人工智能初階：Python 編程基礎

序 林達華 7

第一章 人工智能概述 9
從人類智能到人工智能 10
人工智能可以做甚麼？ 12
關於人工智能的一些思考和討論 20
人工智能與第四次工業革命 23
假如你生活在人工智能高速發展的明天 24

第二章 Python 編程初步 ― 用程序與小車對話 25
2.1 Python 編程基礎 27
Python 中的變量 27
Python 語言常見運算符 28
Python 程序中的註釋 29
2.2 小車的基本運動 30
通過指令與小車互動 30
倒車的實現 33
小車的轉向 34
小車的直角轉向 39
2.3 定義新的函數 43
函數的認識 43
函數的使用 45
程序流程圖 46
2.4 傳感器及其基本應用 49
觸動傳感器 49
超聲波傳感器 51
顏色傳感器 52
利用傳感器進行避障 55
2.5 分支結構和條件語句 58
if 語句― 單分支結構 58
if / else 語句― 雙分支結構 61
if / elif … / else 語句― 多分支結構 62 2.6 循環結構 66
for 語句 68
while 語句 70
2.7 循線小車的原理 74
循線小車的原理 75
原理的程序實現 76
循環結構的應用 77
本章小結 81

第三章 多傳感器測距 83
3.1 機械人定位與坐標的表示 85
速度與路程 86
平均速度 86
定位預測 87
平面直角坐標系 88
3.2 誤差是如何產生的 90
預測誤差的產生 90
誤差的表示 91
減少誤差的方法 93
3.3 直線的表示及速度擬合 95
直線的表示 95
更準確地估計平均速度 96
代數求解法 98
幾何求解法 99
3.4 單傳感器測距 103
3.5 多傳感器融合 106
平均化 106
擇優選擇 107
3.6 羅賓漢打靶 113
羅賓漢的傳說 113
實驗概述 114
實驗操作 114
實驗評價 114
本章小結 115

 

序

　　人工智能技術的突破帶來了新一次的科技浪潮。人工智能技術的廣泛應用給我們的生活帶來了前所未有的便捷，同時也在重塑着社會的方方面面。我們的年輕一代將要面對一個和人工智能共存的世界。他們需要理解人工智能會給我們帶來甚麼樣的挑戰，以及如何善用這種新興的技術創造價值。

　　2018 年，商湯科技與商務印書館（北京）合作發佈了全球第一本面向中學教學的人工智能教材《人工智能基礎（高中版）》，在中國內地以及全球多個國家與地區引起關注。過去一年，已經有多個中學選用這本教材開設人工智能課程。我們從第一線的教學實踐中獲得了很多積極而有價值的回饋。很多老師熱切希望，我們能把人工智能教學帶進初中的課堂。於是，我們在首部教材的經驗基礎上，和許多優秀的初中老師攜手展開了初中版教材的編撰工作。

　　相比於之前的高中版，這一部教材進一步強調了技術與生活的結合。每一章的設計都遵循「從生活中來，到生活中去」的原則，從一個貼近生活的應用出發，引出相關的知識，並通過富有創意的小項目讓同學可以運用所學的知識解決生活中的問題。同時，教材也結合這些實踐項目的展開，循序漸進地介紹Python 程序設計的知識，讓同學從中學到通過編寫程序解決問題的經驗。

　　香港是國際都會，香港的大學也在人工智能的研究中一直走在國際前沿，並孕育了像商湯科技這樣的人工智能領先企業。我們深信創科行業尤其是人工智能的發展對於香港意義重大。蓬勃發展的創科行業不僅可以為香港的經濟和產業帶來新的活力，也能為年輕一代提供廣闊的施展才華的空間。在剛結束不久的首屆國際中學生人工智能交流展示會上，來自香港的同學展示了非常具有創造力的作品，令人印象深刻。

　　透過《人工智能》系列教程在本地發行，我們希望可以給香港的同學展示一個充滿魅力的人工智能的世界，鼓勵更多的同學了解與學習人工智能。我們也希望，同學們通過這一課程的學習，可以逐步養成把知識和創意相結合的能力，利用人工智能技術，令我們的世界更美好。