神经网络与深度学习——基于TensorFlow框架和Python技术实现

神经网络与深度学习——基于TensorFlow框架和Python技术实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:包子阳
出品人:
页数:196
译者:
出版时间:2019-4-1
价格:49.8元
装帧:平装-胶订
isbn号码:9787121362019
丛书系列:
图书标签:
  • 数据分析
  • Python
  • 编程
  • 深度学习
  • 1
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  • 模型
  • 实践
  • 编程
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具体描述

Python、TensorFlow、神经网络和深度学习因人工智能的流行而成为当下IT领域的热门关键词。本书首先介绍了Python及其常用库Numpy、Matplotlib和Scipy的基本使用方法;其次介绍了TensorFlow的基本知识及使用方法;然后介绍了神经网络的基础知识以及神经网络基本应用――感知机、线性回归与逻辑回归的理论与实现;最后介绍了两种热门的深度神经网络――卷积神经网络和循环神经网络的理论与实现。本书内容由浅入深,循序渐进,实践性强,包含丰富的仿真实例。

深入浅出:现代计算技术在工程领域的应用与实践 本书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角,探讨现代计算技术,特别是高级算法设计、并行计算策略以及新兴的软件工程范式,如何在复杂的工程问题中发挥核心作用。我们聚焦于如何利用前沿的计算工具和方法论,解决当前科学研究和工业界面临的关键挑战。 第一部分:现代计算架构与性能优化 本书首先系统回顾了现代计算硬件的基础架构,包括多核处理器、异构计算单元(如GPU和FPGA)的设计原理及其对算法性能的影响。我们不侧重于特定框架的细节,而是强调理解底层硬件如何塑造软件的效率。 第1章:并行计算范式的演进 本章追溯了并行计算从早期的共享内存模型到现代大规模分布式系统的发展历程。重点讨论了数据并行与任务并行的设计哲学,以及如何根据问题特性选择合适的并行策略。我们将分析Amdahl定律和Gustafson定律在评估并行效率中的局限性,并引入更贴合实际工作负载的性能度量标准。 细粒度与粗粒度并行: 对比线程级、进程级和节点级并行的优缺点。 内存一致性模型: 深入探讨缓存一致性协议(如MESI)如何影响多线程程序的正确性和性能。 同步与互斥机制的陷阱: 详细解析死锁、活锁的识别、预防与恢复策略,并介绍无锁数据结构的实现原理。 第2章:高性能计算环境下的资源管理 成功的工程应用离不开对计算资源的精细调度和管理。本章讲解了集群管理系统(如SLURM、Kubernetes的早期版本)的核心概念,以及它们如何优化作业调度、负载均衡和资源隔离。 作业依赖图的构建与优化: 如何将复杂的计算流程转化为高效的执行图。 容器化技术对可移植性的贡献: 分析Docker和类似的轻量级虚拟化技术如何解耦应用环境与宿主系统,加速部署流程。 性能剖析工具箱: 介绍使用如`gprof`、`VTune`等工具对代码进行系统性性能瓶颈分析的方法论,强调从结果数据中提炼出可执行优化建议的技能。 第二部分:高级算法设计与数学基础 本部分专注于支撑现代工程计算的核心数学模型和算法设计技巧,强调其在解决非线性、高维问题时的适用性。 第3章:数值线性代数的现代进展 线性代数是几乎所有计算科学的基石。本章侧重于处理超大规模矩阵的挑战,而非教科书上的基础求解方法。 迭代求解器: 深入研究Krylov子空间方法(如GMRES, BiCGSTAB)的收敛性分析,及其在稀疏矩阵系统求解中的优势。 降维技术: 系统介绍主成分分析(PCA)的高效实现,并探讨随机化奇异值分解(SVD)在处理海量数据时的速度优势。 矩阵函数计算: 探讨如何使用Padé近似或Scaled and Squared方法高效计算矩阵指数和对数,这在常微分方程的积分中至关重要。 第4章:优化理论及其工程应用 本章从理论出发,剖析约束优化问题的求解策略,关注算法的鲁棒性和全局收敛性。 拉格朗日乘子法与KKT条件: 详细推导和应用这些理论工具来分析工程系统中的最优设计点。 序列二次规划(SQP): 讲解SQP如何通过迭代求解近似的二次规划子问题,有效地处理复杂的非线性约束优化问题。 启发式搜索策略: 讨论遗传算法(GA)和模拟退火(SA)的机制,特别是如何设计有效的编码和适应度函数,使其在组合优化问题中表现出色。 第三部分:软件工程范式与可靠性构建 现代复杂的计算系统需要健壮的软件工程实践来保证其可维护性和准确性。本部分关注如何构建大型、高可靠性的计算代码库。 第5章:面向对象的科学计算与模块化设计 大型科学软件的生命周期管理依赖于清晰的模块划分和抽象。本章探讨如何运用面向对象的设计原则来建模复杂的物理系统或数据流。 设计模式在数值模拟中的应用: 分析如何使用“策略模式”来切换不同的积分步进方法,“观察者模式”来处理系统状态变化,以及“工厂模式”来动态实例化计算对象。 接口与抽象层设计: 强调定义清晰、稳定的API的重要性,以及如何利用抽象基类确保不同算法模块间的兼容性。 代码的复用性与扩展性: 通过实例展示如何构建一个可插拔的框架,使得添加新的物理模型或求解器只需要实现少数几个接口即可。 第6章:测试、验证与模型不确定性量化(UQ) 在工程领域,代码的正确性不仅是功能的实现,更是结果的可靠性。本章深入探讨验证(Verification)与确认(Validation)的差异,以及如何量化计算结果中固有的不确定性。 单元测试与集成测试的自动化流程: 介绍基于Python的测试框架,并讲解如何设计“黄金标准”测试集来捕获回归错误。 网格收敛性研究(Verification): 详细介绍Richardson外推法等技术,用于评估数值解随离散度减小而逼近真实解的速度和误差界限。 不确定性量化方法: 探讨蒙特卡洛模拟、概率加权方法(PCE)等技术,用于评估输入参数的误差如何传播至最终的计算结果,从而为决策提供可靠的置信区间。 结语 本书通过对计算理论、算法实现与软件工程实践的综合探讨,旨在培养读者构建高效、可靠且可维护的现代工程计算系统的能力。它提供的是一套解决问题的思维框架和工具箱,而非特定技术栈的速成指南。学习者应能将所学知识迁移至任何需要高性能、高精度数值计算的领域。

