本书针对高等学校人工智能本科生专业人才培养的专业内涵、定位和知识体系，设置了数学与统计、科学与工程、计算机科学与工程核心、人工智能核心、认知与神经科学、先进机器人技术、人工智能与社会、人工智能工具与平台等专业课程群，重点介绍了八大课程群中各课程的概况和知识点，为培养具有科学家素养的工程师奠定知识和能力的基础。

    本书可为各类学校人工智能专业构建宽口径、学科交叉课程体系提供参考和引导示范，同时也可为研究生相关课程体系建设和专业学习提供指引。

前  言

40亿年以来，地球上的生命遵循着最基本的自然进化法则缓慢地演化。然而，随着人工智能等科学技术的发展，人类历史上将会出现按照有机化学规则演变的生命和无机的智慧生命并存的形态，或者说人类有可能利用计算机和人工智能去设计生命。目前，尽管我们无法描述人工智能技术在未来几十年时会形成什么样的具体形态，但是可以确定的是，人工智能技术的发展一定会给人类带来革命性的变化，并且这个变化一定会远超人类过去千年所发生的变化。人工智能将成为未来30年影响最大的技术革命。

近年来，布局发展人工智能已经成为世界许多国家的共识与行动。党和国家高度重视人工智能的发展，习总书记多次重要讲话强调加快人工智能发展的重要性和紧迫性，强调“人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题”，“要加强人才队伍建设，以更大的决心、更有力的措施，打造多种形式的高层次人才培养平台，加强后备人才培养力度，为科技和产业发展提供更加充分的人才支撑”。

自2017年起，人工智能已连续三年写入《政府工作报告》，加快新一代人工智能发展已成为国家重大战略。2017年7月，国务院正式发布《新一代人工智能发展规划》，将我国人工智能技术与产业的发展上升为国家重大发展战略，提出要“完善人工智能教育体系”。2018年4月，为贯彻落实国家《新一代人工智能发展规划》，教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，明确提出了设立人工智能专业，推动人工智能领域一级学科建设，建立人工智能学院以及完善人工智能领域人才培养体系等重要任务。今年3月，教育部批准全国35所大学建设首批“人工智能”新本科专业。

早在1986年，西安交通大学率先在人工智能领域成立了我国第一个专职科研机构——“人工智能与机器人研究所”（简称人机所）,依托“模式识别与智能系统”国家重点二级学科开展教学、科研和人才培养工作,并逐步形成了独特的育人文化，培养了一批学术界和产业界的领军人才，成为高水平创新人才培养的重要基地。30余年来，人机所始终坚持人工智能、特别是计算机视觉的应用基础理论研究，并积极与国家重大需求相结合，培养了以人工智能领域世界一流科学家孙剑为代表的一大批优秀人才，取得了一系列重大科研成果，获国家自然科学基金委员会“创新研究群体科学基金”首批资助，成为“视觉信息处理与应用”国家工程实验室、教育部和国家外国专家局“机器视觉与认知计算”高等学校学科创新引智基地、教育部混合增强智能示范中心、“认知科学与工程”国际研究中心的支撑单位，为西安交通大学在人工智能领域奠定了坚实的基础，有力支撑了我国人工智能发展。

为满足国家重大战略需求，服务国家和地方社会经济发展，紧抓人工智能发展的重大历史机遇，充分发挥西安交通大学在人工智能方向上的学科发展和人才培养优势，加快人工智能创新人才培养，2017年由中国工程院院士郑南宁教授领衔，在学校的大力支持下，创办了“人工智能拔尖人才培养试验班”，探索培养人工智能方向本科生，并于2018年招收第一批本科生。2018年11月在人机所的基础上成立了人工智能学院，2019年3月获教育部首批“人工智能”本科新专业建设资格。

人工智能具有多学科综合、高度复杂的特征以及渗透力和支撑性强等特点，其课程体系必须以学科交叉为重要指导思想。因此，人工智能人才培养具有高度的挑战性。人工智能专业的建设目标是培养扎实掌握人工智能基础理论、基本方法、应用工程与技术，熟悉人工智能相关交叉学科知识，具备科学素养、实践能力、创新能力、系统思维能力、产业视角与国际视野，未来能在我国人工智能学科与产业技术发展中发挥重要作用，并有潜力成长为一流的人工智能领域人才。

