کتاب درسی Artificial Intelligence for Engineers: Basics and Implementations، دانش پایه و مجموعه ابزارهای ضروری مورد نیاز برای افرادی که میخواهند وارد حوزه هوش مصنوعی (AI) شوند را ارائه میدهد. کتاب “هوش مصنوعی برای مهندسان: مبانی و پیاده سازی” بهویژه برای دانشجویان دوره کارشناسی، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، مدرسان و علاقهمندان به فناوری اطلاعات که ذهنیت مهندسی دارند، مناسب است. یعنی، این کتاب از این ایده پیروی میکند که کار باید به سرعت و با نظم (تمیز)، همراه با درک کافی از چرایی و چگونگی آن، انجام شود. این کتاب به گونهای طراحی شده است که فرد بتواند در کوتاهترین زمان ممکن، یک دید کلی هم از هوش مصنوعی و هم از موضوعات ضروری آن به دست آورد.
مرور کلی کتاب
- طراحی شده برای یک دوره معمول در مقطع کارشناسی، کارشناسی ارشد، یا دورههای مشترک (قابل ارائه در هر دو مقطع) بر اساس سیستم ترمی.
- به گونهای سازماندهی شده که به خوانندگان کمک کند به آسانی و به سرعت ضروریترین مفاهیم، الگوریتمها و پیادهسازیهای آنها را فرا بگیرند.
- دانش پیشنیاز ضروری، الگوریتمها، ابزارها و کدهای لازم برای یادگیری و بهکارگیری هوش مصنوعی معاصر را پوشش میدهد.
مشخصات کتاب Artificial Intelligence for Engineers
- زیر عنوان: Basics and Implementations
- نویسنده کتاب: Zhen “Leo” Liu
- سال انتشار: ۲۰۲۵
- ناشر: Springer Cham
- زبان کتاب: انگلیسی
- تعداد صفحات: ۴۳۹
- کتاب ۱۵ فصل دارد.
- فرمت کتاب: pdf
راهنمای خرید: پس از تکمیل موفقیتآمیز فرآیند پرداخت، بهصورت خودکار به صفحهای هدایت خواهید شد که در آن میتوانید با وارد کردن شناسه اختصاصی، لینک دانلود فایل را دریافت کنید. در صورت بروز هرگونه سؤال یا مشکل، لطفاً از طریق صفحه «تماس با ما» با سایت در ارتباط باشید.
📚 نمایش فهرست مطالب کتاب
Preface Acknowledgments Contents ۱ Preparation Knowledge: Basics of AI ۱.۱ Overview ۱.۲ Introduction to Artificial Intelligence ۱.۲.۱ Why Look into AI? ۱.۲.۲ What Is AI? ۱.۲.۳ History of AI Spawning (1930–۱۹۵۲) Birth (1952 and 1956) Symbolic AI (1956–۱۹۷۴) First AI Winter (1974–۱۹۸۰) Expert System and Connectionism Bloom (1980–۱۹۸۷) Second AI Winter (1987–۱۹۹۳) Recovery (1993–۲۰۱۱) Deep Learning and Big Data Rise (2011–present) ۱.۲.۴ AI Versus Traditional Engineering Methods Practice: Prediction of Object Flying Trajectory (Physics Methods Versus Data Method) ۱.۲.۵ AI Applications AI Applications in All Sectors AI Applications in Engineering ۱.۳ Basics of AI ۱.۳.۱ Basic Concepts Key Machine Learning Elements Data Format Machine Learning Workflow ۱.۳.۲ Common Algorithms Overview and Machine Learning Tasks Supervised Learning Unsupervised Learning Reinforcement Learning Semi-supervised Learning Summary ۱.۳.۳ Challenges and Issues in Machine Learning Data Issues Inductive Bias Underfitting and Overfitting ۱.۴ Practice: Gain First Experience with AI via a Machine Learning Task ۲ Tools for Artificial Intelligence ۲.۱ Overview of Tools for AI ۲.۲ Python ۲.۲.۱ Introduction to Python Coding Environment ۲.۲.