作者简介

包子阳:高级工程师,自2009年起工作于北京无线电测量研究所。2009年6月毕业于电子科技大学信号与信息处理专业,获硕士学位。从事雷达电气总体、智能算法和深度学习等研究工作。迄今出版专著3本;申请发明专利6项(已授权3项);在国际雷达会议、《系统工程与电子技术》、《现代雷达》、《电子技术与应用》、《雷达科学与技术》、《空间电子技术》、雷达年会、天线年会等发表学术论文十余篇。

目录信息

目 录
第1章 绪论 1
1.1 人工智能 2
1.2 机器学习 3
1.2.1 监督学习 3
1.2.2 非监督学习 3
1.2.3 半监督学习 4
1.3 深度学习 4
1.3.1 卷积神经网络 4
1.3.2 循环神经网络 5
1.4 实现工具 6
1.4.1 Python 6
1.4.2 TensorFlow 6
第2章 Python基础 9
2.1 Python简介 10
2.1.1 概述 10
2.1.2 Python的特点 10
2.1.3 Python的版本 11
2.2 Python的安装 11
2.2.1 Python官网下载安装 11
2.2.2 Anaconda的安装 14
2.3 Spyder编辑器 16
2.3.1 Spyder界面 16
2.3.2 Spyder快捷键 19
2.4 Python基础知识 19
2.4.1 基本语法 20
2.4.2 基本数据类型和运算 23
2.4.3 列表、元组和字符串 25
2.4.4 字典和集合 32
2.4.5 分支和循环 35
2.4.6 函数和类 37
2.4.7 模块 40
第3章 Python基础库 43
3.1 Numpy库 44
3.1.1 创建数组 44
3.1.2 ndarray类 47
3.1.3 数组操作 48
3.1.4 形状操作 55
3.2 Matplotlib库 58
3.2.1 快速绘图 58
3.2.2 绘制多轴图 61
3.2.3 绘制3D图 64
3.3 Scipy库 67
3.3.1 scipy.io 67
3.3.2 scipy.linalg 68
3.3.3 scipy.fftpack 69
3.3.4 scipy.optimize 70
3.3.5 scipy.interpolate 71
3.3.6 scipy.stats 72
第4章 TensorFlow基础 75
4.1 概述 76
4.2 TensorFlow的安装 77
4.3 TensorFlow基本概念 79
4.3.1 Graph和Session 79
4.3.2 placeholder 82
4.3.3 tensor 82
4.3.4 Variable 85
4.3.5 fetch和feed 87
4.4 MNIST 89
4.4.1 MNIST简介 89
4.4.2 MNIST解析 90
第5章 神经网络基础 95
5.1 神经网络概述 96
5.1.1 神经网络常用术语 97
5.1.2 神经网络模型 99
5.1.3 神经网络的运作 99
5.1.4 神经网络算法的特点 100
5.2 神经元模型 101
5.3 激活函数 103
5.4.1 sigmoid函数 104
5.4.2 tanh函数 104
5.4.3 ReLU函数 105
5.4.4 softmax函数 106
5.4 损失函数 106
5.4.1 均方差函数 106
5.4.2 交叉熵函数 107
5.5 梯度下降算法 107
5.5.1 梯度下降算法推导 108
5.5.2 梯度下降算法种类 108
5.5 BP算法 109
5.5.1 BP网络简介 109
5.5.2 BP算法流程 110
5.6 仿真实例 112
第6章 神经网络基础应用 117
6.1 感知机 118