从2017年开始，经历两年多的深入研讨和推敲，借鉴国际一流大学最新知识体系和培养理念，最终形成了包括数学与统计、科学与工程、计算机科学与技术、人工智能核心、认知与神经科学、人工智能与社会、先进机器人技术、人工智能工具与平台等八大课程群计37门课程，其中必修25门、选修12门（完成所需学分须选修其中7门）。在实践方面，特设了“专业综合性实验”课程群，培养学生综合运用所学知识动手解决实际问题的能力，使学生培养达到“脑”与“手”相结合的目标。

 经过严格遴选，教学团队以西安交通大学人工智能学院教师为主体，特聘了来自校内多个院系最优质的师资以及国内外知名高校、科研机构和人工智能企业的顶级专家。例如，“计算机科学与人工智能的数学基础”将由具有数学教育背景、并从事人工智能领域研究的教授讲授；“理论计算机科学的重要思想”特邀了在国内理论计算机领域享有著名声誉的南京大学的教授主讲；“认知心理学基础”特聘了陕西师范大学心理学院具有工科背景、并在海外取得心理学博士学位的教授教学；“人工智能的科学理解”将由在科研与教学有着丰富实践和深刻洞见的资深教授讲授；“机器学习工具与平台”将由微软亚洲研究院专家参与授课等。

在当前第四次技术革命的背景下，中国不仅需要培养出更多的人工智能领域人才，更要培养出高层次、乃至世界顶尖的人工智能人才。本书作为人工智能人才培养极为关键的本科阶段课程体系的指引，希望使学生能掌握扎实的人工智能基础理论与方法，拥有特色的学科交叉背景，具有开启人工智能终极智慧之门的潜质，为中国培养高层次人工智能人才奠定坚实的基础，做出具有历史性意义的贡献！

本书难免还存在一些缺点和不足，殷切希望广大国内同仁和读者批评指正！

《人工智能专业知识体系架构与课程设置》编著工作组

2019年7月

序言  教育也是一种创造

前言

第1章 人工智能本科专业人才培养定位

第2章 培养方案

第3章 “数学与统计”课程群

3.1 “工科数学分析”教学大纲

3.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

3.1.5 实验环节（Experiments）

3.2 “线性代数与解析几何”教学大纲

3.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

3.3 “计算机科学与人工智能的数学基础”教学大纲

3.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

3.4 “概率统计与随机过程”教学大纲

3.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

3.5 “复变函数与积分变换“教学大纲

3.5.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.5.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.5.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.5.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

3.6 “博弈论”教学大纲

3.6.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.6.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.6.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.6.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

3.7 “信息论”教学大纲

3.7.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

3.7.2课程基本情况（Course Arrangements）

3.7.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

3.7.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

第4章 “科学与工程”课程群

4.1 “大学物理（含实验）”教学大纲

4.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

4.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

4.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

4.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

4.2 “电子技术与系统”教学大纲

4.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

4.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

4.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

4.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

4.2.5 实验环节（Experiments）

4.3 “数字信号处理”教学大纲

4.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

4.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

4.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

4.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

4.3.5 实验环节（Experiments）

4.4 “现代控制工程”教学大纲

4.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

4.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

4.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

4.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

4.4.5 实验环节（Experiments）

第5章 “计算机科学与技术”课程群

5.1 “计算机程序设计”教学大纲

5.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

5.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

5.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

5.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

5.1.5 实验环节（Experiments）

5.2 “数据结构与算法”课程大纲

5.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

5.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

5.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

5.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

5.2.5 实验环节（Experiments）

5.3 “计算机体系结构”课程大纲

5.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

5.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

5.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

5.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

5.4 “理论计算机科学的重要思想”课程大纲

5.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

5.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

5.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

5.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

5.5 “3D 计算机图形学”教学大纲

5.5.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

5.5.2课程基本情况（Course Arrangements）

5.5.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

5.5.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

5.5.5 实验环节（Experiments）

5.6 “智能感知与移动计算”课程大纲

5.6.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

5.6.2课程基本情况（Course Arrangements）

5.6.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

5.6.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

第6章 “人工智能核心”课程群

6.1 “人工智能的现代方法”课程大纲

6.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.2 “自然语言处理”课程大纲

6.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.2.5 实验环节（Experiments）

6.3 “计算机视觉与模式识别”课程大纲

6.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.3.5 实验环节（Experiments）

6.4 “强化学习与自然计算”课程大纲

6.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.5 “人工智能的科学理解”课程大纲

6.5.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.5.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.5.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.5.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.6 “游戏 AI 设计与开发”课程大纲

