描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111688082丛书名: 物联网核心技术丛书
内容简介
本书重点阐述利用机器学习、深度学习、自然语言处理等多种方法，以及当前流行的Python库——Tensorflow和Keras构建实时数据的智能物联网IOT系统。还给出了工业物联网、智能城市和家庭自动化等物联网主要应用领域的实际案例。
目 录
译者序
前言
作者简介
审阅者简介
第1章 物联网与人工智能的原理和基础 1
1.1 什么是物联网 1
1.1.1 物联网参考模型 3
1.1.2 物联网平台 4
1.1.3 物联网垂直领域 4
1.2 大数据和物联网 5
1.3 人工智能的注入：物联网中的数据科学 6
1.3.1 数据挖掘跨行业标准流程 7
1.3.2 人工智能平台和物联网平台 8
1.4 本书使用的工具 9
1.4.1 TensorFlow 9
1.4.2 Keras 10
1.4.3 数据集 11
1.5 小结 13
第2章 面向物联网的数据访问和分布式处理 14
2.1 TXT格式 14
2.1.1 使用Python读写TXT文件 15
2.2 CSV格式 16
2.2.1 使用csv模块读写CSV文件 16
2.2.2 使用pandas模块读写CSV文件 18
2.2.3 使用NumPy模块读写CSV文件 20
2.3 XLSX格式 20
2.3.1 使用OpenPyXl模块读写XLSX文件 21
2.3.2 使用pandas模块读写XLSX文件 22
2.4 JSON格式 22
2.4.1 使用JSON模块读写JSON文件 22
2.4.2 使用pandas模块读写JSON文件 23
2.5 HDF5格式 24
2.5.1 使用PyTables模块读写HDF5文件 24
2.5.2 使用pandas模块读写HDF5文件 25
2.5.3 使用h5py模块读写HDF5文件 26
2.6 SQL数据 27
2.6.1 SQLite数据库引擎 27
2.6.2 MySQL数据库引擎 29
2.7 NoSQL数据 29
2.8 HDFS分布式文件系统 31
2.8.1 使用hdfs3模块操作HDFS 31
2.8.2 使用PyArrow 的文件系统接口操作HDFS 32
2.9 小结 32
第3章 用于物联网的机器学习 33
3.1 机器学习与物联网 33
3.2 学习范式 34
3.3 用线性回归进行预测 35
3.3.1 用回归预测电力输出 36
3.4 分类的逻辑回归 39
3.4.1 交叉熵损失函数 40
3.4.2 用逻辑回归分类葡萄酒 40
3.5 用支持向量机分类 42
3.5.1 间隔分类超平面 43
3.5.2 核技巧 44
3.5.3 用SVM分类葡萄酒 45
3.6 朴素贝叶斯分类器 47
3.6.1 用高斯朴素贝叶斯分类器评估葡萄酒质量 47
3.7 决策树 49
3.7.1 scikit 中的决策树 51
3.7.2 决策树实践 52
3.8 集成学习 54
3.8.1 投票分类器 54
3.8.2 bagging与pasting 55
3.9 改进模型的窍门与技巧 56
3.9.1 特征缩放以解决不均匀的数据尺度 56
3.9.2 过拟合 57
3.9.3 “没有免费的午餐”定理 58
3.9.4 超参数调整和网格搜索 58
3.10 小结 59
第4章 用于物联网的深度学习 60
4.1 深度学习基础 60
4.1.1 深度学习为何如此流行 62
4.1.2 人工神经元 62
4.1.3 在TensorFlow中建模单个神经元 67
4.2 用于回归和分类任务的多层感知器 71
4.2.1 反向传播算法 72
4.2.2 使用TensorFlow中的MLP进行电力输出预测 74
4.2.3 使用TensorFlow中的MLP进行葡萄酒质量分类 77
4.3 卷积神经网络 80
4.3.1 CNN中的不同层 80
4.3.2 一些流行的CNN模型 83
4.3.3 用LeNet识别手写数字 84
4.4 递归神经网络 88
4.4.1 长短时记忆网络 90
4.4.2 门控递归单元 93
4.5 自编码器 94
4.5.1 去噪自编码器 95
4.5.2 变分自编码器 95
4.6 小结 96
第5章 用于物联网的遗传算法 97
5.1 优化 97
5.1.1 确定与分析方法 99
5.1.2 自然优化方法 101
5.2 遗传算法概论 103
5.2.1 遗传算法 104
5.2.2 优点与缺点 106