6.1.1 感知机网络结构 119
6.1.2 感知机学习规则 120
6.1.3 感知机网络训练 120
6.1.5 仿真实例 121
6.2 线性回归 123
6.2.1 线性回归理论 123
6.2.2 仿真实例 126
6.3 逻辑回归 129
6.3.1 逻辑回归理论 129
6.3.2 仿真实例 131
第7章 卷积神经网络 137
7.1 概述 138
7.2 卷积神经网络结构 139
7.2.1 卷积层 141
7.2.2 池化层 144
7.2.3 全连接层 147
7.2.4 Dropout 层 148
7.3 训练过程 148
7.4 卷积神经网络经典模型 149
7.4.1 LeNet-5模型 149
7.4.2 AlexNet模型 150
7.5 仿真实例 152
第8章 循环神经网络 159
8.1 循环神经网络概述 160
8.1.1 循环神经网络结构 160
8.1.2 循环神经网络前向传播 162
8.1.3 循环神经网络训练算法 163
8.2 长短时记忆网络(LSTM) 163
8.2.1 LSTM结构 164
8.2.2 LSTM前向计算 165
8.2.3 LSTM训练算法 169
8.2.4 LSTM程序实现 169
8.3 循环神经网络的变种 170
8.3.1 双向循环神经网络 170
8.3.2 深层循环神经网络 171
8.4 仿真实例 172
附录A Python主要函数 181
附录B TensorFlow主要函数 189
参考文献 198
· · · · · · (收起)

读后感

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神经网络与深度学习—基于tensorflow框架和python技术实现:简洁明了,通俗易懂,AI入门好书。介绍了python、python基础库、tensorflow的基本使用方法,神经网络、感知器、线性回归、逻辑回归基础知识和实现,卷积神经网络和循环神经的原理和实现。并配套全书源代码。

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神经网络与深度学习—基于tensorflow框架和python技术实现:简洁明了,通俗易懂,AI入门好书。介绍了python、python基础库、tensorflow的基本使用方法,神经网络、感知器、线性回归、逻辑回归基础知识和实现,卷积神经网络和循环神经的原理和实现。并配套全书源代码。

用户评价

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这本书的封面设计确实挺抓人眼球的,那种深邃的蓝色背景配上跳跃的红色代码高亮,一下子就把人拉进了一个高科技的氛围里。我本来是抱着试试看的心态买的,毕竟市面上讲AI和深度学习的书籍多如牛毛,很多都只是在泛泛而谈,或者代码版本太旧,学起来简直是噩梦。但拿到这本书后,我立刻被它的结构清晰度所吸引。作者似乎非常懂得初学者的痛点,从最基础的数学概念入手,没有直接跳到那些让人眼花缭乱的复杂网络结构。他花了好大力气去解释为什么我们需要激活函数,梯度下降是如何一步步优化的。我特别喜欢其中关于数据预处理的那一章,讲解得极为细致,涉及到了缺失值填充、特征缩放等多个实际项目中经常遇到的棘手问题,并且都提供了可以直接在Jupyter Notebook中运行的Python代码示例。这种注重实操的风格,让我感觉不是在读一本枯燥的教科书,而更像是在一个经验丰富的工程师的带领下进行项目实训。坦白说,光是这些基础部分的夯实,就比我之前看过的几本所谓的“入门宝典”要扎实得多,让我对后续更复杂的章节充满了期待和信心。