۲ Basics ۲.۲.۳ Variables and Data Types ۲.۲.۴ Operators ۲.۲.۵ Conditional Control Statements ۲.۲.۶ Sequential Control Statements ۲.۲.۷ Functions ۲.۲.۸ Input and Output ۲.۲.۹ Advanced Python Functionality ۲.۳ Data Manipulation and Visualization ۲.۳.۱ NumPy NumPy Array Array Constructions Array Operations ۲.۳.۲ Pandas From NumPy to Pandas Series Dataframe ۲.۳.۳ Matplotlib Pyplot: Procedural Plotting Interface Object-Oriented Plotting Interface ۲.۴ General Machine Learning ۲.۴.۱ Scikit-Learn Data Import Data Preprocessing Using Models Saving Models ۲.۵ Deep Learning ۲.۵.۱ Deep Learning Frameworks ۲.۵.۲ TensorFlow Overview of APIs Computational Graph Variables Placeholders and Comprehensive Example Comprehensive Example ۲.۵.۳ Keras Installation and Data Preparation Model Establishment with the Sequential API Model Establishment with the Functional API Training and Result Visualization ۲.۶ Reinforcement Learning ۲.۶.۱ Overview of RL Tools ۲.۶.۲ OpenAI Gym ۲.۷ Practice: Use, Compare, and Understand TensorFlow and Keras for Problem-Solving ۳ Linear Models ۳.۱ Overview ۳.۲ Basics of Linear Models ۳.۲.۱ Simple Explanation of Linear Models ۳.۲.۲ General Formulation of Basic Linear Model ۳.۳ Other Linear Regression Algorithms ۳.۳.۱ Ridge ۳.۳.۲ Lasso ۳.۴ Logistic Regression for Classification ۳.۴.۱ Binary Classification ۳.۴.۲ Multiclass Classification ۳.۵ Making Linear Models Nonlinear via Kernel Functions ۳.۵.۱ Mapping Data to Higher-Dimensional Space with Stretching Functions ۳.۵.۲ Kernel Functions ۳.۶ Practice: Develop Code to Implement the Basic Linear Model ۴ Decision Trees ۴.۱ Overview ۴.۲ Basics of Decision Trees ۴.۳ Classic Decision Tree Algorithms ۴.۳.۱ ID3 Algorithm ۴.۳.۲ C4.5 Algorithm ۴.۳.۳ CART Algorithm ۴.۳.۴ Implementation ۴.۴ Issues and Techniques: Overfitting and Pruning ۴.۴.۱ Pre-Pruning ۴.۴.۲ Post-Pruning Cost-Complexity Pruning (CCP) Reduced Error Pruning (REP) Pessimistic Error Pruning (PEP) Minimum Error Pruning (MEP) Comparison and Summary ۴.۵ Practice: Decision Trees in Scikit-learn—Training, Tree Plot, and Testing ۵ Support Vector Machines ۵.۱ Overview ۵.۲ Basics of SVM: Hard-Margin SVM ۵.۲.۱ Basic Formulation ۵.۲.۲ Dual Formulation ۵.۳ Generalization of SVM: Kernel Methods ۵.۴ Soft-Margin SVM ۵.۴.۱ Basic Formulation ۵.۴.۲ Dual Formulation ۵.۵ More About SVM ۵.۵.۱ SMO Algorithm ۵.۵.۲ SVM for Multiclass Classification and Regression ۵.۶ Practice: Use of SVMs in Scikit-Learn for Classification and Regression ۶ Bayesian Algorithms ۶.۱ Overview ۶.۲ Statistics Background for Machine Learning ۶.۲.۱ Statistics and Machine Learning ۶.۲.۲ Frequentists and Bayesians ۶.۲.۳ Overview of Statistical Inference ۶.۲.۴ Maximum Likelihood Estimation (MLE) ۶.۲.۵ Bayesian Estimation ۶.۳ Parametric Bayesian Methods ۶.۳.۱ Naive Bayes Classifier ۶.۳.