5.3 使用Python中的分布式进化算法编写遗传算法代码 107
5.3.1 猜词 107
5.3.2 CNN架构的遗传算法 111
5.3.3 用于LSTM优化的遗传算法 117
5.4 小结 120
第6章 用于物联网的强化学习 121
6.1 引言 121
6.1.1 强化学习术语 122
6.1.2 成功案例 125
6.2 仿真环境 126
6.2.1 OpenAI gym 127
6.3 Q-学习 129
6.3.1 用Q-表解决出租车落客问题 130
6.4 Q-网络 132
6.4.1 用Q-网络解决出租车落客问题 133
6.4.2 用DQN玩Atari游戏 135
6.4.3 双DQN 143
6.4.4 决斗 DQN 143
6.5 策略梯度 144
6.5.1 为何使用策略梯度 145
6.5.2 使用策略梯度玩Pong游戏 145
6.5.3 演员–评论家算法 149
6.6 小结 150
第7章 用于物联网的生成式模型 151
7.1 引言 152
7.2 用VAE生成图像 152
7.2.1 在TensorFlow中实现VAE 153
7.3 GAN 158
7.3.1 在TensorFlow中实现vanilla GAN 159
7.3.2 深度卷积GAN 163
7.3.3 GAN的变体及其应用 168
7.4 小结 170
第8章 面向物联网的分布式人工智能 171
8.1 引言 171
8.1.1 Spark组件 172
8.2 Apache MLlib 173
8.2.1 MLlib中的回归 173
8.2.2 MLlib中的分类 177
8.2.3 使用SparkDL的迁移学习 179
8.3 H2O.ai简介 183
8.3.1 H2O AutoML 184
8.3.2 H2O中的回归 184
8.3.3 H2O中的分类 189
8.4 小结 191
第9章 个人物联网和家庭物联网 193
9.1 个人物联网 193
9.1.1 MIT的超级鞋 194
9.1.2 持续血糖监测 195
9.1.3 心律监测器 198
9.1.4 数字助理 200
9.2 物联网和智能家居 200
9.2.1 人类活动识别 201
9.2.2 智能照明 206
9.2.3 家庭监控 207
9.3 小结 208
第10章 人工智能用于工业物联网 209
10.1 人工智能工业物联网简介 209
10.1.1 一些有趣的用例 210
10.2 使用人工智能进行预测性维护 211
10.2.1 使用长短时记忆网络的预测性维护 212
10.2.2 预测性维护的优缺点 221
10.3 工业用电负荷预测 222
10.3.1 使用LSTM实现STLF 222
10.4 小结 225
第11章 人工智能用于智慧城市物联网 226
11.1 为什么需要智慧城市 226
11.2 智慧城市的组成部分 227
11.2.1 智能交通管理 228
11.2.2 智能停车 228
11.2.3 智能垃圾管理 229
11.2.4 智能警务 230
11.2.5 智能照明 230
11.2.6 智能治理 231
11.3 适应智慧城市的物联网和必要步骤 231
11.3.1 拥有开放数据的城市 232
11.3.2 利用旧金山的犯罪数据来侦查犯罪 234
11.4 挑战和收益 236
11.5 小结 237
第12章 组合应用 238
12.1 处理不同类型的数据 238
12.1.1 时间序列建模 239
12.1.2 文本数据预处理 243
12.1.3 图像的数据增强 245
12.1.4 视频文件处理 247
12.1.5 音频文件作为输入数据 248
12.2 云计算 251
12.2.1 AWS 251
12.2.2 谷歌云平台 252
12.2.3 微软Azure 252
12.3 小结 252
前言
作者简介
审阅者简介
第1章 物联网与人工智能的原理和基础 1
1.1 什么是物联网 1
1.1.1 物联网参考模型 3
1.1.2 物联网平台 4
1.1.3 物联网垂直领域 4
1.2 大数据和物联网 5
1.3 人工智能的注入：物联网中的数据科学 6
1.3.1 数据挖掘跨行业标准流程 7
1.3.2 人工智能平台和物联网平台 8
1.4 本书使用的工具 9
1.4.1 TensorFlow 9
1.4.2 Keras 10
1.4.3 数据集 11
1.5 小结 13
第2章 面向物联网的数据访问和分布式处理 14
2.1 TXT格式 14
2.1.1 使用Python读写TXT文件 15
2.2 CSV格式 16
