人工智能進階：圖像處理與機器學習

序 林達華 5

第一章 圖像處理基礎 7
1.1 成像機制的探索 9
小孔成像 9
照相機的原理 11
1.2 圖像的表示 15
像素與二維數組 15
分辨率 19
1.3 圖像的訪問 21
計算機訪問圖片 21
計算機修改圖片 22
1.4 彩色圖像的表示 24
RGB 24
三維數組表示彩色圖片 26
1.5 圖像處理算法 28
圖像處理 28
人臉關鍵點提取 30
圖像變換 31
1.6 單元項目― 動態表情包製作 36
本章小結 39

第二章 機器學習初探 41
2.1 從預測說起 43
建立機器與現實世界的連接 44
從觀察到結論的映射 46
一元一次線性函數 49
2.2 對預測函數的評價 53
2.3 從數據中學習 56
監督學習概覽 56
一種簡單的學習策略 58
2.4 數據對性能的影響 64
2.5 從回歸到分類 68
2.6 對分類預測函數的評價 73
2.7 分類函數的訓練（拓展小節） 77
2.8 分類器的封裝與調用 81
本章小結 86

 

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。