۲ Semi-Naive Bayesian Classifier One-Dependent Estimator (ODE) Variations of ODE Tree Augmented Naive Bayes (TAN) ۶.۳.۳ Bayesian Network Structure Implementation ۶.۴ Bayesian Nonparametrics ۶.۴.۱ Parametric Versus Nonparametric Models Overview Parametric Models Nonparametric Models From Parametric to Nonparametric Bayesian Algorithms ۶.۴.۲ Gaussian Processes Introduction to Gaussian Process Modeling Functions Using Multivariate Gaussian Making Predictions Using a Prior and Observations Example Summary ۶.۵ Practice: Code Gaussian Naive Bayes Classifier, Try Bayesian Network, and Apply Gaussian Process ۷ Artificial Neural Networks ۷.۱ Overview ۷.۲ Basics of Artificial Neural Networks ۷.۲.۱ From Biological Neural Network to ANN ۷.۲.۲ Activation Function ۷.۲.۳ Perceptron ۷.۲.۴ Multiple-Layer Feedforward Neural Network ۷.۳ Training with Backpropagation ۷.۳.۱ Concepts ۷.۳.۲ Backpropagation in a 3-Layer Network ۷.۳.۳ Backpropagation in Neural Networks with 3+ Layers ۷.۴ Implementation ۷.۴.۱ Practical Skills ۷.۴.۲ Procedure for An Example ۷.۴.۳ *Shape and Arrangement of Arrays for Data ۷.۵ Other ANN Issues ۷.۶ Practice: Modify and Assess the Architecture of an ANN ۸ Deep Learning ۸.۱ From Artificial Neural Networks to Deep Learning ۸.۱.۱ Overview ۸.۱.۲ The First Wave ۸.۱.۳ The Second Wave ۸.۱.۴ The Third Wave ۸.۱.۵ Summary of Enabling Innovations ۸.۲ Convolutional Neural Network ۸.۲.۱ Convolution Forward Pass Backward Pass Padding and Stride ۸.۲.۲ ReLU ۸.۲.۳ Pooling ۸.۳ Recurrent Neural Network ۸.۳.۱ Forward Pass ۸.۳.۲ Backward Pass ۸.۴ Practical Deep Learning Skills ۸.۴.۱ Initialization Overview Xavier Initialization He Initialization LeCun Initialization Batch Normalization ۸.۴.۲ Optimization Methods SGD Momentum Nesterov AdaGrad AdaDelta RMSprop Adam Nadam ۸.۴.۳ Data Preprocessing and Augmentation ۸.۵ Practice: Build AlexNet Using Keras to Address MNIST Image Classification ۹ Ensemble Learning ۹.۱ Overview ۹.۲ Basics of Ensemble Learning ۹.۲.۱ Definition ۹.۲.۲ Basic Questions ۹.۲.۳ Categories of Ensemble Learning Methods ۹.۲.۴ Essence of Ensemble Learning ۹.۲.۵ History and Challenge ۹.۳ Bagging ۹.۳.۱ Basic Bagging ۹.۳.۲ Random Forest ۹.۴ Boosting ۹.۴.۱ AdaBoost Loss Function Update on Model Weights Update on Sample Weights/Distribution Pseudo-Code ۹.۴.۲ Gradient Boosting ۹.۵ Stacking ۹.۶ Practice: Code and Evaluate Ensemble Learning Methods ۱۰ Clustering ۱۰.۱ Overview ۱۰.۲ Basics of Unsupervised Learning ۱۰.۲.۱ From Supervised Learning to Unsupervised Learning ۱۰.۲.۲ Framework for Unsupervised Learning ۱۰.۲.۳ Overview of Clustering ۱۰.۳ K-Means Clustering ۱۰.۳.۱ Math Framework of K-Means Algorithm ۱۰.۳.۲ Implementation of K-Means ۱۰.۳.۳ Initialization ۱۰.۳.۴ Selection of K ۱۰.۳.۵ Pros and Cons ۱۰.۴ Mean-Shift Clustering Algorithm ۱۰.۴.۱ Pros and Cons ۱۰.۵ Density-Based Spatial Clustering (DBScan) ۱۰.