2.2.1 使用csv模块读写CSV文件 16
2.2.2 使用pandas模块读写CSV文件 18
2.2.3 使用NumPy模块读写CSV文件 20
2.3 XLSX格式 20
2.3.1 使用OpenPyXl模块读写XLSX文件 21
2.3.2 使用pandas模块读写XLSX文件 22
2.4 JSON格式 22
2.4.1 使用JSON模块读写JSON文件 22
2.4.2 使用pandas模块读写JSON文件 23
2.5 HDF5格式 24
2.5.1 使用PyTables模块读写HDF5文件 24
2.5.2 使用pandas模块读写HDF5文件 25
2.5.3 使用h5py模块读写HDF5文件 26
2.6 SQL数据 27
2.6.1 SQLite数据库引擎 27
2.6.2 MySQL数据库引擎 29
2.7 NoSQL数据 29
2.8 HDFS分布式文件系统 31
2.8.1 使用hdfs3模块操作HDFS 31
2.8.2 使用PyArrow 的文件系统接口操作HDFS 32
2.9 小结 32
第3章 用于物联网的机器学习 33
3.1 机器学习与物联网 33
3.2 学习范式 34
3.3 用线性回归进行预测 35
3.3.1 用回归预测电力输出 36
3.4 分类的逻辑回归 39
3.4.1 交叉熵损失函数 40
3.4.2 用逻辑回归分类葡萄酒 40
3.5 用支持向量机分类 42
3.5.1 间隔分类超平面 43
3.5.2 核技巧 44
3.5.3 用SVM分类葡萄酒 45
3.6 朴素贝叶斯分类器 47
3.6.1 用高斯朴素贝叶斯分类器评估葡萄酒质量 47
3.7 决策树 49
3.7.1 scikit 中的决策树 51
3.7.2 决策树实践 52
3.8 集成学习 54
3.8.1 投票分类器 54
3.8.2 bagging与pasting 55
3.9 改进模型的窍门与技巧 56
3.9.1 特征缩放以解决不均匀的数据尺度 56
3.9.2 过拟合 57
3.9.3 “没有免费的午餐”定理 58
3.9.4 超参数调整和网格搜索 58
3.10 小结 59
第4章 用于物联网的深度学习 60
4.1 深度学习基础 60
4.1.1 深度学习为何如此流行 62
4.1.2 人工神经元 62
4.1.3 在TensorFlow中建模单个神经元 67
4.2 用于回归和分类任务的多层感知器 71
4.2.1 反向传播算法 72
4.2.2 使用TensorFlow中的MLP进行电力输出预测 74
4.2.3 使用TensorFlow中的MLP进行葡萄酒质量分类 77
4.3 卷积神经网络 80
4.3.1 CNN中的不同层 80
4.3.2 一些流行的CNN模型 83
4.3.3 用LeNet识别手写数字 84
4.4 递归神经网络 88
4.4.1 长短时记忆网络 90
4.4.2 门控递归单元 93
4.5 自编码器 94
4.5.1 去噪自编码器 95
4.5.2 变分自编码器 95
4.6 小结 96
第5章 用于物联网的遗传算法 97
5.1 优化 97
5.1.1 确定与分析方法 99
5.1.2 自然优化方法 101
5.2 遗传算法概论 103
5.2.1 遗传算法 104
5.2.2 优点与缺点 106
5.3 使用Python中的分布式进化算法编写遗传算法代码 107
5.3.1 猜词 107
5.3.2 CNN架构的遗传算法 111
5.3.3 用于LSTM优化的遗传算法 117
5.4 小结 120
第6章 用于物联网的强化学习 121
6.1 引言 121
6.1.1 强化学习术语 122
6.1.2 成功案例 125
6.2 仿真环境 126
6.2.1 OpenAI gym 127
6.3 Q-学习 129
6.3.1 用Q-表解决出租车落客问题 130
6.4 Q-网络 132
6.4.1 用Q-网络解决出租车落客问题 133
6.4.2 用DQN玩Atari游戏 135
6.4.3 双DQN 143
6.4.4 决斗 DQN 143
6.5 策略梯度 144
6.5.1 为何使用策略梯度 145
6.5.2 使用策略梯度玩Pong游戏 145
6.5.3 演员–评论家算法 149
6.6 小结 150
第7章 用于物联网的生成式模型 151
7.1 引言 152
7.2 用VAE生成图像 152
7.2.1 在TensorFlow中实现VAE 153
7.3 GAN 158
7.3.1 在TensorFlow中实现vanilla GAN 159
7.3.2 深度卷积GAN 163
