从石器时代到智能时代—青少年人工智能启蒙

2016年，机器人阿尔法围棋战胜了世界围棋冠军李世石，机器智能战胜了人类智能，一个新的时代—智能时代开启了。

最近几年，人工智能技术迅猛发展，人工智能产品逐渐走进了普通人的生活和工作中。在家庭生活中，扫地机器人、智能音箱、智能家电等产品给人们的生活带来了极大的便利；在智能化工厂，工业机器人能够进行自动焊接、切割、拼装、喷漆……；在很多领域，智能机器逐渐取代了人类的工作，无人停车场、无人超市、无人银行、无人酒店开始出现。

一百多年前，电的使用彻底改变了人类的生活和工作方式；最近几十年，计算机和互联网的迅速普及给人类的工作和生活带来了颠覆性变化；现在，迅速发展的人工智能技术正给人类的生活带来巨大变化。很多职业将会被人工智能技术取代，但同时也会产生很多新的职业；未来，大多数行业都将和人工智能技术结合，从而实现智能化转型。

现在的孩子们生长在智能信息时代，自小便接触、使用各种智能产品。在他们的世界里，智能产品似乎与生俱来就是生活中不可或缺的一部分。很多孩子虽然会熟练地使用智能产品，但缺少对科技发展史、人工智能和核心技术的了解，更不了解智能技术的发展会给人类未来带来什么影响。

2017年7月，我国政府发布了《新一代人工智能发展规划》，提出“人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。”要“为抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国”，要“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。

智能时代刚刚开启，这是一个技术更新特别迅速的时代，这也将是一个更加富有挑战的时代。现在的青少年是未来智能时代的主角，需要面对更多的挑战。所以他们不仅仅需要会使用智能产品，还需要了解智能技术的运作原理，要有创新能力，有适应快速变化的能力，有面对不确定性未来的能力和勇气。

了解人类的科技发展历史，能够帮助孩子们全面地知晓科学技术发展的历程，知道所有科学成就都是建立在人类一步一步发展的科学技术基础上的。

从石器时代到智能时代，人类积累的知识越来越多，科学技术发展的速度越来越快。这些积累的知识都是数据，人类的智慧就是建立在这些知识数据基础之上的。

机器智能和人类智能类似，也是建立在大数据基础之上的。信息时代，数据的累积为人工智能技术的发展奠定了基础。计算机硬件技术的发展、计算能力的提高、算法的进步也都为人工智能的发展提供了助力。

智能时代是信息时代的延续，智能时代是信息时代发展到巅峰的产物。

当清楚地了解了人类的科学技术发展历史以后，知道“科技进步是人类发展的必然”，我们就不会担忧未来被机器人取代，不会忧惧被机器人抢了工作。我们只需要乐观积极地为未来做好准备。

本书第1章介绍了人类的科学技术发展史，从石器时代、陶器时代、青铜器时代与铁器时代，到第一次工业革命、第二次工业革命、信息革命，一直到现在的智能时代，捋清了人类科技发展的脉络，并介绍了人工智能的概念。

没有计算机技术的发展就不会有人工智能技术的出现。人工智能技术是建立在计算机技术发展基础之上的，第2章介绍了计算机技术基础，包括计算机硬件和软件的构成以及计算机语言。

互联网将计算机连成网络，并且连接的范围越来越广，连接的设备越来越多，物物相连、万物互联，构成物联网，为人工智能技术的发展提供了助力。第3章介绍了互联网和物联网的发展历程和基础知识。

人工智能技术发展的三大基石是：数据、算法和算力。本书第4章、第5章、第6章分别围绕三大基石进行讲解。

智能时代已经开始了，第7章介绍了我们身边的人工智能应用，展望了未来的发展趋势，以及智能时代人类最重要的核心竞争力是什么。

在本书的写作过程中，吴军老师所著的《全球科技通史》对本人的影响很大，从中引用了不少观点和素材，特此感谢。中国水利水电出版社万水分社的石永峰副社长对本书的编写出版给予了很大的支持和鼓励，在此表示感谢。

