    理念，我整理自学Python 笔记编册成书，供热心于Python   创造的学生和社会人士使用。书中精选最贴近生活的、浅显易懂的实际问题，采用手把手实例讲解的方式，解决初学者可能遇到的门槛问题，帮助初学者少走弯路，迈好踏入Python   人工智能深度学习殿堂的第一步，打好进一步提高的知识基础，解决创新智能技术瓶颈问题，拓宽创新智能领域，提高社会创造力。期待此书能为社会培养更多的人工智能编程技术人才。
    本书是一本Python 人工智能编程课程教材，作为教学课程教材，全书共分为7 章。
    第 1 章“从这里开始认识Python”，结合人工智能及其编程语言Python 的例子，通过认识Python、知道Python   能做什么、了解Python 与人工智能的关系、掌握Python 的安装方法及其基本编程过程来开启人工智能解决问题的神秘之门。第2 章“Python   语法基础”，从一些生动有趣的具体实例出发，在实验过程中学习Python 基础语法，把枯燥无味的语法变为有趣的活动课堂，让学生尽快掌握Python   语言基础知识。第3 章“Python 程序设计”，通过一些Python   人工智能真实的生活案例，沿着程序的顺序、选择、循环等基本结构之路，学习如何使用Python 语言编写程序并解决真实问题，掌握Python   的基本语句、程序的基本结构和基本思想与方法，培养学生的计算思维和编程能力。第4   章“数据结构”，从一些现实生活实例出发，在上机实验过程中学习列表、元组、字典、集合、函数、类、标准库及模块等数据类型使用方法，掌握数据结构基础语法，把抽象的语法变为形象具体的活动课堂，让学生尽快掌握Python   数据结构基础知识。第5 章“数据库及应用”，通过图形用户界面、软件测试及打包、线程及进程、Web 及数据库应用开发等内容的学习，掌握Python   软件开发的一般流程。以STEM 教育理念为指导，开展项目学习，让学生体验研究和创造的乐趣，培养学生创新设计的意识与能力。
    第6 章“大数据应用”，通过Python 爬虫程序设计与实现，以爬取Excel   数据分析处理过程为例，体验大数据获取、分析、处理等应用过程，揭开人工智能大数据应用开发的神秘面纱。
    第7   章“人工智能”，以具体实例讲解静态人脸识别、图像识别、视频动态人脸识别、智能聊天机器人、微信语音聊天机器人、图文识别、语音识别以及花朵识别等人工智能深度学习技术的实现过程，章后设计了较为开放的任务，给学生充分的想象与创新空间。
    使用本书时，建议通读目录，精读章首导言。章首导言叙述了该章的学习目标和学习内
    容，让读者对该章有一个总体认识，也可以在学完该章后进行自我评价时有一个参照标准。
      在学习过程中，读者会发现书中有一些黑体字的栏目，如“知识链接”“课堂任务”“探究活动”“课堂练习”“思维拓展”等，它们会帮助读者更好地理解本章的内容，指导读者有效开展学习活动。例如，“知识链接”是为完成学习目标而设置的相关知识内容；“课堂任务”是明确学习任务；“探究活动”是让读者在学习活动中培养团体合作意识和创新意识，提高研究能力；“思维拓展”是告诉读者在课本知识之外还可以做什么，帮助读者构建创造性思维，引导创新。
    本书的编写得到了许多专家的关注，他们提出了很多宝贵的意见和建议，在此我深表谢
    意。其中，曹金华老师给我提供了网络爬虫和网络词云处理的课程实例，尹晓华老师给我提供了开发工具，在此一并致谢。
    由于编写时间仓促，编者水平有限，书中疏漏或不妥之处在所难免，敬请广大读者、同
    仁不吝指教，予以指正。
    编 者
    2019 年7 月31 日