7.3.3 GAN的变体及其应用 168
7.4 小结 170
第8章 面向物联网的分布式人工智能 171
8.1 引言 171
8.1.1 Spark组件 172
8.2 Apache MLlib 173
8.2.1 MLlib中的回归 173
8.2.2 MLlib中的分类 177
8.2.3 使用SparkDL的迁移学习 179
8.3 H2O.ai简介 183
8.3.1 H2O AutoML 184
8.3.2 H2O中的回归 184
8.3.3 H2O中的分类 189
8.4 小结 191
第9章 个人物联网和家庭物联网 193
9.1 个人物联网 193
9.1.1 MIT的超级鞋 194
9.1.2 持续血糖监测 195
9.1.3 心律监测器 198
9.1.4 数字助理 200
9.2 物联网和智能家居 200
9.2.1 人类活动识别 201
9.2.2 智能照明 206
9.2.3 家庭监控 207
9.3 小结 208
第10章 人工智能用于工业物联网 209
10.1 人工智能工业物联网简介 209
10.1.1 一些有趣的用例 210
10.2 使用人工智能进行预测性维护 211
10.2.1 使用长短时记忆网络的预测性维护 212
10.2.2 预测性维护的优缺点 221
10.3 工业用电负荷预测 222
10.3.1 使用LSTM实现STLF 222
10.4 小结 225
第11章 人工智能用于智慧城市物联网 226
11.1 为什么需要智慧城市 226
11.2 智慧城市的组成部分 227
11.2.1 智能交通管理 228
11.2.2 智能停车 228
11.2.3 智能垃圾管理 229
11.2.4 智能警务 230
11.2.5 智能照明 230
11.2.6 智能治理 231
11.3 适应智慧城市的物联网和必要步骤 231
11.3.1 拥有开放数据的城市 232
11.3.2 利用旧金山的犯罪数据来侦查犯罪 234
11.4 挑战和收益 236
11.5 小结 237
第12章 组合应用 238
12.1 处理不同类型的数据 238
12.1.1 时间序列建模 239
12.1.2 文本数据预处理 243
12.1.3 图像的数据增强 245
12.1.4 视频文件处理 247
12.1.5 音频文件作为输入数据 248
12.2 云计算 251
12.2.1 AWS 251
12.2.2 谷歌云平台 252
12.2.3 微软Azure 252
12.3 小结 252
前 言
本书旨在使读者能够构建支持人工智能的物联网应用程序。随着物联网设备的普及，许多应用程序使用数据科学工具来分析所产生的TB量级数据。但是，这些应用程序不足以应对物联网数据中不断涌现的新模式带来的挑战。本书涵盖人工智能理论和实践的各个方面，读者可以利用这些知识通过实施人工智能技术来使他们的物联网解决方案变得更加智能。
本书首先介绍人工智能和物联网设备的基础知识，以及如何从各种数据源和信息流中读取物联网数据。然后通过TensorFlow、scikit-learn和Keras三个实例讲解实现人工智能的各种方法。本书涵盖的主题包括机器学习、深度学习、遗传算法、强化学习和生成对抗网络，并且向读者展示了如何使用分布式技术和在云上实现人工智能。一旦读者熟悉了人工智能技术，书中就会针对物联网设备生成和处理的不同类型数据，如时间序列、图像、音频、视频、文本和语音，介绍各种相关的技术。
在解释了针对各种物联网数据的人工智能技术之后，本书后与读者分享了一些与四大类物联网——个人物联网、家庭物联网、工业物联网和智慧城市物联网解决方案有关的案例研究。
本书受众
本书受众：他们对物联网应用程序开发和Python有基本了解，并希望通过应用人工智能技术使其物联网应用程序更智能。可能包括以下人员：
已经知道如何构建物联网系统的物联网从业者，但现在他们希望实施人工智能技术使其物联网解决方案变得智能。
一直在使用物联网平台进行分析的数据科学从业者，但现在他们希望从物联网分析过渡到物联网AI，从而使物联网解决方案更智能。
希望为智能物联网设备开发基于人工智能的解决方案的软件工程师。
希望将智能带入产品中的嵌入式系统工程师。
本书内容
第1章介绍了物联网、人工智能和数据科学的基本概念。该章后介绍本书将使用的工具和数据集。
第2章介绍从各种数据源（如文件、数据库、分布式数据存储和流数据）访问数据的多种方法。
第3章涵盖机器学习的各个方面，如用于物联网的有监督学习、无监督学习和强化学习。该章后介绍提高模型性能的提示和技巧。