书稿完成后，作者邀请丁一冉同学（15岁）、刘芝宇同学（12岁）、丁思琪同学（11岁）、王心悦同学（8岁）阅读书稿，从青少年角度提出建议。在此向他们表示感谢！

智能时代，属于你们—正在长大的孩子们！

作者邮箱是dh65@qq.com，QQ讨论群712978329，欢迎读者朋友来信、进群交流讨论。

作者

2022年10月

第1章　从石器时代到智能时代—人类科学技术发展史 1
1.1　人类和其他动物的区别是什么 2
1.2　人类的科学技术发展历史 4
1.2.1　石器时代—人类学会了制造工具 4
1.2.2　陶器时代—人类学会了创造工具 6
1.2.3　青铜器时代与铁器时代—冶金技术的发展 8
1.2.4　数字和进制的发明—数学从这里开始 11
1.2.5　文字的发明—文明开始被记载和传承 14
1.2.6　科学的诞生—从技术发明到科学理论 17
1.2.7　纸张的发明—文明有了载体 21
1.2.8　印刷术的发明—促进了知识的快速传播 24
1.2.9　近代科学的发展—人类科技文明开始进入快速发展阶段 28
1.2.10　第一次工业革命—蒸汽机带领人类进入机械时代 32
1.2.11　第二次工业革命—电带领人类进入电气时代 35
1.2.12　第三次工业革命—计算机带领人类进入信息时代 38
1.3　智能时代——人工智能是什么 42
本章小结 44
第2章　人工智能技术的起源—从计算机开始 45
2.1　计算机和人工智能的起源 46
2.1.1　计算机和人工智能之父—图灵 46
2.1.2　图灵测试 47
2.1.3　计算机的工作原理 49
2.1.4　人工智能的工作原理 50
2.1.5　计算机系统（或者人工智能系统）的构成 53
2.2　硬件 54
2.2.1　输出设备 54
2.2.2　输入设备 57
2.2.3　机箱里面有什么 59
2.2.4　嵌入式计算机 66
2.3　软件 67
2.3.1　计算机中的软件 67
2.3.2　智能产品中的软件 71
2.4　计算机语言 72
2.4.1　什么是计算机语言 72
2.4.2　什么是程序 73
2.4.3　一个重要的公式：程序=数据结构+算法 74
本章小结 76
第3章　从互联网到物联网—从计算机相连到万物互联 78
3.1　互联网的起源和发展 79
3.1.1　互联网的起源 79
3.1.2　互联网的功能 80
3.1.3　互联网对我们生活的影响 82
3.2　物联网——物物相连，万物互联 83
3.2.1　从互联网到物联网 83
3.2.2　物联网中的传感器—人工智能系统的神经末梢 85
3.2.3　物联网对人工智能发展的影响 86
本章小结 88
第4章　人工智能发展的三大支柱之数据 90
4.1　数据和大数据 91
4.1.1　什么是数据 91
4.1.2　什么是大数据 92
4.2　大数据主要来自哪里 93
4.2.1　四季轮回中的数据 93
4.2.2　一日三餐中的数据 95
4.2.3　大数据来自哪里 98
4.3　大数据有什么用 102
4.3.1　一个案例—手机最了解你 102
4.3.2　又一个案例—大数据技术可以随时监测健康状况 103
4.3.3　大数据有什么用 105
4.3.4　保护数据隐私 108
本章小结 109
第5章　人工智能发展的三大支柱之算法 110
5.1　什么是算法 111
5.2　让我们一起来设计算法 112
5.3　人工智能技术的典型算法—人工神经网络 120
5.3.1　人脑神经网络 120
5.3.2　人工神经网络 121
5.3.3　人工神经网络的训练 124
5.3.4　人工神经网络的应用 124
本章小结 125
第6章　人工智能发展的三大支柱之算力 127
6.1　算力的发展 128
6.1.1　计算工具的发展 128
6.1.2　集成电路和摩尔定律 129
6.1.3　专用集成电路芯片 135
6.2　超级计算机 136
6.3　云计算 139
6.3.1　服务器 139
6.3.2　什么是云计算 139
6.3.3　云计算服务 140
6.4　智算中心和我国的“东数西算”工程 142
6.4.1　智算中心 142
6.4.2　我国的“东数西算”工程 142
本章小结 144
第7章　未来已来—拥抱未来世界 145
7.1　我们身边的人工智能应用 146
7.1.1　智能手机 146
7.1.2　图书馆的自动借还书机 148
7.1.3　智慧停车场 149
7.1.4　无人驾驶汽车 150
7.1.5　围棋人机对弈软件 151
7.2　未来的世界和未来的我们 152
7.2.1　人工智能的发展趋势 152
7.2.2　机器人会伤害人类吗 155
7.2.3　未来的世界 157
7.2.4　未来的我们 164

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