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老实说,我之前对TensorFlow这个框架一直有点敬而远之,觉得它过于庞大和复杂,上手门槛太高,更倾向于那些更“轻量级”的库。但是,这本书完全颠覆了我的看法。它没有像很多教材那样,上来就堆砌Keras API,而是深入浅出地讲解了TensorFlow的底层工作原理,比如计算图的概念、会话(Session)的执行流程等等。作者似乎非常强调“知其所以然”,而不是“知其所以然”。在讲解卷积神经网络(CNN)时,他不仅展示了如何搭建一个标准的LeNet或AlexNet,还特地花了一段篇幅对比了不同卷积核尺寸对特征提取能力的影响,这在很多标准教程里是看不到的。更让我惊喜的是,书中对性能优化这块着墨不少,讲解了如何利用GPU加速,以及如何使用TensorBoard进行模型的可视化调试。对于我们这些希望将模型部署到生产环境的开发者来说,这些实战经验比理论堆砌更有价值。这本书真正做到了理论与工程实践的完美结合,让人觉得学到的知识是活的,能直接投入战斗的。

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这本书的语言风格非常平实、严谨,读起来没有丝毫的“卖弄”感。作者在阐述每一个算法思想时,都会采用一种递进的方式,像剥洋葱一样,层层深入地揭示其内在逻辑。我特别欣赏作者在处理梯度消失和爆炸问题时的那段描述。他没有简单地抛出ReLU或残差连接,而是先用一个非常直观的类比——就好比水流在层层管道中传递,水量如何损耗——来帮助读者建立感性认识,然后再引入数学公式进行精确推导。这种先建立直觉认知,再进行严谨数学验证的教学路径,极大地降低了理解复杂概念的认知负荷。我经常在阅读过程中停下来,尝试自己用纸笔复现作者的推导过程,而且每次都能成功,这极大地增强了我的学习成就感。总的来说,这是一本真正“尊重”读者的教材,它不认为读者是天生的数学天才,而是努力成为一个好老师,帮助每一个愿意投入精力的读者跨过门槛。

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对我而言,一本好的技术书籍不仅仅是知识的载体,更应该是一种激发创意的工具。这本书在讲解完核心算法后,总会提供一些富有启发性的“进阶挑战”或“思考题”。比如,在讲完循环神经网络(RNN)之后,作者没有马上进入LSTM,而是抛出了一个关于如何用纯粹的RNN结构来处理非标准长度时间序列的思考,引导读者去思考算法的边界和局限性。这些开放性的讨论让我跳出了“复制代码”的模式,开始主动思考如何根据特定业务场景对现有模型进行微调和创新。例如,我根据书中的思路,尝试将一个用于自然语言处理的结构迁移到了一个处理传感器数据的异常检测任务上,效果出乎意料地好。这种引导式的学习体验,远比那些只有标准答案的教程更有价值。它教会的不是如何复制别人的成功,而是如何构建属于自己的解决方案。这本书在我书架上占据的位置,已经不仅仅是一本参考书,更像是一个时刻能提供思路的“虚拟导师”。

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购买这本书的另一个主要原因是冲着它对“Python技术实现”的承诺去的。在当前的AI生态中,Python无疑是王者,但如何将深度学习模型无缝地集成到现有的Python项目流中,却是一个常常被忽视的环节。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅停留在`import tensorflow as tf`这种层面,而是详细介绍了如何使用Python的标准库和第三方工具,比如`pandas`进行数据清洗和特征工程,如何利用`scikit-learn`进行模型评估和交叉验证,甚至还涉及到如何使用Python的异步处理能力来优化数据加载过程。书中有一个专门的章节讨论了模型的序列化和版本控制,用到了`pickle`和自定义的保存格式,这对于需要长期维护项目的团队来说简直是福音。我曾花了一个下午的时间,完全按照书中的步骤,成功地将一个训练好的模型嵌入到一个基于Flask的小型Web服务中,整个过程流畅得惊人。这证明了作者对整个Python技术栈的理解是多么深刻和全面。

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人工智能入门书籍,提供源程序,实践性强。

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内容跟邱老师的《神经网络与深度学习》无法比,理论不够详尽,实践又有拼凑的感觉。

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内容跟邱老师的《神经网络与深度学习》无法比,理论不够详尽,实践又有拼凑的感觉。

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人工智能入门书籍,提供源程序,实践性强。

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内容跟邱老师的《神经网络与深度学习》无法比,理论不够详尽,实践又有拼凑的感觉。

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