第4章探讨深度学习的各个方面，如用于物联网的MLP、CNN、RNN和自编码器，同时还介绍深度学习的各种框架。
第5章讨论优化和不同的进化技术在优化问题中的应用，重点介绍遗传算法。
第6章介绍强化学习的概念，如策略梯度和Q–网络，还介绍如何使用TensorFlow实现深度Q-网络，以及一些可以应用强化学习的很酷的现实问题。
第7章介绍对抗学习和生成学习的概念，以及如何使用TensorFlow实现GAN、DCGAN和CycleGAN，后介绍它们的实际应用程序。
第8章介绍如何在物联网应用程序的分布式模式下利用机器学习。
第9章讨论一些令人兴奋的个人和家庭物联网应用。
第10章解释如何将本书介绍的概念应用到两个具有工业物联网数据的案例研究中。
第11章解释如何将本书介绍的概念应用于智慧城市生成的物联网数据。
第12章讨论如何在将文本、图像、视频和音频数据提供给模型之前对其进行预处理，并介绍时间序列数据。
下载示例代码文件
本书的示例代码文件托管在GitHub上，地址为https://github.com/PacktPublishing/Hands-
On-Artificial-Intelligence-for-IoT，感兴趣的读者可以下载，并使用GitHub提供的Jupyter笔记本进行练习。
本书约定
黑体表示新术语、重要词汇。例如“堆栈的下面是设备层，也称为感知层”。
警告或重要说明。
提示和技巧。
本书首先介绍人工智能和物联网设备的基础知识，以及如何从各种数据源和信息流中读取物联网数据。然后通过TensorFlow、scikit-learn和Keras三个实例讲解实现人工智能的各种方法。本书涵盖的主题包括机器学习、深度学习、遗传算法、强化学习和生成对抗网络，并且向读者展示了如何使用分布式技术和在云上实现人工智能。一旦读者熟悉了人工智能技术，书中就会针对物联网设备生成和处理的不同类型数据，如时间序列、图像、音频、视频、文本和语音，介绍各种相关的技术。
在解释了针对各种物联网数据的人工智能技术之后，本书后与读者分享了一些与四大类物联网——个人物联网、家庭物联网、工业物联网和智慧城市物联网解决方案有关的案例研究。
本书受众
本书受众：他们对物联网应用程序开发和Python有基本了解，并希望通过应用人工智能技术使其物联网应用程序更智能。可能包括以下人员：
已经知道如何构建物联网系统的物联网从业者，但现在他们希望实施人工智能技术使其物联网解决方案变得智能。
一直在使用物联网平台进行分析的数据科学从业者，但现在他们希望从物联网分析过渡到物联网AI，从而使物联网解决方案更智能。
希望为智能物联网设备开发基于人工智能的解决方案的软件工程师。
希望将智能带入产品中的嵌入式系统工程师。
本书内容
第1章介绍了物联网、人工智能和数据科学的基本概念。该章后介绍本书将使用的工具和数据集。
第2章介绍从各种数据源（如文件、数据库、分布式数据存储和流数据）访问数据的多种方法。
第3章涵盖机器学习的各个方面，如用于物联网的有监督学习、无监督学习和强化学习。该章后介绍提高模型性能的提示和技巧。
第4章探讨深度学习的各个方面，如用于物联网的MLP、CNN、RNN和自编码器，同时还介绍深度学习的各种框架。
第5章讨论优化和不同的进化技术在优化问题中的应用，重点介绍遗传算法。
第6章介绍强化学习的概念，如策略梯度和Q–网络，还介绍如何使用TensorFlow实现深度Q-网络，以及一些可以应用强化学习的很酷的现实问题。
第7章介绍对抗学习和生成学习的概念，以及如何使用TensorFlow实现GAN、DCGAN和CycleGAN，后介绍它们的实际应用程序。
第8章介绍如何在物联网应用程序的分布式模式下利用机器学习。
第9章讨论一些令人兴奋的个人和家庭物联网应用。
第10章解释如何将本书介绍的概念应用到两个具有工业物联网数据的案例研究中。
第11章解释如何将本书介绍的概念应用于智慧城市生成的物联网数据。
第12章讨论如何在将文本、图像、视频和音频数据提供给模型之前对其进行预处理，并介绍时间序列数据。
下载示例代码文件
本书的示例代码文件托管在GitHub上，地址为https://github.com/PacktPublishing/Hands-
On-Artificial-Intelligence-for-IoT，感兴趣的读者可以下载，并使用GitHub提供的Jupyter笔记本进行练习。
本书约定
黑体表示新术语、重要词汇。例如“堆栈的下面是设备层，也称为感知层”。
警告或重要说明。
提示和技巧。
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