۵.۱ Pros and Cons ۱۰.۶ Gaussian Mixture Models (GMM) ۱۰.۶.۱ Pros and Cons ۱۰.۷ Hierarchical Agglomerative Clustering (HAC) ۱۰.۷.۱ Pros and Cons ۱۰.۸ Evaluation of Clustering ۱۰.۸.۱ Overview of Evaluation Metrics ۱۰.۸.۲ Internal Evaluation Silhouette Coefficient Davies-Bouldin Index Dunn Index ۱۰.۸.۳ External Evaluation Rand Index Adjusted Rand Index Normalized Mutual Information (NMI) Fowlkes-Mallows Index Contingency Matrix ۱۰.۹ Practice: Test and Modify Clustering Code for Problem-Solving ۱۱ Dimension Reduction ۱۱.۱ Overview ۱۱.۲ Basics of Dimension Reduction ۱۱.۲.۱ Concepts and Needs ۱۱.۲.۲ Popular Methods and Classification ۱۱.۳ Common Feature Selection Methods ۱۱.۴ Feature Extraction Method 1: Principal Component Analysis ۱۱.۴.۱ Concept and Main Idea ۱۱.۴.۲ Theoretical Basis Deduction Based on Minimum Distance Deduction Based on Maximum Variance ۱۱.۴.۳ Implementation ۱۱.۵ Feature Extraction Method 2: Linear Discriminant Analysis ۱۱.۵.۱ Concept and Main Idea ۱۱.۵.۲ Theoretical Basis Rayleigh Quotient and Generalized Rayleigh Quotient Binary Classification Multiclass Classification ۱۱.۵.۳ Implementation ۱۱.۶ Practice: Develop and Modify Code for PCA and LDA ۱۲ Anomaly Detection ۱۲.۱ Overview ۱۲.۲ Basics of Anomaly Detection ۱۲.۳ Statistics-Based Methods ۱۲.۳.۱ ۳ Sigma ۱۲.۳.۲ Z-Score ۱۲.۳.۳ Boxplot ۱۲.۳.۴ Grubbs Hypothesis Test ۱۲.۴ Supervised Learning Methods ۱۲.۴.۱ Why Not Use Binary Classification for Anomaly Detection? ۱۲.۴.۲ Modification of Supervised Classification Methods for Anomaly Detection ۱۲.۵ Unsupervised Machine Learning Methods ۱۲.۵.۱ Overview ۱۲.۵.۲ Probabilistic Distribution Based: HBOS ۱۲.۵.۳ Distance Based: KNN ۱۲.۵.۴ Density Based: LOF, COF, INFLO, and LoOP Local Outlier Factor (LOF) Connectivity-Based Outlier Factor (COF) Influenced Outlierness (INFLO) Local Outlier Probability (LoOP) ۱۲.۵.۵ Clustering Based ۱۲.۵.۶ Tree Based iForest SCiForest RRCF Pros and Cons ۱۲.۶ Semisupervised Learning Methods ۱۲.۶.۱ Overview ۱۲.۶.۲ Autoencoder Introduction Preparation: Packages and Data Model Establishment Training and Prediction Result Evaluation and Visualization ۱۲.۷ Anomaly Detection Issues ۱۲.۷.۱ Data Quality ۱۲.۷.۲ Imbalanced Distributions ۱۲.۷.۳ High-Dimensional Data ۱۲.۷.۴ Model Sensitivity ۱۲.۸ Practice: Implement Typical Anomaly Detection Methods ۱۳ Association Rule Learning ۱۳.۱ Overview ۱۳.۲ Basics of Association Rule Learning ۱۳.۲.۱ Definition ۱۳.۲.۲ Relationships with Other Machine Learning Topics ۱۳.۲.۳ Understanding via History ۱۳.۳ Essential Concepts of Association Rules ۱۳.۳.۱ Items, Itemsets, and Rules ۱۳.۳.۲ Support, Confidence, and Lift ۱۳.۳.۳ Association Rule Analysis Using the Concepts ۱۳.۴ Apriori ۱۳.۴.۱ Procedure ۱۳.۴.۲ Implementation with an Example ۱۳.۴.۳ Pros and Cons ۱۳.۵ FP Growth ۱۳.۵.۱ Procedure ۱۳.