人工智能与创新创业

　　大众创业、万众创新成为中国经济增长的新动力。人工智能技术作为创新创业过程中的一个大趋势，将引领一场更为深远的科技革命，对当今新形势下的创新创业活动产生重要的影响。本书将创新创业思想、模式识别、人工智能理论与实际应用相结合，以人工智能算法在不同领域中的应用为例，介绍了各种算法理论及其相应的 MATLAB 实现程序。全书共分为 5 章，内容包括人工智能概述、神经网络、支持向量机、模拟退火算法、遗传算法、蚁群算法等，覆盖了各种常用的人工智能算法和技术。本书可作为高等院校计算机及相关专业的创新实验教学用书，为读者提供采用 MATLAB 解决实际应用问题的思路和方法。

　　许磊，女，工程师。2009年进入哈尔滨工业大学计算机学院硬件实验中心工作，教授《计算机设计与实践》、《嵌入式系统设计与实践》、《复杂计算机系统》、《计算机组成原理》等计算机硬件及软件课程，具有十分丰富的设计和开发经验。主要从事方向为计算机视觉和FPGA开发。曾获哈尔滨市科技创新人才，哈工大计算机科学与技术学院"硬件实验中心实验平台建设奖”。共承担省部级教学项目5项。

目 录＜br/＞第 1 章 人工智能理论基础 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1＜br/＞1．1 人工智能简介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1＜br/＞1．2 人工智能的起源和发展历程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1＜br/＞1．3 人工智能的研究对象及特点 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7＜br/＞1．3．1 人工智能的概念 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7＜br/＞1．3．2 人工智能的研究对象????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8＜br/＞1．3．3 人工智能的特点 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10＜br/＞1．4 人工智能的分支和研究方法 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10＜br/＞1．4．1 人工智能的主要分支???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10＜br/＞1．4．2 人工智能的研究方法???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17＜br/＞1．5 人工智能的发展和应用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21＜br/＞1．6 人工智能的相关概念 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25＜br/＞1．7 人工智能与创新创业 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26＜br/＞第 2 章 MATLAB 操作基础 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32＜br/＞2．1 MATLAB 简介 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32＜br/＞2．2 算法开发概述 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 33＜br/＞2．3 性能优化概述 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35＜br/＞2．4 数据分析概述 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 40＜br/＞2．5 数据可视化概述 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 41＜br/＞2．6 MATLAB 的基本语法 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 41＜br/＞2．6．1 语句形式及使用技巧???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 41＜br/＞2．6．2 变量及其赋值 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43＜br/＞2．7 矩阵的相关运算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 45＜br/＞2．7．1 矩阵的初等运算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 45＜br/＞2．7．2 矩阵的高级运算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 48＜br/＞2．7．3 矩阵的群运算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 51＜br/＞2．8 关系和逻辑运算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 53＜br/＞2．8．1 关系运算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 53＜br/＞2．8．2 逻辑运算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 54＜br/＞?VI?＜br/＞第 3 章 MATLAB 程序设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 58＜br/＞3．1 M 文件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 58＜br/＞3．1．1 M 文件的建立与编辑 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 58＜br/＞3．1．2 M 文件的分类 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 60＜br/＞3．2 数据的输入/输出 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 63＜br/＞3．2．1 input 函数 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 63＜br/＞3．2．2 disp 函数 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 64＜br/＞3．2．3 pause 函数 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 66＜br/＞3．3 选择结构 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 67＜br/＞3．3．1 if 语句 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 67＜br/＞3．3．2 switch 语句 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 70＜br/＞3．3．3 try 语句 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 71＜br/＞3．4 循环结构 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 72＜br/＞3．4．1 for 语句 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 73＜br/＞3．4．2 while 语句 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 73＜br/＞3．4．3 循环的嵌套 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 74＜br/＞3．5 函数文件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 74＜br/＞3．5．1 函数文件的基本结构???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 75＜br/＞3．5．2 函数调用 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 76＜br/＞3．5．3 函数所传递参数的可调性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 77＜br/＞3．6 全局变量和局部变量 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 79＜br/＞3．7 类和对象 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 80＜br/＞3．8 文件操作 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 85＜br/＞第 4 章 基于 MATLAB 的人工智能算法设计 ????????????????????????????????????????????????????????? 88＜br/＞4．1 遗传算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 88＜br/＞4．1．1 遗传算法工具箱的使用 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 88＜br/＞4．1．2 遗传算法的基本步骤???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 89＜br/＞4．1．3 遗传算法的 MATLAB 实现 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 91＜br/＞4．1．4 应用举例 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 96＜br/＞4．2 模拟退火算法 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 102＜br/＞4．2．1 模拟退火算法简介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 102＜br/＞4．2．2 模拟退火算法描述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 104＜br/＞4．2．3 模拟退火算法特点 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 104＜br/＞4．2．4 模拟退火算法 MATLAB 工具箱的使用 ????????????????????????????????????????????????? 106＜br/＞?VII?＜br/＞4．2．5 算法应用举例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 107＜br/＞4．3 蚁群算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 113＜br/＞4．3．1 基本蚁群算法的原理?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 113＜br/＞4．3．2 基本蚁群算法的生物仿真模型 ????????????????????????????????????????????????????????????? 114＜br/＞4．3．3 基本蚁群算法的数学模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 115＜br/＞4．3．4 基本蚁群算法的评价指标 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 119＜br/＞4．3．5 基本蚁群算法实例仿真实现 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 120＜br/＞第 5 章 综合应用实例 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 132＜br/＞5．1 图像分割 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 132＜br/＞5．1．1 基于区域生长算法的 MATLAB 图像分割 ?????????????????????????????????????????????? 132＜br/＞5．1．2 基于分水岭算法的图像分割 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 136＜br/＞5．2 智能模式分类 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 146＜br/＞5．2．1 支持向量机 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 146＜br/＞5．2．2 神经网络的应用和程序设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 148＜br/＞5．3 蚁群算法求解 TSP 问题 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 154＜br/＞5．4 基于模拟退火算法的聚类算法 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 161＜br/＞5．5 基于支持向量机的乳腺超声图像分类 ????????????????????????????????????????????????????? 164＜br/＞参考文献 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 167