6.6.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.6.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.6.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.6.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.6.5 实验环节（Experiments）

6.7 “虚拟现实与增强现实”课程大纲

6.7.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

6.7.2课程基本情况（Course Arrangements）

6.7.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

6.7.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

6.7.5 实验环节（Experiments）

第7章 “认知与神经科学”课程群

7.1 “认知心理学基础”教学大纲

7.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

7.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

7.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

7.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

7.1.5 实验环节（Experiments）

7.2“神经生物学与脑科学”教学大纲

7.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

7.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

7.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

7.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

7.3 “计算神经工程”教学大纲

7.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

7.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

7.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

7.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

第8章 “先进机器人技术”课程群

8.1“机器人学基础”教学大纲

8.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

8.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

8.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

8.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

8.2 “多智能体与人机混合智能”教学大纲

8.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

8.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

8.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

8.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

8.2.5 实验环节（Experiments）

8.3“认知机器人”教学大纲

8.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

8.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

8.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

8.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

8.4“仿生机器人”教学大纲

8.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

8.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

8.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

8.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

第9章 “人工智能与社会”课程群

9.1 “人工智能的哲学基础与伦理”教学大纲

9.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

9.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

9.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

9.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

9.2 “人工智能的社会风险与法律”教学大纲

9.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

9.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

9.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

9.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

第10章 “人工智能工具与平台”课程群

10.1 “机器学习工具与平台”教学大纲

10.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

10.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

10.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

10.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

10.1.5 实验环节（Experiments）

10.2 “三维深度感知”教学大纲

10.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

10.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

10.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

10.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

10.2.5 实验环节（Experiments）

10.3 “人工智能芯片设计导论”教学大纲

10.3.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

10.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

10.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

10.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

10.3.5 实验环节（Experiments）

10.4 “无人驾驶平台”教学大纲

10.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

10.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

10.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

10.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

第11章 “专业综合性实验”课程群

11.1 “机器人导航技术实验”教学大纲

11.1.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

11.1.2课程基本情况（Course Arrangements）

11.1.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

11.1.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

11.2 “自主无人系统实验”教学大纲

11.2.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

11.2.2课程基本情况（Course Arrangements）

11.2.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

11.2.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

11.3 “虚拟现实与仿真实验”教学大纲

11.11.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

11.3.2课程基本情况（Course Arrangements）

11.3.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

11.3.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

11.4 “脑信号处理实验”教学大纲

11.4.1课程目的和基本内容（Course Objectives and Basic Content）

11.4.2课程基本情况（Course Arrangements）

11.4.3教学目的和基本要求（Teaching Objectives and Basic Requirements）

11.4.4课程大纲和知识点（Syllabus and Key Points）

后记

数学与统计、科学与工程、计算机科学与技术、人工智能核心、认知与神经科学、人工智能与社会、先进机器人技术、人工智能工具与平台等八大课程群计37门课程，特设“专业综合性实验”课程群，培养学生综合运用所学知识动手解决实际问题的能力，使学生培养达到“脑”与“手”相结合的目标

工学博士，中国工程院院士，IEEE Fellow，西安交大教授、人工智能与机器人研究所所长，国务院学位委员会委员，中国自动化学会理事长，国际模式识别协会中国代表，国家科技重大专项“核高基”咨询专家委主任，国家集成电路产业发展咨询委副主任委员。曾任国家863计划信息领域首席科学家、西安交大校长等。从事人工智能与模式识别、计算机视觉及其先进计算架构等教学和科研，为我国人工智能的发展奠定了重要的基础。