۵.۲ Item Header Table ۱۳.۵.۳ FP Tree ۱۳.۵.۴ Mining FP Tree for Frequent Itemsets ۱۳.۶ Eclat ۱۳.۶.۱ Procedure ۱۳.۶.۲ Implementation ۱۳.۷ Practice: Perform Association Rule Learning with Eclat ۱۴ Value-Based Reinforcement Learning ۱۴.۱ Overview ۱۴.۲ Basics of Reinforcement Learning ۱۴.۲.۱ Basic Concepts ۱۴.۲.۲ Markov Decision Process ۱۴.۲.۳ Policy Function, State Function, State-Action Function, and Reward Function ۱۴.۲.۴ Implementation of RL Environment Implementation with OpenAI Gym Implementation from Scratch ۱۴.۳ Bellman Equation ۱۴.۳.۱ Formulations of Bellman Equation ۱۴.۳.۲ Deduction of Bellman Equation ۱۴.۳.۳ Use of Bellman Equation in Reinforcement Learning ۱۴.۴ Value-Based RL ۱۴.۴.۱ Overview of RL Algorithms ۱۴.۴.۲ Q Learning and Sarsa ۱۴.۴.۳ Monte Carlo Method ۱۴.۵ Practice: Solve RL Problem Using Q Learning ۱۵ Policy-Based Reinforcement Learning ۱۵.۱ Overview ۱۵.۲ Policy-Based RL vs. Value-Based RL ۱۵.۳ Basic Concepts ۱۵.۴ Objective Function and Policy Gradient Theorem ۱۵.۴.۱ Objective Function ۱۵.۴.۲ Policy Gradient Theorem ۱۵.۴.۳ Simple Episodic Monte Carlo Implementation of Policy Gradient: REINFORCE V1 ۱۵.۴.۴ Strategies for Improving Policy Gradient Implementation ۱۵.۵ Policy Function ۱۵.۵.۱ Linear Policy Function for Discrete Actions: Formulation 1 ۱۵.۵.۲ Linear Policy Function for Discrete Actions: Formulation 2 ۱۵.۵.۳ Policy Function for Continuous Actions ۱۵.۶ Common Policy Gradient Algorithms ۱۵.۶.۱ More Objective Function Formulations ۱۵.۶.۲ Simple Stepwise Monte Carlo Implementation of Policy Gradient: REINFORCE V2 ۱۵.۶.۳ Actor-Critic ۱۵.۶.۴ Actor-Critic with Baseline ۱۵.۶.۵ More Policy Gradient Algorithms ۱۵.۷ Practice: Understand and Modify Policy Gradient Code for Addressing RL Problem A Appendices A.1 Overview A.2 Mathematics for Machine Learning A.2.1 Statistics Random Variables Probabilities Use of Probability in Machine Learning Probability Distributions A.2.2 Information Theory A.2.3 Array Operations Matrix Operations General Array Operations Array Calculus A.3 Optimization A.3.1 Gradient-Based Methods A.3.2 Newton's Method and Quasi-Newton's Methods A.3.3 Conjugate Gradient Methods A.3.4 Expectation-Maximization Methods A.4 Evaluation Metrics A.4.1 Overview and Basics A.4.2 Classification: Binary Confusion Matrix ROC and AUC Logarithmic Loss A.4.3 Classification: Multiclass Indirect Methods Confusion Matrix Logarithmic Loss Kappa Coefficient Hinge Loss A.4.4 Classification: Multi-Label Hamming Distance Jaccard Similarity Coefficient A.4.5 Regression Root Mean Squared Error Mean Absolute Error Mean Squared Error Root Mean Squared Logarithmic Error R2 and Adjusted R2 A.4.6 Clustering Inertia and Dunn Index Silhouette Davies-Bouldin Index Calinski-Harabasz Index Adjusted Rand Index Adjusted Mutual Information Bibliography Index
